| ||||
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РАДИАЦИОННАЯ
РД 50-25645.210-85
Москва ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
ИСПОЛНИТЕЛИ: В.Б. Хвостов, канд. физ.-мат. наук; О.Е. Адамов, канд. техн. наук; А.И. Григорьев, д-р мед. наук; А.В. Губарев; В.П. Демин, канд. техн. наук; Е.Е. Ковалев, д-р техн. наук; Г.В. Красильников; Е.Н. Лесновский, канд. техн. наук; А.П. Лобаков; И.И. Максимов; В.Н. Никитинский; А.А. Оглоблин, д-р техн. наук; В.А. Панин; С.М. Перфильева; И.Я. Ремизов, канд. техн. наук; В.А. Сакович, канд. техн. наук; В.М. Сахаров, канд. техн. наук; В.И. Степакин, канд. техн. наук; И.Ф. Усольцев, канд. техн. наук. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 10.12.85 г. № 3881
РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ
Утверждены постановлением Госстандарта от 10 декабря 1985 г. № 3881, срок введения установлен с 01.07.87 Настоящие методические указания устанавливают алгоритмы расчета энергетической плотности потоков первичных протонов, а также вторичных протонов и нейтронов (нуклонов) внутри космического аппарата (КА) в диапазоне энергий от 1 до 1000 МэВ, учитывающие пространственное распределение вещества в КА, средняя толщина защиты которого, выраженная в массовых единицах длины, не превышает 15 г/см2. 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ1.1. Расчет энергетической плотности потоков протонов и вторичных нейтронов внутри КА осуществляют в приближении однократного ядерного взаимодействия первичных протонов с веществом защиты КА. 1.2. В расчетах прохождения космических лучей через защиту КА ядерные взаимодействия протонов с энергией E < 20 МэВ не учитывают. 1.3. Учет потерь энергии протонов на ионизацию осуществляют в приближении непрерывного замедления с использованием ионизационных потерь энергии протона S(E) и ионизационных пробегов R(E), определяемых по РД 50-25645.206-84. 1.4. Ослабление флюенса нуклонов с энергией Е0 за счет ядерных взаимодействий в однородном веществе на геометрическом расстоянии t, см, определяют функцией где τ(Е0, t) - оптическое расстояние в веществе, т.е. расстояние, выраженное в долях среднего пробега нуклона до ядерного взаимодействия λ(Е0), определяемого по ГОСТ 25645.211-85. 1.4.1. Оптическое расстояние для нейтронов с энергией Е0 вычисляют по формуле
где ρ - плотность вещества, г/см3. 1.4.2. Оптическое расстояние для протонов с начальной энергией Е0 вычисляют по формуле
Остаточную энергию протона Е после прохождения в веществе расстояния t вычисляют из соотношения 1.4.3. Для объекта, состоящего из зон с различными веществами, оптическое расстояние вычисляют как сумму оптических расстояний, пройденных нуклоном в каждой из зон. 1.5. Энергетическое распределение плотности потоков протонов Примечание. Выбор узловых значений Ej и количество узлов J должны обеспечить вычисление интегрального по энергии флюенса нуклонов с погрешностью не более 20 %. Для энергетических узлов при J > 20 следует принять логарифмическую сетку. 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОТОКОВ ПРОТОНОВ И НЕЙТРОНОВ2.1. Геометрию и состав вещества КА задают по ГОСТ 25645.204-83, причем в качестве внешней границы объекта принимают описанную сферу радиуса R0. Начало неподвижной системы координат совмещают с центром сферы (см. рисунок). 2.2. Каждой зоне K космического аппарата ставят в соответствие индекс вещества l(k), заполняющего эту зону. Пустым зонам присваивают значение индекса l = 0. 2.3. Для каждого вещества с индексом l(k), отличным от нуля, определяют следующие характеристики: ионизационные потери энергии протонов Sl(Е) по РД 50-25645.206-84; ионизационные пробеги протонов Rl(Е) по РД 50-25645.206-84; средние пробеги нуклонов до ядерного взаимодействия λпрl(Е) и λнl(E) по ГОСТ 25645.211-85; двойные дифференциальные распределения вторичных нуклонов Примечание. Средние пробеги нейтронов с энергией E < 20 МэВ определяют в соответствии с рекомендуемым приложением. Геометрия расчета энергетической плотности потоков протонов и нейтронов в космическом аппарате: 1 - космический аппарат (КА); 2 - сфера радиуса R0; 2.4. Источник первичных протонов задают плотностью тока протонов
через поверхность сферы радиуса R0 в каждой точке где Ф(Е0) - изотропная в
4p плотность потока протонов
космических лучей; Примечание. Угол 0 ≤ θ2 ≤ p/2
отсчитывается от нормали 2.5. Для моделирования траекторий протона методом Монте-Карло функцию
где
f2(μ2) = 2μ2, где μ2 = cosθ2 - функция плотности вероятности распределения Ω2 по азимутальному углу θ2, 0 ≤ μ2 ≤ 1; f3(φ2) = 1/2p
- функция плотности
вероятности распределения 3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ПЕРВИЧНЫХ ПРОТОНОВ3.1. Декартовы координаты точки вылета протона 3.1.1. Направление где η' и η" - случайные числа, равномерно распределенные в интервале (0, 1). 3.1.2. Направляющие косинусы в декартовой системе координат
3.1.3. Декартовы координаты точки
3.2. Расстояние Т10 между фиксированной точкой 3.3. Направляющие косинусы в неподвижной декартовой системе координат
для направления
3.4. Вычисляют косинус угла cosθ*2 между внешней нормалью к сферической поверхности в точке причем т.е.
3.5. Значения энергии протона в точке 3.5.1. Направляют луч из точки Примечание. Далее в формулах аргументы при tn и kn опущены. 3.5.2. Значения энергии протона E'n (n = 1, ..., N0 - 1) на границах пересекаемых зон kn вычисляют из рекурентного соотношения для пробегов протона: Rl(kn)(E'n) = Rl(kn)(E'n-1) + ρl(kn)tn, (15) полагая E'0 = Ej. 3.5.3. Если значение энергии протона E'n при n ≤ N0 - 1 превышает Emax =1000 МэВ, т.е. попадание в точку 3.5.4. Значение энергии первичного протона 3.6. Оптическое расстояние для протона с энергией где Значения E'n - по п. 3.5.2. 3.7. Значение энергетической плотности потока первичных протонов в
точке
3.8. Значение
3.9. Для получения статистически обеспеченной оценки 3.10. Значение
4. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ВТОРИЧНЫХ НУКЛОНОВ4.1. Декартовы координаты вылета протона 4.2. Протонной истории присваивают статистический вес W = W0, где W0 определяют по п. 2.5. 4.3. Направление вылета протона из источника (см. рисунок) моделируют по следующему алгоритму. 4.3.1. Подвижную систему координат помещают в точку 4.3.2. Направление вылета протона
где η', η" - случайные числа, равномерно распределенные в интервале (0, 1). 4.3.3. Значения направляющих косинусов вектора Ω2 в неподвижной системе
координат
4.4. Значение энергии первичного протона E1* моделируют из распределения f1(E0), определяемого по п. 2.5, полагая
где η - случайное число, равномерно распределенное в интервале (0, 1). 4.5. Оптическое расстояние в КА для протона с энергией E1*, выходящего из
точки 4.5.1. Направляют луч из точки 4.5.2. Если на пути луча встречаются только пустые зоны, т.е. l(kn) = 0 для всех n = 1, ..., N0 - 1, то история прерывается. 4.5.3. Если на пути луча есть заполненные веществом зоны, то вычисляют значения энергии протона Е'п на границах зон из рекурентного соотношения для пробегов протона: Rl(kn)(E'n) = Rl(kn)(E'n-1) + ρl(kn)tn, (n = 1, ..., N0 - 1), (24) полагая Е'0 =Е1*. 4.5.4. Если Е'N0-1 < 20 МэВ, то в последовательности пересекаемых зон (n = 1,..., N0 - 1) определяют номер n0, при котором Е'n0 < 20 МэВ. Примечание. Данное условие означает, что протон из-за ионизационных потерь достигает энергии 20 МэВ в зоне с номером kn. 4.5.5. Оптическое расстояние
где 4.6. Оптическое расстояние, пройденное протоном в КА до ядерного
взаимодействия в точке
где 4.7. Новый статистический вес протонной истории, компенсирующий смещенность оценки пробега протона до ядерного взаимодействия вычисляют по формуле
4.8. В последовательности пересекаемых зон (n = 1, ..., N0 - 1) вычисляют номер n1, для которого выполняется неравенство
где Примечание. Точка 4.9. Энергию протона Е2* в точке 4.9.1. Вычисляют оптическое расстояние, пройденное протоном в зоне с номером kn1:
4.9.2. Значение оптического расстояния для протона с энергией E*2 в веществе зоны n1 вычисляют по формуле 4.9.3. Значение энергии протона E*2 вычисляют путем обратной интерполяции из зависимости Ql(E) для значения Ql, определяемого по формуле (30). 4.10. Вычисляют геометрическое расстояние T12 по следующему алгоритму. 4.10.1. Расстояние t*n1, пройденное протоном в зоне с номером kn1 вычисляют по формуле 4.10.2. Расстояние T12 вычисляют по формуле 4.11. Декартовы координаты точки
ядерного взаимодействия протона 4.12. Расстояние Т20 между точкой 4.13. Направление 4.14. Угол между векторами
4.15. Направляют луч из точки 4.16. В последовательности пересекаемых зон (n = 1, ..., N0 - 1) определяют номер n2, для которого справедливо неравенство Примечание. Точка 4.17. Длину отрезка t*n2, проходимую нуклоном в зоне kn2, вычисляют из соотношения 4.18. Длину отрезка tn2 полагают равной t*n2. 4.19. Оптическое расстояние между точками
4.20. Значение энергетической плотности потока вторичных нейтронов в
точке 4.21. Значение
4.22. Энергию вторичного протона 4.22.1. Определяют энергии протонов на границах пересекаемых зон из рекурентного соотношения для ионизационных пробегов протона Rl(kn)(E'n) = Rl(kn)(E'n-1) + ρl(kn)tn, (n = 1,..., n2), (40) полагая Е'0 = Ej. 4.22.2. Если значение энергии протона E'n превышает значение E*2, т.е. попадание в точку 4.22.3. Значение энергии вторичного протона 4.23. Оптическое расстояние для протона с энергией 4.24. Значение энергетической плотности потока протонов в точке 4.25. Значение
4.26. Для получения статистически обеспеченной оценки 4.27. Значения
ПРИЛОЖЕНИЕРекомендуемое 1. Средние пробеги нейтронов до ядерного взаимодействия с энергией E < 20 МэВ вычисляют по формуле. где σн(Е) - полное микроскопическое сечение ядерного взаимодействия нейтронов, барн. 2. Полные микроскопические сечения ядерного взаимодействия нейтронов с E < 20 МэВ рекомендуется брать из справочника*. * Медведев Ю.А., Степанов Б.М., Труханов Г.Я. Ядерно-физические константы взаимодействия нейтронов с элементами, входящими в состав атмосферы и земной коры: Справочник. - М.: Энергоиздат, 1981.
СОДЕРЖАНИЕ
| ||||
© 2013 Ёшкин Кот :-) |