О соотношении вкладов рассеяний разной кратности и

УДК 615.9(06)+577.3(06) Медицинская физика
А.Ю. СТАВЦЕВ, Ю.В. ШТОЦКИЙ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
О СООТНОШЕНИИ ВКЛАДОВ РАССЕЯНИЙ РАЗНОЙ
КРАТНОСТИ И ФЛЮЕНСЕ ЭНЕРГИИ ОБРАТНО
РАССЕЯННОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Исследованы вклады в поле прошедшего и отраженного излучения
гамма-квантов с энергией 150 кэВ., претерпевших однократное и многократное рассеяние. Расчеты проводились методом Монте-Карло с использованием генератора случайных чисел Knuth’s [1]. Были рассмотрены
случаи неограниченного по x и y и ограниченного (3×3 см) образцов из
алюминия толщиной t. Моноэнергетический луч фотонов падал в центр
пластины под углом 0˚ и 10˚ от нормали. При анализе учитывались фотоны, вышедшие через горизонтальные поверхности.
Результаты расчетов, приведённые в таблице, показали, что для образцов конечной толщины доля однократно рассеянных фотонов в отраженном излучении существенно возрастает (от ~ 40 до ~ 90 %), при этом общее количество отраженных фотонов уменьшается в 5-10 раз в зависимости от учета рассеяний разной кратности.
Таблица 1
Число рассеяний
1
2
3
>3
Неогр. по
x, y, z
39.29 %
21.96 %
13.83 %
24.92 %
Неогр. по x и y, t=2мм
отраж.
прошед.
89.76 %
93.44 %
8.77 %
5.79 %
1.19 %
0.56 %
0.28 %
0.21 %
30х30х2 мм
отраж.
прошед.
90.93 %
93.95 %
8.21 %
5.39 %
0.65 %
0.30 %
0.21 %
0.36 %
Также были исследованы альбедо и потоки энергии отраженного излучения для разных материалов и энергий источника. Показано, что
наибольший энергетический флюенс и количество фотонов в отраженном
излучении наблюдаются при энергии падающих квантов 100-300 кэВ.
Среди исследованных веществ максимальные потоки отраженного излучения получены для алюминия. Из рис. 1 видно, что доля отраженной
энергии для алюминия составляет 19 % при энергии источника ~ 100 кэВ.
Отраженное излучение выходит из вещества в пределах некой области,
площадь и форма которой зависят от энергии, источника и геометрии задачи. При нормальном падении первичного излучения активная область
46
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
УДК 615.9(06)+577.3(06) Медицинская физика
имеет форму круга. На рис. 2 приведены результаты расчетов доли отражённой энергии от радиуса этого круга для разных материалов при энергии источника ~ 100 кэВ. Видно, что все они монотонно возрастают по
закону 1  exp  E b, где b – константа.
Рис. 1
Рис. 2
Выводы:
 Рассеяния кратности выше 5 дают незначительный вклад в поле
отраженного излучения.
 С ростом энергии источника альбедо уменьшается.
 Альбедо и флюенс отраженной энергии максимальны для источников рентгеновского излучения в области 100-300 кэВ для исследованных материалов.
 Наибольшее количество энергии отражается от алюминия (среди
исследованных материалов) при облучении рентгеновскими фотонами с энергией 100 кэВ.
 С ростом энергии площадь активного пятна растет по закону, похожему на закон 1  exp  E b, где b константа, что вызвано ростом
многократного рассеяния.
 При приближении к энергии K-линии для тяжелых элементов
имеет место резкое возрастание числа отраженных фотонов, что
вызвано возрастанием сечения фотоэффекта вблизи энергии Kоболочки.
Список литературы
1. Булатов Б.П., Ефименко Б.А., Золотухин В.Г., Климанов, В.А., Машкович В.П. Альбедо гамма-излучения. М.: Атомиздат, 1968.
2. Беляев В.Н., Ставцев А.Ю. Генераторы псевдослучайных чисел и их применимость
для расчетов Монте-Карло в задачах обратного рассеяния рентгеновского излучения. Сборник аннотаций работ «4-я Курчатовская молодежная научная школа». М.: РНЦ «Курчатовский институт», 20-22 ноября 2006. С. 102.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
47
УДК 615.9(06)+577.3(06) Медицинская физика
48
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3