Przedmiotem wynalazku jest suwak przezna¬ czony do obliczania w sposób dokladny, szyb¬ ki i latwy, oslon majacych ochraniac personel w czasie manipulowania z substancjami radio¬ aktywnymi wysylajacymi promieniowanie gam¬ ma albo promienie X.Nalezy tu rozwiazac nastepujace zagadnienia badz ze wzgledu na zastosowanie takich oslon, badz tez na ich wykorzystania: obliczenie grubosci scianek oslon, wykona¬ nych z danego materialu w funkcji odle¬ glosci operatora od zródla promieniowania i natezenia oraz energii promieniowania gam¬ ma wysylanych przez to zródlo, minimalna odleglosc operatora od zródla pro¬ mieniowania o znanym natezeniu i energii promieniowania przy uwzglednieniu zastoso¬ wania oslony o znanej skutceznosci absorbeji promieniowania gamma lub tez bez uzycia tej oslony, maksymalne natezenie promieniowania zród¬ la, jakie moze byc wykorzystane przy zasto¬ sowaniu danego systemu ochrony.Istniejace przyrzady rachunkowe nie pozwa¬ laja na szybkie rozwiazywanie takich zagadnien i odnosza sie tylko do przypadków szczególnych w zastosowaniu jedynie do niektórych zwyklych pierwiastków promieniotwórczych.Znane suwaki rachunkowe wedlug patentu amerykanskiego nr 1.609.972 (F. A. Sherrer i tow.), umozliwiaja obliczenie oslabienia pro¬ mieniowania, ale wymagaja znajomosci innych danych, jak skuteczny przekrój materialu oslo¬ ny, efekt promieniowania rozproszonego itd.Koncepcja suwaka wedlug wynalazku opiera sie na matematycznym ujeciu natezenia promie¬ niowania R w danym punkcie, które obejmuje nastepujace parametry:A —: aktywnosc zródla promieniowania, E — wspólczynnik znany „build np.", wyra¬ zajacy skutecznosc rozproszenia promie¬ niowania, I-(E)— natezenie promieniowania jednostkowe¬ go strumienia fotonów energii E; li — liniowy wspólczynnik absorbcji oslony, x — grubosc oslony, r — odleglosc zródla promieniowania (przyje¬ tego jako punktowe) od operatora.Uwzgledniajac powyzsze oznaczenia równanie na natezenie promieniowania R mozna napisac w postaci: AB I (E) e ~~VX R= (1) 4jtr* 1 1 albo przyjmujac k'= i C = — 4jt r mozna napisac: R = k'ABC21 (E) e ~~M'X (2) Przyjmujac: R — w milirentgenach na godz.A — w milicurie E — w megaelekronowoltach \x — w (centymetrach)-1 r i x w cm. oraz wspólczynnik absorbcji liniowej w powie¬ trzu m* wyrazony w cmwl, to równanie (1) przy¬ bierze postac: Ha ABE e ~lAX R =k (3) r2 przy k = 1,685.108 Otrzymuje sie wiec równanie o pieciu niewia¬ domych R, x, r, A i E; wiedzac cztery z nich mozna okreslic piata niewiadoma. Suwak we¬ dlug wynalazku pozwala na rozwiazanie tych pieciu rodzajów równan, z których kazde pole¬ ga na okresleniu jednej niewiadomej znajac pozostale cztery.Równanie (3) mozna napisac w postaci: Br2 jia B E - =k (4) A e*x a po wprowadzeniu dwóch funkcji posrednich otrzymuje sie: kjj,fl B E Yi= ^ = f(E,x) i e ¦*. '¦ ":" : : ' .'. *'L Rr* i Y2 = = g (r, R, A), A przy czym wartosc funkcji Y2 = g(r, R, A) roz¬ dziela sie na dwie czesci przez wprowadzenie r* funkcji y= A Jia BE Funkcja Yi =k = f(E, x) eHX ' w której wartosci k, E, \x, \ia i nawet B sa na ogól niezalezne od x, przedstawia zmiennosc oslabienia promieniowania monoenergetycznego w funkcji grubosci scianek oslony.Badanie tej funkcji, która mozna napisac w postaci: Lvi = Lk + Lu* + LB + LE|xx, prowadzi we wspólrzednych semilogarytmicz- nych do wykreslenia ukladu krzywych b, wy raznie prostolinijnych.Rr2 Podobnie funkcja yz = = g(r,R,A) przed- A stawia zmiennosc natezenia promieniowania w funkcji odleglosci r operatora od zródla pro¬ mieniowania i aktywnosci zródla. Funkcja r* y = — która mozna napisac w postaci Ly = A = 2Lr — LA pozwala na wykreslenie wspólrzed¬ nych logarytmicznych ukladu prostych równo¬ leglych, które sa prostymi izoaktywnosci, gdzie wartosc A jest stala.Ustalenie w ten sposób charakterystyk pro¬ stych, przedstawiajacych funkcje yi, pozwala okreslic cztery parametry x, r, A i E, które wchodza do równania na promieniowanie R.Moze to byc wykonane przy kombinacji kla¬ sycznych zasad monogramu ze skrzyzowaniem i suwaka logarytmicznego.Suwak rachunkowy wedlug wynalazku wy¬ róznia sie tym, ze posiada stala plytke, zaopa¬ trzona na jednej powierzchni w uklad charak¬ terystyk krzywych, przedstawiajacy funkcje k Lia BE, Yi = f(E, x)= przy czym Yi jest eHX przedstawiona na osi odcietych podzielonej lo¬ garytmicznie, a x — na osi rzednych podzielo¬ nej liniowo; ta os rzednych jest nakreslona na ruchomej czesci suwaka przesuwajacej sie rów¬ nolegle do osi odcietych; druga strona tej plyt¬ ki zawiera podzialke logarytmiczna funkcji R, przed która przesuwa sie ruchoma linijka; na tej linijce jest wykreslony w ukladzie wspól- +- 2 —rzednych logarytmicznych uklad charakterystyk r* prostych przedstawiajacy funkcje y = —, przy A czym y jest naniesione na tej linijce jako od¬ ciete, a r jako rzedne na ruchomej czesci su¬ waka bedacej odpowiednikiem takiej czesci z drugiej strony.Poza tym suwak wedlug wynalazku, posiada na tylnej stronie krzywe przedstawiajace zmia¬ ny, w funkcji energii, calkowitego skutecznego przekroju makroskopowego róznych materialów oslony; na czesci ruchomej suwaka — skale energii w MeV, a na linijce — podwójna serie krzywych dajacych z jednej strony przez bez¬ posrednie odczytywanie i dla róznych materia¬ lów oslony równowazne grubosci scianek oslo¬ ny z olowiu w funkcji energii, a z drugiej stro¬ ny przez nomogramy pozwalajace rozwiazac za¬ gadnienie ochrony odnoszace sie do zródel, nie bedacych punktami.Wedlug wynalazku, materialami do wykonywa¬ nia oslony, dla których podaje sie krzywe i z których odczytuje sie grubosci scianek oslony materialów równowazne grubosci sciankom olo¬ wiu sa to zelazo, aluminium beton (zwykly lub ciezki) i woda. Odpowiednie krzywe, wykreslo¬ ne na odwrotnej stronie linijki suwaka sa umieszczone parametry w odniesieniu do ener¬ gii fotonów.W odmianie suwaka zastosowano na tylnej stronie linijki krzywe izoenergii odpowiadajace pewnej liczbie zwyklych pierwiastków promie¬ niotwórczych.Poniewaz beton zachowuje sie wyraznie jak aluminium, wiec mozna poslugiwac sie tym samym ukladem krzywych; podzialke scianek oslony podano w stosunku do gestosci jej ma¬ terialu.Cale zagadnienie dotyczace tych materialów traktuje sie w odniesieniu do olowiu.Jezeli dana jest grubosc scianek oslony, to porównuje sie ja z równowazna grubosci scian¬ ki z olowiu i obliczenia prowadzi sie jak z oslona z olowiu.Przy okreslaniu grubosci scianek oslony naj¬ pierw oznacza sie równowazna grubosc scianek oslony z olowiu, a nastepnie dokonuje sie za¬ miane na grubosc scianek z materialu wybra¬ nego.Co sie tyczy wykorzystania suwaka do obli¬ czenia natezenia promieniowania pochodzacego ze zródel nie bedacych punktami, to jest moz¬ liwe przez odniesienie do pojecia zródla punk¬ towego o tej samej aktywnosci.Przy oznaczeniu litera li natezenia promie¬ niowania odpowiadajacego zródlu niepuaktowe- mu, którego aktywnosc jest równomiernie roz- lozona, a w tych samych warunkach ochrony oznacza sie litera Ig natezenie promieniowania zródla punktowego o tej samej aktywnosci, to Ii stosunek — okresla wspólczynnik korekcji, któ- 12 rego znajomosc pozwala okreslic za posred¬ nictwem zródla punktowego, zagadnienia ochro¬ ny dotyczace zródel niepunktowych.Suwak wedlug wynalazku mozna stosowac w przypadku zródel promieniowania dajacych sie sprowadzic (upodobnic), z punktu widzenia ochrony, badz do zródel liniowych, badz do zródel plaskich kolowych.Ma odwrotnej stronie linijki suwaka sa wy¬ kreslone krzywe, przedstawiajace zmiany wspól- Ii czynnika korekcji = F w funkcji grubosci If scianek oslony, wyrazonej w srednich swobod¬ nych przebiegach oraz w funkcji pozornej sred¬ nicy zródla.Przez pozorna srednice zródla nalezy rozu¬ miec: 1 Dla zródel liniowych o stosunku—s gdzie 2 a jest dlugoscia zródla i a — odleglosc od zródla do punktu pomiaru wzietego na prostopadlej przechodzacej przez srodek zródla. d Dla zródel plaskich kolowych o stosunku a gdzie d jest srednica zródla i a — odlegloscia od zródla do punktu pomiaru wzietego na pro¬ stopadlej do plaszczyzny zródla przechodzacej przez srodek tego zródla.W tych warunkach grubosc scianek oslony nalezy obliczac w srednich o swobodnych prze¬ biegach. Jest to parametr bezwymiarowy b = 2x, w którym: 2 oznacza calkowity makroskopowy przekrój skuteczny scianki oslony, a x — grubosc tej scianki.Dla okreslenia calkowitego makroskopowego przekroju skutecznego, znajac energie fotonów i rodzaj materialu oslony, wartosc 2 okresla sie metoda skrzyzowania. W tym celu nalezy poslugiwac sie z jednej strony skala kalibrowa¬ na w jednostkach energii, znajdujaca sie na przedniej stronie suwaka (biegacza), a z dru¬ giej strony — krzywymi wykreslonymi na - ? -przedniej stronie linijki, które przedstawiaja dla kazdego materialu oslony zmiany wartosci 2 w funkcji energii fotonów.Obliczanie wartosci b = Hx wykonuje sie na przedniej stronie linijki suwaka. W tym celu suwak jest zaopatrzony w dwie skale logaryt¬ miczne wykonane jedna na linijce i druga na biegaczu, które pozwalaja na obliczenie wartosci iloczynu 2x przez zwykle dodanie dlugosci skal., Wobec tego, ze wartosci x odczytuje sie na skali biegacza, b odczytuje sie na odpowiada¬ jacej skali linijki. W kazdym razie polozenie przecinka nie jest sprecyzowane i podzialka „1" np. moze przedstawiac wartosci 1, 10 lub 100.Na rysunku uwidoczniono schematycznie, ty¬ tulem przykladu suwak wedlug wynalazku do obliczania oslon ochronnych przed zródlem pro¬ mieniowania, przy czym fig. 1 przedstawia tyl¬ na strone linijki suwaka wyposazonego w bie¬ gacz, fig. 2 — przednia strone tej linijki zao¬ patrzona w biegacz i w linijke, fig. 3, 4 i 5 przedstawiaja uklad linii wykresu nakreslony na tylnej stronie linijki, który umozliwia przez bezposrednie odczytanie okreslic w funkcji e- nergii odpowiednie grubosci scianki oslony z olowiu, równowazne grubosci takiej scianki z zelaza, aluminium, betonu Z albo wody, fig. 6 i 7 — równiez nakreslone na tylnej stronie linijki nomogramy umozliwiajace rozwiazanie zadania ochrony w odniesieniu do zródel nie- punktowych (zródla plaskie kolowe dla fig. 6 i zródla liniowe dla fig. 7), a fig. 8, 0 i 10 — tylna strone linijki podczas dokonywania róz¬ nych obliczen, opisanych ponizej.Jak widac z fig. 1, suwak wedlug wynalazku posiada plytke 1, zaopatrzona w uklad krzy¬ wych charakterystyk 2 przedstawiajacych zmia¬ ne oslabienia aktywnosci fotonów gamma w funkcji grubosci scianki oslony dla róznych wartosci energii E tych fotonów (0,5, 0,6 itd. 3,5—3 MeV).Wartosc grubosci x scianki z olowiu powo¬ dujaca oslabienie tej aktywnosci odczytuje sie na osi 3 naniesionej na plaszczyznie 4 biega¬ cza przezroczystego 5, mogacego poruszac sie równolegle do dlugiego boku linii.Celem rozszerzenia mozliwosci stosowania tej skali, wykonanej w stosunku do scianki z olo¬ wiu, na inne ewentualne materialy ochronne, jak uran, stosuje sie zasade przyblizonego do¬ bierania równowaznych grubosci scianki przez zastosowanie nastepujacego równania: dpb Xe-XPb» gdzie xe i de oznaczaja odpowiednio grubosc scianek oslony z olowiu i gestosc olowiu, a Xe i dc oznaczaja odpowiednio grubosc scianki oslony i gestosc jej z innego materialu, niz olów.Plaszczyzna 4 biegacza w konsekwencji po¬ siada druga os 6, przesunieta w stosunku do osi poprzedniej: os 3 dla oslon olowiowych, a os 6 dla oslon uranowych. W tym wykonaniu oslony uzywa sie tylko tych dwóch osi dla ulat¬ wienia odczytywania.Jak widac z fig. 2 druga strona suwaka za¬ wiera ruchoma linijke 7, na której wykreslono wiazke prostych linii izoaktywnosci 8 dla ak¬ tywnosci A od 10 mikrocurie do 10* curie.Wartosc odleglosci r zródla promieniowania od operatora odczytuje sie na drugiej po¬ wierzchni 9 biegacza 5 wedlug jednej z dwóch osi 10 lub 11 odpowiednio dla olowiu lub ura¬ nu, jak dla plaszczyzny 4 tego biegacza.Dolna krawedz 12 linijki posiada skale loga¬ rytmiczna 13 (która sluzy jednoczesnie do kon- r2 strukcji ukladu krzywych yi = f(E, x) i y —) A dajaca wartosci natezenia promieniowania R w milirentgenach na godz. (reper 14) albo w rentgenach na godzine (reper 15). Oprócz te¬ go, na plaszczyznie 4 biegacza 5 (fig. 1) jest nakreslona skala 16 energii, rozciagajaca sie w tym szczególowym przykladzie od 0,5 do 3 MeV; na przezroczystych czesciach linii rów¬ niez sa wygrawerowane dwie skale 17 i 18; skala 17 jest wykalibrowana w srednich prze¬ biegach swobodnych, a skala 18 — w cm olo¬ wiu. Na linii jest jeszcze wygrawerowana ska¬ la logarytmiczna 19, podajaca wartosci calko¬ witego makroskopowego przekroju skutecznego oslony, której to skali odpowiada na plaszczyz¬ nie 4 biegacza skala logarytmiczna 20 wykali¬ browana w grubosciach (podajaca wartosci gru¬ bosci).Wreszcie, na plaszczyznie linii oznaczonej cyfra 1 siec krzywych 21 przedstawia w funk¬ cji energii zmiany calkowitego makroskopowego przekroju skutecznego 2 dla róznych materia¬ lów oslon; woda, beton lekki Zt, aluminium, beton ciezki, zelazo, olów, uran.Dla przykladu opisano sposób uzycia suwaka wedlug wynalazku dla rozwiazania dwóch róz¬ nych zadan.Przyjmujac, ze zródlo punktowe o sile 100 curie wysyla promieniowanie gamma o mocy 1 MeV. Jakie jest natezenie promieniowania — 4 —w odleglosci 1 m od zródla, gdy sie umiesci przed zródlem promieniowania oslone zelazna o grubosci scianek 25 cm? Nalezy wykonac na* stepujace czynnosci.. Do okreslenia grubosci scianek z olowiu równowaznej oslonie zelaznej umieszcza sie ruchoma linijke 7 w ten sposób, aby reper olowiu 18 przecinal na podzialce 25 pozioma skale wykalibrowana w grubosci scian¬ ki oslony z zelaza na tylnej stronie linijki 7 (fig. 8). Na przecieciu linii prostej energii 1 MeV i reperu olowiu odczytuje sie wynik, np. 12 cm grubosci scianki oslony z olowiu. Obli¬ czenie natezenia promieniowania z oslona olo¬ wiana o grubosci scianki 12 cm dokonuje sie w sposób nastepujacy: Przesuwa sie biegacz na plaszczyznie 1 w ten sposób, aby wartosc x —12 odczytana na osi 3 wygrawerowanej na plaszczyznie 4 biegacza, odpowiadala przez skrzyzowanie linii wartosci energii E —1 MeV fotonów gamma odczytanej na odpowiedniej krzywej wiazki 2.Wspólrzedne znalezionego punktu sprawdza¬ ja równanie: Yi - f(Et x) Odwraca sie wiec linie i przesuwa sie linijke 7, nie dotykajac biegacza w ten sposób, aby wartosc r = 100 cm (odleglosc zródla promie¬ niowania od operatora) odczytana na osi 10 wygrawerowanej na plaszczyznie 9 biegacza, odpowiadala wartosci A = 100 curie (aktyw¬ nosc zródla) odczytanej na linijce. Wspólrzedne znalezionego punktu sprawdzaja równanie: r* A Wartosc natezenia promieniowania R od¬ czytuje sie na podzialce 13 w milirentgenach na godzine naprzeciwko reperu 14 (albo w rent¬ genach na godzine naprzeciwko reperu 15), np. 14 mr/h w wybranym przykladzie.Drugi przyklad zastosowania suwaka doty¬ czy obliczenia natezenia promieniowania na osi symetrii zródla niepunktowego monokinetycz- nego.Przyjmujac, ze zródlo plaskie kolowe o sred¬ nicy 100 cm i calkowitej aktywnosci gamma 10 curie wysyla promieniowanie gamma o energii 1,5 MeV. Jezeli to zródlo jest umieszczone w oslonie olowianej o grubosci scianek 10 cm, równoleglej do plaszczyzny zródla, to takie jest natezenie promieniowania w odleglosci 1 m od zródla na prostopadlej przechodzacej przez jego srodek? Suwakiem posluguje sie w nastepujacy spo¬ sób: Rozpoczyna sie od rozwiazania zadania za¬ kladajac, ze zródlo jest punktowe i posiada aktywnosc calkowita = 10 curie. Postepujac jak poprzednio znajduje sie natezenie promie¬ niowania = 65 mr/h. Nastepnie okresla sie grubosc scianek oslony b wyrazona w srednich przebiegach swobodnych. Aby to uczynic prze¬ suwa sie biegacz na tylnej stronie linijki w ten sposób, aby reper energii przecial krzywa olo¬ wiu na podzialce 1,5 MeV (fig. 9). Naprzeciw¬ ko podzialki 10 skali logarytmicznej biegacza odczytuje sie na skali linii b = 6. Wreszcie, aby odszukac wspólczynnik korekcji, uzywa sie su- d waka w ten sposób, ze krzywa 1 prze- a cina skale 17 na podzialce 6. Na przecieciu skali b i skali „F" odczytuje sie wartosc 0,63 (fig. 10). Gestosc promieniowania zródla kolo¬ wego równa sie 65X0,63 = 40 mr/h, mnozenie to wykonuje sie za pomoca skal logarytmicz¬ nych 19 i 20 wykreslonych na linijce i biega¬ czu. PL