Features of calculating the effective atomic number of complex media by attenuating radiation of various energies

Abstract

Поступила в редакцию 3 сентября 2016 г., после доработки -18 апреля 2017 г.Рассмотрен способ вычисления эффективных атомных номеров Z эф сложных мелкодисперс-ных сред, состоящих из слоев с различной поверхностной плотностью и сильно отличающими-ся атомными номерами, по ослаблению излучения различных энергий этими средами. Для учета сильной нелинейной зависимости полного атомного коэффициента ослабления от атомного номе-ра элемента, в отличие от хорошо известного способа, вводится показатель степени n при расче-те 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 атом-ного номера и рассчитанных по правилу аддитивности для атомных коэффициентов. Показано су-щественное улучшение точности определения эффективных атомных номеров сложных веществ. .55 кэВ с использованием атомных коэффициентов ослабления взятых из таблиц XCOM. Также величи-ны эффективных атомных номеров получены для образца бинарного состава Al -Sn при различ-ных массовых концентрациях Sn (0.1-0.9) и энергии 59.54 кэВ, а Al-Sn (~0.08) при четырех вышеу-казанных энергиях. Показано, что существенное влияние на получаемые значения Z эф оказывает не только разница атомных номеров (Z max -Z min ) элементов из состава вещества, но и соотношение концентраций этих элементов. Влияние вышеуказанных факторов существенно уменьшается с уве-личением энергии фотонов, поскольку снижается вклад фотоэлектрического поглощения в общее ослабление. Знание эффективного атомного номера среды необходимо для оценки качества ма-териалов применительно к их использованию в радиационной защите, медицинской диагностики, разделения горных пород с различным вещественным составом для оперативного контроля мас-совой доли полезного компонента и др.Ключевые слова: Рентгеновское излучение, коэффициент ослабления, эффективный атом-ный номер, бинарные сплавы, сильно отличающиеся атомные номера.For citation: Analitika i kontrol' [Analytics and Control], 2017, vol. 21, no. 2, pp. 93-102 DOI: 10.15826/analitika.2017.21.2.005 Features of calculating the effective atomic number of complex media by attenuating radiation of various energies A.N. Eritenko, *A.L.Tsvetyanskii and A.A.Polev Southern Federal University, 105, ul. B. Sadovaia, 344004, Russian Federation Corresponding author: Alexander L. Tsvetyanskii, Submitted 03 September 2016, received in revised form 18 April 2017The method for calculating the effective atomic number Z эф of complex environments consisting of elements with very different atomic numbers has been proposed. In order to account for the strong nonlinear dependence of the total atomic attenuation coefficient from the atomic number of the element, in contrast to the well-known process, the exponent "n" is introduced in the calculation of the total atomic cross section per electron atom multielement material (electronic section). The verification of the method was...