Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении

Проведен анализ существующих экспериментальных и теоретических данных и предложена простая
 аналитическая формула для расчета профиля поглощенной энергии в толстых мишенях, облучаемых
 электронами мэвных энергий. Показано, что эффект накопления дозы существенно влияет на профиль&...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Вопросы атомной науки и техники
Datum:2005
Hauptverfasser: Ганн, В.В., ден Хартог, Г.В., Сугоняко, А.В., Вайнштейн, Д.И.
Format: Artikel
Sprache:Russisch
Veröffentlicht: Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2005
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80573
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении / В.В. Ганн, Г.В. ден Хартог, А.В. Сугоняко, Д.И. Вайнштейн // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 32-35. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860012587902566400
author Ганн, В.В.
ден Хартог, Г.В.
Сугоняко, А.В.
Вайнштейн, Д.И.
author_facet Ганн, В.В.
ден Хартог, Г.В.
Сугоняко, А.В.
Вайнштейн, Д.И.
citation_txt Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении / В.В. Ганн, Г.В. ден Хартог, А.В. Сугоняко, Д.И. Вайнштейн // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 32-35. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Вопросы атомной науки и техники
description Проведен анализ существующих экспериментальных и теоретических данных и предложена простая
 аналитическая формула для расчета профиля поглощенной энергии в толстых мишенях, облучаемых
 электронами мэвных энергий. Показано, что эффект накопления дозы существенно влияет на профиль
 поглощенной энергии в толстых мишенях. Выполнены измерения профиля распределения запасенной
 энергии в кристаллических пластинках NaCl с толщиной 0.2…0.8 мм, облученных электронами с энергией
 0.5 МэВ, методом дифференциальной сканирующей калориметрии по скрытой теплоте плавления
 радиационно-индуцированных выделений натрия. Зроблено аналіз експериментальних та теоретичних даних що існують та ї запропоновано проста аналітична
 формула для розрахунку профілю поглиненої енергії в товстих мішенях, що опромінюються електронами мевних
 енергій. Показано, що ефект накопичування дози істотно впливає на профіль поглиненої енергії в товстих мішенях.
 Впроваджені вимірювання профілю розподілу запасеної енергії в кристалічної пластинці NaCl товщиною 0.2...0.8 мм,
 опроміненої електронами з енергією 0.5 МеВ, методом диференціальної сканіруючей калориметрії по скритої теплоті
 плавлення радіаційно-індукованих виділений натрію. The analysis of experimental and theoretical results was done, and a simple analytical formula for the calculation of the
 absorbed dose profile in a thick target under electron irradiation of MeV-energy was proposed. The build-up phenomenon is
 shown to impact substantially on the energy deposition profile in thick samples. The stored energy profile in NaCl platelets of
 0.2…0.8 mm thickness after 0.5 MeV electron irradiation has been determined by measuring the melting latent heat of radiation
 induced sodium precipitates with differential scanning calorimetry method.
first_indexed 2025-12-07T16:42:37Z
format Article
fulltext УДК 621.039 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОФИЛЯ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНЯ В NaCl ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ В.В. Ганн, Г.В. ден Хартог*, А.В. Сугоняко*, Д.И. Вайнштейн* Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», г. Харьков, Украина; *Гронингенский университет, г. Гронинген, Нидерланды Проведен анализ существующих экспериментальных и теоретических данных и предложена простая аналитическая формула для расчета профиля поглощенной энергии в толстых мишенях, облучаемых электронами мэвных энергий. Показано, что эффект накопления дозы существенно влияет на профиль поглощенной энергии в толстых мишенях. Выполнены измерения профиля распределения запасенной энергии в кристаллических пластинках NaCl с толщиной 0.2…0.8 мм, облученных электронами с энергией 0.5 МэВ, методом дифференциальной сканирующей калориметрии по скрытой теплоте плавления радиационно-индуцированных выделений натрия. 1. ВВЕДЕНИЕ Необходимо различать два понятия: потери энергии электронов в мишени и энерговыделение в мишени. Потери энергии – это удельная энергия, теряемая первичным электроном пучка при прохождении мишени на заданной глубине, в то время как энерговыделение – это удельная энергия, теряемая первичными, δ (вторичными и т. д.) электронами и поглощаемая в мишени на заданной глубине. Энергетические потери, обусловленные процессами ионизации и возбуждения атомов, в тонких мишенях хорошо описываются формулой Бете-Блоха [1]. Обширные таблицы потерь энергии электронов, включающие поправку на эффект плотности δ и экспериментально подобранные значения средней энергии возбуждения I были опубликованы Зельцером и Бергером [2] (для NaCl рекомендовано значение I = 175.3 эВ). Расчет энергетических потерь электронов в толстых мишенях является довольно сложной проблемой. Основную трудность представляет учет обратного и многократного рассеяния электронов в среде, а при расчетах профилей энерговыделения – учет вклада δ-электронов в переносе энергии. Расчеты профилей потерь энергии электронов при нормальном падении пучка на поверхность мишени были выполнены Спенсером [3], Рао [4], Кобетичем и Кацем [5]. Ряд результатов был получен путем машинного моделирования прохождения электронов в мишени методом Монте- Карло [6]. 2. ПРОФИЛИ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ Наиболее полные расчеты профилей потерь энергии электронов при нормальном падении пучка на плоскую поверхность мишени были выполнены Спенсером [3]. Позднее Рао [4] предложил простую формулу для расчета доли электронов, прошедших через фольгу толщиной t: , )]/(exp[1 )exp(1 hRtg gh −+ −+ =η (1) где и . 2.22.0 162.9 −− += ZZg 27.0/63.0 += AZh Зависимость коэффициента прохождения η от толщины мишени t, вычисленная с помощью (1) для пучка электронов с энергией 0.5 MeV в NaCl, изображена на рис. 1. 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 R P R 0 e -> NaCl E=0.5 Mэв Ко эф . п ро хо ж де ни я Толщина, см Рис. 1. Зависимость коэффициента прохождения от толщины образца NaCl Точка пересечения продолжения линейного участка с осью x называется фактическим (или экстраполированным) пробегом-RP, а точка пересечения хвоста распределения с осью x – максимальным пробегом R0 (фон не учитывается). 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0 1 2 3 4 e -> Al E=1 Mэв Spencer Kobetich & Katz Nakai Э не рг ет ич ес ки е по те ри , M эв -с м 2 /г Толщина, г/см 2 _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с. 32-35. 32 Рис. 2. Профили энергетических потерь в алюминии, рассчитанные Спенсером, Кобетичем и Кацем,– сплошные линии; экспериментальные данные Накаи [7] – точки Профиль потерь энергии нормально падающего пучка электронов можно представить в виде [5]: dt tREdS )]([ − = η . (2) Здесь Е(R) – зависимость «пробег-энергия». Профиль потерь энергии имеет максимум (рис. 2), который обусловлен конкуренцией двух механизмов: ростом удельных энергетических потерь с глубиной и уменьшением количества электронов в пучке. 3. ЗАВИСИМОСТИ «ПРОБЕГ–ЭНЕРГИЯ» Максимальный пробег электрона в веществе можно легко рассчитать в приближении непрерывного замедления (ПНЗ): ∫ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= E totdx dEdEER 0 0 '/')( . (3) Здесь totdx dE ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ' – полные потери энергии электронов с энергией E'; R – полный пробег электрона в веществе до остановки. Обширные таблицы ПНЗ пробегов электронов опубликованы Зельцером и Бергером для большого количества простых веществ и соединений [2]. 0 Кац и Пенфолд аппроксимировали измеренную ими зависимость пробег-энергия для алюминия следующей формулой [8], справедливой в интервале энергий 0.01…3 МэВ: RAl = 0.421 E1.265 - 0.0954 ln E , (4) где R – пробег в г/см2; E – энергия в МэВ. 4. ПРОФИЛИ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ Экспериментально измеренные профили энерговыделения изображены на рис. 3 для алюминия [9]. Профили энерговыделения так же, как и профили потерь энергии, обладают ярко выраженным максимумом. 33 Глубина, г/см2 Рис. 3. Профили энерговыделения в алюминии Расчет профилей энерговыделения электронов в толстых мишенях является довольно сложной проблемой ввиду необходимости учета многократного рассеяния электронов атомами и наличия δ-электронов. Для расчета профилей энерговыделения в 3-х мерной геометрии используются Монте-Карловские методы, но они требуют много машинного времени. Поэтому в данной работе был предложен простой полуэмпирический метод расчета профилей энерговыделения при нормальном падении пучка электронов Q(x), основанный на хорошо изученных профилях энерговыделения для плоскопараллельного пучка электронов в алюминии. 5. УНИВЕРСАЛЬНАЯ АППРОКСИМАЦИЯ Из рис. 3 видно что для электронов в диапазоне энергий 100 KэВ…3 MэВ все профили энерговыделения Q(x), изображенные в логарифмической шкале глубин, имеют одну и ту же форму. Они могут быть легко масштабированы к значению экстраполированного пробега RP(E) и описаны одной универсальной функцией P(ξ) (рис. 4): [ ]{ } . ])295.27.2(15.0[)1295.2(95.0 437.1)( 8.1 ξξ ξ −+− = ch P (5) Здесь ξ – глубина x, отнесенная к экстраполированному пробегу: ξ = x / RP(E). Значения числовых параметров были получены путем подгонки к экспериментальным данным (см. рис. 3). Функция P(ξ) нормирована следующим образом: . Для вычисления пробега электрона в алюминии R 1)( 0 =∫ ∞ ξξ dP Al(E) мы используем формулу (4), а для других материалов с атомным номером Z и атомным весом A пробеги электронов можно взять из [2] или использовать следующее масштабное преобразование: ( ) )(482.0)( ERZ AER AlP = . (6) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 P ξ Э не рг ов ы де ле ни е MэВ Рис. 4. Универсальный профиль энерговыделения 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 PROFILE Эксперимент e -> H 2 O E = 3.1 Mэв Э не рг ов ы де ле ни е, M эв /с м Глубина, см Рис. 5. Профили энерговыделения в H2O Таким образом, профиль энерговыделения для электронов мэвных энергий выражается функцией: ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = )()( )( ER xP ER ExQ PP . (7) 0,0 0,1 0,2 0,30 10 20 30 PROFILE Метод моментов e --> Cu E = 4 Mэв d E /d x, M эв /с м Глубина, см Рис. 6. Профили энерговыделения в Cu На рис. 5 и 6 приведено сравнение рассчитанных по формулам (4-7) профилей энерговыделения (обозначение – PROFILE), с измеренным профилем энерговыделения в воде [9] и с теоретическими результатами, полученными для меди методом разложения по моментам [10]. 6. РАСЧЕТ СРЕДНЕЙ ДОЗЫ Имея профиль энерговыделения Q(x), мы можем рассчитать среднее энерговыделение Qav в образце заданной толщины t: ∫= t tav dxxQtQ 0 1 ')'()( 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0 2 4 6 8 10 Значение для тонкой мишени e -> NaCl E = 0.5 Мэв Q av , M эв /с м Толщина, см Рис. 7. Среднее энерговыделение с учетом (сплошная линия) и без учета (пунктир) обратного и многократного рассеяния электронов Зависимость Qav от толщины t образца NaCl, облученного электронами с энергией 0,5 MэВ, показана на рис. 7 вместе со значением энергетических потерь, вычисленным по формуле Бете-Блоха (пунктир) с I =175.3 эВ (согласно Зельцеру-Бергеру). Видно, что учет эффекта накопления дозы, связанный с многократным и обратным рассеянием электронов, приводит к увеличению максимального значения поглощенной энергии примерно на 100%. 7. СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ Были проведены экспериментальные исследования профилей энерговыделения в пластинках NaCl под электронным облучением с энергией 0,5 МэВ. Образцы NaCl с различной толщиной облучались на ускорителе электронов университета г. Гронинген при температуре 100°C до дозы DS-B= 26 Град (по Зельцеру-Бергеру). Было изучено распределение поглощенной дозы по глубине путем измерения методом дифференциальной сканирующей калориметрии удельной энергии, запасенной в NaCl радиационными повреждениями при электронном облучении. Распределение поглощенной дозы определялось методом дифференциальной сканирующей калориметрии путем измерения запасенной энергии по скрытой теплоте плавления радиационно-индуцированных выделений натрия. Экспериментальные результаты изображены на рис. 8 вместе с предсказанной зависимостью средней удельной запасенной энергии от толщины образца. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Эксперимент Подгонка e -> NaCl E = 0.5 Mэв D S-B=26 Град Уд ел ьн ая з ап ас ен на я эн ер ги я, м Д ж /г/ Гр ад Толщина, мм Рис. 8. Зависимость средней удельной запасенной энергии от толщины образца Средняя запасенная энергия W(t) пропорциональна средней поглощенной дозе: ,')'()( 0 ∫−= t BS dxxQ tS CDtW (8) где S =4,7 Мэв/см – энергетические потери электронов с энергией E = 0.5 Мэв; ρ – плотность образца; C – коэффициент пропорциональности, являющийся здесь подгоночным параметром: C= 4,2 мДж/г/Град. 34 35 Сравнение экспериментальных данных с расчетным профилем показывает, что предложенная аппроксимация может служить основой для оценки поглощенной дозы в щелочно-галоидных кристаллах при облучении электронами мэвных энергий. 8. ВЫВОДЫ Предложен метод расчета профиля поглощенной энергии в толстой мишени, облучаемой электронами с энергиями 0.1…3.0 МэВ. Показано, что учет эффекта накопления дозы, связанного с многократным и обратным рассеянием электронов, приводит к увеличению максимального значения поглощенной энергии приблизительно в два раза по сравнению со значениями, рекомендо- ванными Зельцером и Бергером. Этот эффект имеет место и при облучении тонких образцов, если они укреплены на толстом держателе. Рассчитанная предложенным методом зависи- мость поглощенной дозы от толщины мишени NaCl находится в хорошем соответствии с полученными экспериментальными результатами. Работа выполнена в рамках Соглашения с университетом г. Гронинген, Нидерланды, № NC 1117 «Радиационные повреждения в NaCl». ЛИТЕРАТУРА 1. H. A. Bethe. Handbuch fur Physik. Springer Verlag, Berlin, 1933, v. 24/2. 2. M.J. Berger and S.M. Seltzer. Stopping power for electrons and positrons (ICRU-37), Washington D.C., 1984. 3. L.V. Spencer. Natl. Bur. Std. (U.S.), 1959, Monograph 1. 4. B.N. Shubba Rao //Nucl. Instr. Methods. 1966, v. 44, p. 155. 5. E.J. Kobetich and R. Katz //Phys. Rev. 1968, v. 170, p. 391. 6. В.И. Бойко, В.В. Евстигнеев. Введение в физику взаимодействия сильноточных пучков заряженных частиц с веществом. М.: «Энергоатомиздат», 1988. 7. Y. Nakai //Japan J. Appl. Phys. 1963, v. 2, p. 743. 8. L. Katz and A.S. Penfold //Rev. Mod. Phys. 1952, v. 24, p. 28. 9. Handbuch der Physik. Springer Verlag, Berlin, 1958, b. 34. 10. А.М. Кольчужкин, В.В. Учайкин. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. М.: «Атомиздат», 1978. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОФІЛЮ ПОГЛИНЕНОЇ ЕНЕРГІЇ В NaCl ПРИ ЕЛЕКТРОННОМУ ОПРОМІНЕННІ В.В. Ганн, Г.В. ден Хартог, А.В. Сугоняко, Д.И. Вайнштейн Зроблено аналіз експериментальних та теоретичних даних що існують та ї запропоновано проста аналітична формула для розрахунку профілю поглиненої енергії в товстих мішенях, що опромінюються електронами мевних енергій. Показано, що ефект накопичування дози істотно впливає на профіль поглиненої енергії в товстих мішенях. Впроваджені вимірювання профілю розподілу запасеної енергії в кристалічної пластинці NaCl товщиною 0.2...0.8 мм, опроміненої електронами з енергією 0.5 МеВ, методом диференціальної сканіруючей калориметрії по скритої теплоті плавлення радіаційно-індукованих виділений натрію. INVESTIGATION OF THE ENERGY DEPOSITION PROFILE IN NaCl UNDER ELECTRON IRRADIATION V.V. Gann, H. den Hartog, A.V. Sugonyako, D.I. Vainshtein The analysis of experimental and theoretical results was done, and a simple analytical formula for the calculation of the absorbed dose profile in a thick target under electron irradiation of MeV-energy was proposed. The build-up phenomenon is shown to impact substantially on the energy deposition profile in thick samples. The stored energy profile in NaCl platelets of 0.2…0.8 mm thickness after 0.5 MeV electron irradiation has been determined by measuring the melting latent heat of radiation induced sodium precipitates with differential scanning calorimetry method.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80573
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1562-6016
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:42:37Z
publishDate 2005
publisher Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
record_format dspace
spelling Ганн, В.В.
ден Хартог, Г.В.
Сугоняко, А.В.
Вайнштейн, Д.И.
2015-04-19T14:50:02Z
2015-04-19T14:50:02Z
2005
Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении / В.В. Ганн, Г.В. ден Хартог, А.В. Сугоняко, Д.И. Вайнштейн // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 32-35. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
1562-6016
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80573
621.039
Проведен анализ существующих экспериментальных и теоретических данных и предложена простая
 аналитическая формула для расчета профиля поглощенной энергии в толстых мишенях, облучаемых
 электронами мэвных энергий. Показано, что эффект накопления дозы существенно влияет на профиль
 поглощенной энергии в толстых мишенях. Выполнены измерения профиля распределения запасенной
 энергии в кристаллических пластинках NaCl с толщиной 0.2…0.8 мм, облученных электронами с энергией
 0.5 МэВ, методом дифференциальной сканирующей калориметрии по скрытой теплоте плавления
 радиационно-индуцированных выделений натрия.
Зроблено аналіз експериментальних та теоретичних даних що існують та ї запропоновано проста аналітична
 формула для розрахунку профілю поглиненої енергії в товстих мішенях, що опромінюються електронами мевних
 енергій. Показано, що ефект накопичування дози істотно впливає на профіль поглиненої енергії в товстих мішенях.
 Впроваджені вимірювання профілю розподілу запасеної енергії в кристалічної пластинці NaCl товщиною 0.2...0.8 мм,
 опроміненої електронами з енергією 0.5 МеВ, методом диференціальної сканіруючей калориметрії по скритої теплоті
 плавлення радіаційно-індукованих виділений натрію.
The analysis of experimental and theoretical results was done, and a simple analytical formula for the calculation of the
 absorbed dose profile in a thick target under electron irradiation of MeV-energy was proposed. The build-up phenomenon is
 shown to impact substantially on the energy deposition profile in thick samples. The stored energy profile in NaCl platelets of
 0.2…0.8 mm thickness after 0.5 MeV electron irradiation has been determined by measuring the melting latent heat of radiation
 induced sodium precipitates with differential scanning calorimetry method.
Работа выполнена в рамках Соглашения с
 университетом г. Гронинген, Нидерланды, № NC
 1117 «Радиационные повреждения в NaCl».
ru
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
Вопросы атомной науки и техники
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
Дослідження профілю поглиненої енергії в NaCl при електронному опроміненні
Investigation of the energy deposition profile in NaCl under electron irradiation
Article
published earlier
spellingShingle Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
Ганн, В.В.
ден Хартог, Г.В.
Сугоняко, А.В.
Вайнштейн, Д.И.
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
title Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
title_alt Дослідження профілю поглиненої енергії в NaCl при електронному опроміненні
Investigation of the energy deposition profile in NaCl under electron irradiation
title_full Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
title_fullStr Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
title_full_unstemmed Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
title_short Исcледование профиля энеровыделения в NaCl при электронном облучении
title_sort исcледование профиля энеровыделения в nacl при электронном облучении
topic Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
topic_facet Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80573
work_keys_str_mv AT gannvv iscledovanieprofilâénerovydeleniâvnaclpriélektronnomoblučenii
AT denhartoggv iscledovanieprofilâénerovydeleniâvnaclpriélektronnomoblučenii
AT sugonâkoav iscledovanieprofilâénerovydeleniâvnaclpriélektronnomoblučenii
AT vainšteindi iscledovanieprofilâénerovydeleniâvnaclpriélektronnomoblučenii
AT gannvv doslídžennâprofílûpoglinenoíenergíívnaclprielektronnomuopromínenní
AT denhartoggv doslídžennâprofílûpoglinenoíenergíívnaclprielektronnomuopromínenní
AT sugonâkoav doslídžennâprofílûpoglinenoíenergíívnaclprielektronnomuopromínenní
AT vainšteindi doslídžennâprofílûpoglinenoíenergíívnaclprielektronnomuopromínenní
AT gannvv investigationoftheenergydepositionprofileinnaclunderelectronirradiation
AT denhartoggv investigationoftheenergydepositionprofileinnaclunderelectronirradiation
AT sugonâkoav investigationoftheenergydepositionprofileinnaclunderelectronirradiation
AT vainšteindi investigationoftheenergydepositionprofileinnaclunderelectronirradiation