ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОГО АТОМНОГО НОМЕРА СЛОЖНЫХ СРЕД ПО ОСЛАБЛЕНИЮ ИЗЛУЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЭНЕРГИЙ

A. N. Eritenko, A. L. Tsvetyanskii, A. A. Polev

Аннотация


Рассмотрен способ вычисления эффективных атомных номеров Zэф сложных  мелкодисперсных сред, состоящих из слоев с различной поверхностной плотностью и сильно отличающимися атомными номерами, по ослаблению излучения различных энергий этими средами. Для учета сильной нелинейной зависимости полного атомного коэффициента ослабления от атомного номера элемента, в отличие от хорошо известного способа, вводится показатель степени n при расчете полного атомного сечения, приходящегося на один электрон атома многоэлементного вещества (электронное сечение).  Проверка предложенного способа проведена путем сравнения значений полных атомных коэффициентов ослабления,  полученных с использованием эффективного атомного номера и рассчитанных по правилу аддитивности для атомных коэффициентов. Показано существенное улучшение точности определения эффективных атомных номеров сложных веществ. Вычислены эффективные атомные номера двухкомпонентных образцов Al – X (X = 26Fe, 29Cu, 40Zr, 41Nb, 42Mo, 46Pd, 47Ag, 48Cd, 49In, 50Sn) для четырех энергий фотонов 40.32, 59.54, 94.52 и 136.55 кэВ с использованием атомных коэффициентов ослабления взятых из таблиц XCOM. Также величины эффективных атомных номеров получены для образца бинарного состава Al – Sn при различных массовых концентрациях Sn (0.1-0.9) и энергии 59.54 кэВ, а Al-Sn (~0.08) при четырех вышеуказанных энергиях. Показано, что существенное влияние на получаемые значения  оказывает не только разница атомных номеров (Zmax - Zmin) элементов из состава вещества, но и соотношение концентраций этих элементов. Влияние вышеуказанных факторов существенно уменьшается с увеличением энергии фотонов, поскольку снижается вклад фотоэлектрического поглощения в общее ослабление. Знание эффективного атомного номера среды необходимо для оценки качества материалов применительно к их использованию в радиационной защите, медицинской диагностики, разделения горных пород с различным вещественным составом для оперативного контроля массовой доли полезного компонента и др.

Ключевые слова: Рентгеновское излучение, коэффициент ослабления, эффективный атомный номер, бинарные сплавы, сильно отличающиеся атомные номера. 

DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.005


Полный текст:

PDF (Russian)

Литература


REFERENCES

Grinyov B., Reznikov V., Lecoq P., Naydenov S., Opolonin A., Lisetskaya E., Galkin S., Shumeiko N. Dual-energy radiography of bone tissues using ZnSe-based scintielectronic detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. A, 2007, vol. 571, pp. 399-403. DOI:10.1016/j.nima.2006.10.119

Shivaramu, Ramprasath V. Effective atomic numbers for photon energy absorption and energy dependence of some thermoluminescent dosimetric compounds. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2000, vol. 168, pp. 294-304

Ahmadi M., Lunscher N., Yeow J.T.W. Effective atomic numbers and electron densities of bacteriorhodopsin and its comprising amino acids in the energy range 1 keV-100 Gev. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2013, vol. 300, pp. 30-34. DOI.org/10.1016/j.nimb.2013.01.002

Bootjomchai C, Laopaiboon R. Thermoluminesce dosimetric properties and effective atomic numbers of window glass. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B: 2014, vol. 323, pp. 42-48. DOI.org/10.1016/j.numb.2014.01.018

Bonnin A., Duvauchelle Ph., Kaftandjian V., Ponard P. Concept of effective atomic number and effective mass density in dual-energy X-ray computed tomography. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2014, vol. 318, pp. 223-231. DOI.org/10.1016/j.numb.2013.09.012

Hubbel J.H. Bibliography of photon total cross section measurements. National Institute of Standards and Technology (IR) Report No. 5437. 1994.

Murty R.C. Effective atomic number of heterogeneous materials. Nature, 1965, vol. 207, pp. 398-399.

Hine G.J. The effective atomic numbers of materials for various gamma ray processes. Rhys. Rev., 1952, vol. 82, pp. 385-391.

Latha P., Vinodkumar A.M., Varier K.M., Babu B.R.S, Joseph Antony, Abdullah K.K., Unnikrishnan M.P. Effective atomic numbers for gamma ray interaction at 59.54 keV in heterogeneous layers of materials using Am241 gamma rays. Radiation Physics and Chemistry, 2012, vol. 81, pp. 1817-1822. DOI.org/10.1016/j.radphyschem.2012.07.019

Murty V.R.K. Effective atomic numbers for W/Cu alloy for total photon attenuation. Radiation Physics and Chemistry, 2004, vol. 71, pp. 667-669. DOI:10.1016/j.radphyschem.2004.04.046

Plotnikov R.I., Pshenichnyi G.A. Fluorestsentnyi rentgenoradiometricheskii analiz [X-ray fluorescent radiometric analysis]. Moscow, Atomizdat, 1973. 264 p. (in Russian).

Baltas H., Cevik U. Determination of the effective atomic number and electron densities for YBaCuO superconductor in the range 59.5-136 keV. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2008, vol. 266, pp. 1127-1131. DOI:10.1016/j.nimb.2008.02.035

Un A., Sahin Y. Determination of mass attenuation coefficients, effective atomic and electron numbers, mean free path and kermas for PbO, barite and some boron ore. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2011, vol. 269, pp.1506-1511. DOI:10.1016/j.nimb.2011.04.011

Celik A., Cevik U., Bacaksiz E. and Celik N. Effective atomic numbers and electron densities of CuGaSe2 semiconductor in the energy range 6-511 keV. X-Ray Spectrometry, 2008, vol. 37, pp. 490-494. DOI:10.1002/xrs.1070.

Han I., Demir L. Stadies on effective atomic numbers, electron densities from mass attenuation coefficients in 〖Ti〗_x 〖Co〗_(1-x) and 〖Co〗_x 〖Cu〗_(1-x) alloys. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2009, vol. 267, pp. 3505-3510. DOI:10.1016/j.nimb.2009.08.022

Han I., Demir L. Determination of mass attenuation coefficients, effective atomic and electron numbers for Cr, Fe, Ni alloys at different energies. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2009, vol.267, pp. 3-8. DOI:10.1016/j.nimb.2008.10.065

Kurilik A.S. Opredelenie atomnogo nomera veshchestva ob"ektov po oslableniiu puchkov fotonov s energiiami do 10 MėV: Avtoref. diss. kand. fiz.-mat. nauk [Determination of the atomic number of the substance of objects by weakening of the photon beams with energies up to 10 MeV. Autor,s abstract of Ph.D. sci. diss.]. Moscow, 2014. 27 p. (in Russian)

Pavlinsky G.V. Fundamentals of X-Ray Physics - Cambridge Science Publishing Ltd, UK, 2008, 244 p.

Singh K., Singh H., SharmaV., Nathuram R., Khanna A., Kumar R., Bhatti S.S., Sahota H.S. Gamma attenuation coefficients in bismuth borate glasses. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec B, 2002, vol. 194, pp. 1-6.

Manohara S.R., Hanagodimath S.M., Thind K.S., Gerward L. On the effective atomic number and electron density: A comprehensive set of formulas for all types of materials and energies above 1 keV. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2008, vol. 266, pp. 3906-3912. DOI:10.1016/j.nimb.2008.06.034

Gowda Sivalinge, Krishnaveni S., Gowda Ramkarishna. Studies on effective atomic numbers and electron densities in amino acids and sugars in the energy range 30-1333keV. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Sec. B, 2005, vol. 239, pp. 361-369. DOI:10.1016/j.nimb.2005.05.048

Berger M.J., Hubbell J.H., 1987/99. XCOM: Photon cross sections database, Web Version 1.2, available at http://physics nist.gov/xcom. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899, USA. Originally published as NBSIR 87-3597 “XCOM. Photon Cross Sections on Personal Computer”.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.