Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов

ГОСТ 25645.211-85
Группа Ф40

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

ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов , 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:

ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия 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;

ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов (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 ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов .

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:

ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов , (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

ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов . (23)

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

ГОСТ 25645.211-85 Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Характеристики ядерного взаимодействия протонов . (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

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

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

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

					*, 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