Адрес документа: http://law.rufox.ru/view/25/1200015544.htm

ГОСТ 25645.211-85

Группа Ф40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

БЕЗОПАСНОСТЬ РАДИАЦИОННАЯ ЭКИПАЖА
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В КОСМИЧЕСКОМ ПОЛЕТЕ

Характеристики ядерного взаимодействия протонов

Space crew radiation safety during space flight.
Nuclear interaction characteristics of protons

ОКСТУ 6968

Дата введения 1987-07-01

     ИСПОЛНИТЕЛИ
     
     Г.И.Бацких, канд. техн. наук; Е.К.Гельфанд, канд. физ.-мат. наук; А.И.Григорьев, д-р мед. наук; А.Р.Калмыков; Г.В.Красильников, канд. техн. наук; Е.Н.Лесновский, канд. техн. наук; Б.В.Манько; В.А.Панин; И.Я.Ремизов, канд. техн. наук; В.А.Сакович, канд. техн. наук; В.М.Сахаров, канд. техн. наук; А.Я.Серов, канд. физ.-мат. наук; Б.С.Сычев, канд. физ.-мат. наук; В.Б.Хвостов, канд. физ.-мат. наук.
     
     УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 декабря 1985 г. N 4050
     
     
     Настоящий стандарт устанавливает характеристики ядерных взаимодействий протонов космических лучей, а также протонов и нейтронов (далее по тексту - нуклонов), образованных ими в защите космических аппаратов (КА), в диапазоне энергий нуклонов от 20 до 1000 МэВ для ядер элементов от углерода до свинца.
     
     К характеристикам ядерных взаимодействий, предназначенным для расчетов пространственно-энергетических распределений плотности потока нуклонов в КА, относят:
     
     средний пробег нуклонов до ядерного взаимодействия;
     
     двойные дифференциальные по энергии и углу вылета распределения вторичных нуклонов в неупругих нуклон-ядерных взаимодействиях.
     
     Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в справочном приложении 1.
     
     

1. СРЕДНИЕ ПРОБЕГИ НУКЛОНОВ ДО ЯДЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

     1.1. Средние пробеги нуклонов с энергией  до ядерного взаимодействия  в веществе вычисляют по формулам:
     
     для простых веществ с атомной массой
     

, г/см,                                                       (1)


где ,  - протон или нейтрон, соответственно;
     
      - микроскопическое сечение неупругого ядерного взаимодействия нуклона типа , барн (1 барн=10 см);
     
     для вещества со сложным элементным составом
     

, г/см,                                 (2)


где  - микроскопическое сечение неупругого ядерного взаимодействия нуклона типа  с -м элементом вещества, барн;

      - массовая концентрация -го элемента в веществе, причем .
     
     1.2. Микроскопические сечения неупругого ядерного взаимодействия () одинаковы для протонов и нейтронов при 40 МэВ. В табл.1 представлены значения сечений для различных элементов в узлах значений энергии .
     
     Примечание. Для энергий <40 МэВ в скобках приведены значения сечений для нейтронов.
     
     

Таблица 1

Микроскопические сечения неупругого ядерного взаимодействия нуклонов , барн

, МэВ

Элемент

12,01

16,00

26,98

28,09

55,85

63,55

118,7

207,2

  20

0,425
(0,499)

0,507
(0,596)

0,695
(0,816)

0,682
(0,801)

1,02
(1,20)

1,20
(1,41)

1,56
(1,84)

1,83
(2,42)

  25

0,439
(0,472)

0,521
(0,559)

0,709
(0,762)

0,711
(0,764)

1,04
(1,12)

1,21
(1,30)

1,60
(1,71)

2,12
(2,29)

  30

0,433
(0,446)

0,511
(0,527)

0,696
(0,717)

0,706
(0,728)

1,03
(1,06)

1,18
(1,21)

1,58
(1,63)

2,14
(2,20)

  35

0,416
(0,422)

0,491
(0,497)

0,671
(0,679)

0,686 (0,695)

0,999 (1,01)

1,13 (1,15)

1,54 (1,56)

2,11 (2,13)

  40

0,398

0,469

0,645

0,663

0,969

1,09

1,50

2,08

  45

0,375

0,443

0,613

0,632

0,931

1,04

1,45

2,03

  50

0,353

0,418

0,582

0,602

0,896

0,993

1,41

1,99

  60

0,305

0,365

0,520

0,540

0,825

0,905

1,32

1,91

  70

0,246

0,300

0,440

0,460

0,733

0,800

1,21

1,80

  80

0,245

0,300

0,441

0,459

0,735

0,803

1,22

1,80

  90

0,242

0,296

0,439

0,454

0,733

0,800

1,22

1,80

100

0,238

0,292

0,434

0,448

0,728

0,795

1,21

1,80

125

0,228

0,281

0,422

0,434

0,714

0,780

1,20

1,78

150

0,221

0,273

0,412

0,424

0,702

0,768

1,19

1,77

175

0,217

0,268

0,406

0,417

0,694

0,759

1,18

1,76

200

0,214

0,266

0,402

0,413

0,690

0,755

1,17

1,76

250

0,212

0,264

0,399

0,411

0,687

0,751

1,17

1,75

300

0,212

0,263

0,398

0,410

0,685

0,750

1,17

1,75

350

0,212

0,263

0,399

0,410

0,686

0,751

1,17

1,75

400

0,215

0,267

0,403

0,415

0,692

0,757

1,18

1,76

500

0,225

0,278

0,419

0,430

0,712

0,779

1,20

1,79

600

0,237

0,292

0,436

0,447

0,734

0,803

1,23

1,82

700

0,248

0,305

0,453

0,463

0,755

0,825

1,25

1,84

800

0,261

0,319

0,472

0,481

0,778

0,850

1,28

1,87

900

0,261

0,319

0,471

0,481

0,777

0,849

1,28

1,87

1000

0,262

0,320

0,473

0,482

0,779

0,851

1,28

1,87

     
     
     1.3. Значения микроскопических сечений  для энергий нуклона , отличных от узловых значений , вычисляют путем квадратичной интерполяции по энергии значений , приведенных в табл.1.
     
     1.4. Значения микроскопических сечений  для элементов, не представленных в табл.1, вычисляют путем степенной интерполяции по атомной массе элемента , значений, приведенных в табл.1.
     
     

2. ДВОЙНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ПО ЭНЕРГИИ И УГЛУ ВЫЛЕТА
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ НУКЛОНОВ В НЕУПРУГИХ НУКЛОН-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

     2.1. Двойные дифференциальные по энергии  и углу вылета  распределения вторичных нуклонов  представляют в виде суммы распределений каскадных и испарительных нуклонов:
     

,               (3)


где  - энергия нуклона, испытавшего неупругое ядерное взаимодействие, МэВ;
     
      - энергия вторичных нуклонов, МэВ;
     
      - угол вылета вторичных нуклонов, отсчитываемый от направления движения первичного нуклона.
     
     2.2. Распределение каскадных нуклонов  одинаково по форме для нейтронов и протонов:
     

,                          (4)


где  - среднее число (множественность) каскадных нуклонов типа , образованных в неупругом взаимодействии нуклона типа  с ядром;
     
      - множественность каскадных нуклонов;
     

,                           (5)


      - энергетическое распределение каскадных нуклонов;
     

                         (6)


     - нормировочная функция;
     

 - параметр углового распределения.                                          (7)

     
     2.2.1. Множественность каскадных нуклонов  не зависит от типа нуклона, испытавшего неупругое ядерное взаимодействие, и вычисляется по формуле
     

,           (8)
     
где                                                                     (9)

     
     2.2.2. Соотношение множественностей каскадных нейтронов и протонов в нуклон-ядерных взаимодействиях вычисляют по формуле
          

 - для первичных протонов;         (10)


 - для первичных нейтронов;       (11)


где  и  - атомный вес и номер элемента ядра-мишени, соответственно.
     
     2.2.3. Энергетическое распределение каскадных нуклонов вычисляют по формуле
     

,                                             (12)


причем .
     
     2.2.4. Значения функций  и  вычисляют с использованием данных табл. 2 и 3 для функций  и  по (формулам:
     

;                                                         (13)


;                                                            (14)


.                                                               (15)


     2.2.5. Величины  и  для значений  и , не совпадающих с узловыми значениями табл.2, 3, а также для элементов, не представленных в таблицах, находят путем квадратичной интерполяции по ,  и .
     
     

Таблица 2

Значения функции

,
МэВ

Элемент


12,01

16,01

26,98

28,09

55,85

63,55

118,7

207,2

3,68

0,0

0,687

0,699

0,688

0,685

0,576

0,543

0,355

0,178

6,07

0,5

1,110

1,120

1,100

1,100

0,959

0,913

0,645

0,363

10,0

1,0

1,560

1,580

1,570

1,560

1,410

1,360

1,030

0,644

16,5

1,5

2,010

2,040

2,050

2,050

1,920

1,870

1,510

1,040

27,2

2,0

2,470

2,520

2,580

2,580

2,510

2,470

2,110

1,570

44,8

2,5

2,680

2,690

2,870

2,890

3,150

3,160

2,950

2,320

73,9

3,0

2,700

2,790

3,160

3,190

3,790

3,840

3,870

3,280

122,0

3,5

2,610

2,790

3,350

3,400

4,340

4,490

4,850

4,420

201,0

4,0

2,460

2,720

3,460

3,520

4,830

5,080

5,850

5,700

331,0

4,5

2,390

2,710

3,620

3,690

5,370

5,710

6,940

7,170

546,0

5,0

2,560

2,940

4,010

4,100

6,190

6,620

8,400

9,130

900,0

5,5

2,840

3,290

4,560

4,670

7,230

7,780

10,20

11,60

1480,0

6,0

3,130

3,650

5,130

5,260

8,360

9,050

12,30

14,50

     
     
Таблица 3

Значения функции

,
МэВ

Элемент


12,01

16,00

26,98

28,09

55,85

63,55

118,7

207,2

3,68

0,0

5,72-2

5,72-2

5,72-2

5,72-2

5,72-2

5,72-2

5,72-2

5,72-2

6,07

0,5

8,09-2

8,09-2

8,09-2

8,09-2

8,09-2

8,09-2

8,09-2

8,09-2

10,00

1,0

1,05-1

1,05-1

1,05-1

1,05-1

1,05-1

1,05-1

1,05-1

1,05-1

16,5

1,5

1,22-1

1,22-1

1,22-1

1,22-1

1,22-1

1,22-1

1,22-1

1,22-1

27,2

2,0

1,21-1

1,21-1

1,21-1

1,21-1

1,21-1

1,21-1

1,21-1

1,21-1

44,8

2,5

2,16-1

2,08-1

1,76-1

1,74-1

1,29-1

1,23-1

1,02-1

9,84-2

73,9

3,0

2,75-1

2,53-1

1,98-1

1,94-1

1,33-1

1,24-1

9,57-2

8,35-2

122,0

3,5

3,38-1

2,98-1

2,19-1

2,19-1

1,37-1

1,26-1

9,24-2

7,60-2

201,0

4,0

3,96-1

3,37-1

2,35-1

2,29-1

1,39-1

1,27-1

8,94-2

7,11-2

331,0

4,5

3,25-1

2,75-1

1,89-1

1,84-1

1,10-1

9,96-2

6,74-2

5,08-2

546,0

5,0

2,47-1

2,11-1

1,47-1

1,43-1

8,50-2

7,72-2

5,13-2

3,76-2

900,0

5,5

2,39-1

2,02-1

1,39-1

1,35-1

7,92-2

7,18-2

4,74-2

3,46-2

1480,0

6,0

2,36-1

1,98-1

1,34-1

1,30-1

7,51-2

6,79-2

4,44-2

3,19-2

     
     Примечание. Здесь и далее всюду запись типа 5,72-2 означает 5,72·10.
     
     
     2.3. Распределение испарительных нейтронов
     

.

     2.3.1. Распределение испарительных нейтронов не зависит от типа нуклона, испытавшего неупругое ядерное взаимодействие.
     
     Примечание. Испарительные протоны из-за малых длин ионизационного пробега в веществе не рассматривают при решении задач переноса излучения в защите КА.
     
     
     2.3.2. Угловое распределение испарительных нейтронов изотропно:
     

,                                               (16)


где  - энергетическое распределение испарительных нейтронов, причем:
     

,                                                 (17)


      - множественность испарительных нейтронов.
     
     2.3.3. Энергетическое распределение испарительных нейтронов вычисляют по формуле
     

,                           (18)


где  - средняя температура остаточного ядра, МэВ; (19)

     

     =10,5-0,02  - средняя энергия связи нуклона в ядре с атомным весом ; (20)

     
 -                                           (21)

     - средняя энергия возбуждения остаточного ядра
     

при                                                              (22)

     
     2.3.4. Множественность испарительных нейтронов вычисляют по формуле
     

.       (23)

     
     2.4. Для вещества со сложным элементным составом (=1,...., ) распределение  вычисляют по формуле
     

.                   (24)


     2.5. В справочном приложении 2 представлены результаты вычислений ряда интегральных характеристик протон-ядерного взаимодействия для углерода, кислорода, алюминия, кремния, железа, меди, олова, свинца.
     
     

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

ТЕРМИНЫ И ПОЯСНЕНИЯ

Термин

Обозначение

Пояснение

Средний пробег нуклона до ядерного взаимодействия


Величина, обратная макроскопическому сечению взаимодействия нуклона с ядром

Макроскопическое сечение


По ГОСТ 8.417-81

Микроскопическое сечение


По ГОСТ 8.417-81

Двойное дифференциальное по энергии  и углу вылета   распределение вторичных нуклонов

Среднее число нуклонов типа , вылетающих в направлении  в интервал телесного угла  с энергией в интервале ,  при неупругом взаимодействии с ядром нуклона типа , имеющего энергию

Множественность частиц типа

Среднее число частиц типа , возникающих в неупругом взаимодействии нуклона с ядром элемента

     
     
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОТОН-ЯДЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ





*, МэВ

, МэВ


Углерод

   16,5

1,5

0,409

0,172

0,237

16,5

2,28

0,60

   27,2

2,0

0,653

0,273

0,380

18,0

2,54

0,62

   44,8

2,5

0,952

0,402

0,550

20,0

2,83

0,65

   73,9

3,0

1,290

0,543

0,750

22,0

3,15

0,68

 122,0

3,5

1,650

0,695

0,950

24,5

3,42

0,71

 201,0

4,0

2,000

0,850

1,150

27,3

3,75

0,75

 331,0

4,5

2,340

1,000

1,340

30,0

4,06

0,78

 546,0

5,0

2,660

1,150

1,510

32,7

4,32

0,82

900,0

5,5

2,940

1,290

1,650

35,5

4,55

0,85

1480,0

6,0

3,190

1,430

1,760

36,5

4,70

0,90

Кислород

   16,5

1,5

0,414

0,174

0,240

17,0

2,07

0,655

   27,2

2,0

0,666

0,280

0,385

18,9

2,33

0,687

   44,8

2,5

0,978

0,412

0,566

21,1

2,62

0,726

   73,9

3,0

1,330

0,563

0,772

23,9

2,93

0,772

 122,0

3,5

1,720

0,726

0,991

27,2

3,26

0,842

 201,0

4,0

2,110

0,894

1,210

30,7

3,59

0,879

 331,0

4,5

2,480

1,060

1,420

34,6

3,90

0,936

 546,0

5,0

2,830

1,220

1,610

38,4

4,20

0,991

 900,0

5,5

3,170

1,390

1,780

42,1

4,47

1,040

1480,0

6,0

3,450

1,550

1,900

45,6

4,70

1,090

Алюминий

   16,5

1,5

0,417

0,183

0,234

17,9

1,72

0,787

   27,2

2,0

0,681

0,299

0,382

20,3

1,96

0,845

   44,8

2,5

1,020

0,447

0,571

23,4

2,23

0,917

   73,9

3,0

1,410

0,622

0,792

27,4

2,54

1,010

 122,0

3,5

1,850

0,816

1,030

32,4

2,88

1,110

 201,0

4,0

2,300

1,020

1,280

38,3

3,24

1,230

 331,0

4,5

2,760

1,230

1,530

45,0

3,60

1,360

 546,0

5,0

3,200

1,440

1,760

52,0

3,95

1,490

 900,0

5,5

3,610

1,650

1,960

59,0

4,26

1,610

1480,0

6,0

3,980

1,860

2,120

65,6

4,54

1,720

Кремний

   16,5

1,5

0,416

0,175

0,241

18,0

1,69

0,798

   27,2

2,0

0,682

0,287

0,395

20,4

1,93

0,858

   44,8

2,5

1,020

0,430

0,590

23,6

2,21

0,933

   73,9

3,0

1,420

0,599

0,821

27,7

2,52

1,030

 122,0

3,5

1,860

0,786

1,070

32,8

2,86

1,140

 201,0

4,0

2,320

0,985

1,330

38,9

3,22

1,260

 331,0

4,5

2,780

1,190

1,590

45,8

3,58

1,400

 546,0

5,0

3,220

1,390

1,830

53,1

3,93

1,530

 900,0

5,5

3,640

1,600

2,040

60,4

4,25

1,660

1480,0

6,0

4,020

1,800

2,220

67,3

4,53

1,780

Железо

   16,5

1,5

0,390

0,178

0,212

  19,1

1,32

1,07

   27,2

2,0

0,663

0,302

0,361

  22,6

1,53

1,21

   44,8

2,5

1,030

0,469

0,559

  27,2

1,78

1,37

   73,9

3,0

1,480

0,675

0,802

  33,4

2,07

1,59

 122,0

3,5

1,990

0,914

1,080

  41,8

2,40

1,86

 201,0

4,0

2,560

1,180

1,380

  52,5

2,78

2,18

 331,0

4,5

3,150

1,460

1,690

  65,6

3,17

2,54

 546,0

5,0

3,730

1,740

1,990

  80,6

3,57

2,92

 900,0

5,5

4,300

2,040

2,260

  96,3

3,94

3,29

1480,0

6,0

4,830

2,340

2,490

111,0

4,26

3,62

Медь

   16,5

1,5

0,380

0,177

0,203

  19,3

1,26

1,15

   27,2

2,0

0,651

0,304

0,347

  23,0

1,47

1,30

   44,8

2,5

1,020

0,477

0,543

  27,9

1,71

1,50

   73,9

3,0

1,480

0,692

0,785

  34,7

1,99

1,75

 122,0

3,5

2,010

0,943

1,070

  43,8

2,32

2,07

 201,0

4,0

2,590

1,220

1,370

  55,7

2,69

2,45

 331,0

4,5

3,210

1,520

1,690

  70,4

3,09

2,88

 546,0

5,0

3,820

1,830

1,990

  87,4

3,49

3,34

 900,0

5,5

4,430

2,150

2,280

105,0

3,88

3,78

1480,0

6,0

4,990

2,470

2,520

123,0

4,21

4,19

Олово

   16,5

1,5

0,307

0,152

0,155

  20,3

1,01

1,59

   27,2

2,0

0,558

0,277

0,281

  25,0

1,19

1,91

   44,8

2,5

0,920

0,458

0,462

  31,8

1,41

2,32

   73,9

3,0

1,400

0,696

0,702

  41,3

1,68

2,85

 122,0

3,5

1,980

0,990

0,993

  54,6

1,99

3,52

 201,0

4,0

2,660

1,330

1,330

  72,9

2,34

4,35

 331,0

4,5

3,390

1,710

1,680

  96,9

2,74

5,32

 546,0

5,0

4,170

2,120

2,050

126,0

3,16

6,37

 900,0

5,5

4,940

2,540

2,400

158,0

3,56

7,41

1480,0

6,0

5,700

2,990

2,710

189,0

3,92

8,35

Свинец

   16,5

1,5

0,210

0,110

0,0998

  20,4

0,824

2,26

   27,2

2,0

0,415

0,218

0,1970

  26,6

0,990

2,88

   44,8

2,5

0,733

0,385

0,3480

  35,6

1,190

3,70

   73,9

3,0

1,190

0,625

0,5620

  48,6

1,430

4,77

 122,0

3,5

1,780

0,939

0,8400

  67,3

1,720

6,13

 201,0

4,0

2,500

1,320

1,1800

  93,7

2,050

7,81

 331,0

4,5

3,330

1,770

1,5600

129,0

2,440

9,78

 546,0

5,0

4,250

2,280

1,9700

173,0

2,830

11,90

 900,0

5,5

5,210

2,830

2,3800

220,0

3,210

13,90

1480,0

6,0

6,180

3,420

2,7600

267,0

3,550

15,70




Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1986