К.С. МОЗГОВ, В.Ф. ФЕДОРОВ О МОДЕЛИРОВАНИИ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ НАДВОДНОГО ИСТОЧНИКА ГАММА-КВАНТОВ

УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
К.С. МОЗГОВ, В.Ф. ФЕДОРОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
О МОДЕЛИРОВАНИИ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ОТ НАДВОДНОГО ИСТОЧНИКА ГАММА-КВАНТОВ
Аналитическими и численными методами исследуются амплитудно-временные характеристики регистрируемого удаленным фотоприемником светового сигнала, возбуждаемого в воздушной среде надводным источником гамма-квантов с
энергией  1 МэВ.
Работа посвящена теоретическому исследованию процесса генерации
и распространения светового излучения (СИ) от надводного источника
гамма-квантов с начальной энергией  1 МэВ, расположенного на высоте,
сравнимой с пробегом гамма-излучения в воздухе нормальной плотности.
Особое внимание уделяется влиянию поверхности раздела двух сред с
различными физическими свойствами на процесс формирования области
свечения с целью определения параметров источника гамма-квантов по
регистрируемому удаленным надводным фотоприемником СИ.
Механизм генерации СИ состоит в том, что распространение гаммаизлучения в воздушной среде сопровождается ионизацией и возбуждением атомов и молекул воздуха, при переходе которых из возбужденного
состояния в основное испускается т.н. неравновесное световое излучение
(НСИ) [1, 2].
При расчете параметров светового сигнала применялись как аналитические, так и численные методы. Получены аналитические выражения для
временной зависимости мощности и полной излучаемой энергии НСИ с
длиной волны  = 0,3914 мкм, возбуждаемого в воздушной среде гаммаквантами от надводных источников для различных высот, временных и
энергетических распределений испускаемых гамма-квантов. Для модельных источников гамма-квантов проведены аналитические оценки параметров светящейся области, являющейся источником НСИ. На рис. 1
представлены рассчитанные зависимости энергии, излучаемой в виде
НСИ, от высоты источника гамма-квантов.
Для корректного учета реальной геометрии задачи и особенностей
энергетической зависимости сечений взаимодействия гамма-квантов с
элементами среды, а также особенностей процесса распространения СИ
использовался модифицированный численный метод Монте-Карло (МК).
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 5
148
УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
Эти методом для различных модельных источников гамма-квантов были
рассчитаны амплитудно-временные характеристики светового сигнала,
регистрируемого удаленным фотоприемником, рассмотрены нерассеянная
и однократно рассеянная компоненты сигнала, исследована их зависимость от расстояния L между фотоприемником и источником гаммаквантов (550 км), высоты H источника над поверхностью воды
(0,01500 м). Показано существенное различие амплитудно-временных
характеристик нерассеянной и однократно рассеянной компоненты сигнала.
1.3E-18
1.2E-18
E, Дж/гамма-квант
1.1E-18
1.0E-18
9.0E-19
8.0E-19
7.0E-19
6.0E-19
5.0E-19
Hs, м
4.0E-19
0
Источник
200 типа 1
Источник типа600
2
400
Источник
800 типа 3
1000
Рис. 1. Зависимость энергии, излучаемой в виде НСИ, от высоты источника
На рис. 2 представлены результаты численного расчета временной зависимости интенсивности светового сигнала. По горизонтальной оси отложено время, отсчитываемое от прихода в точку наблюдения первого
светового кванта. Приемник СИ расположен на высоте 10 м над поверхностью воды. Сравнение результатов численного расчета методом МК и
аналитических оценок полной энергии, излучаемой в виде НСИ, позволяет сделать вывод о том, что вклад многократно рассеянных, а также отраженных от поверхности воды (альбедных) гамма-квантов, в возбуждение
НСИ составляет порядка 30 %.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 5
149
УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
lg(t-Rd/c, с)
1.E-17
а)
I, Вт/(кв.м.* гамма-квант)
-9
-8
-7
-6
-5
1.E-18
1
2
1.E-19
3
4
1.E-20
5
6
1.E-21
1.E-22
lg(t-Rd/c, с)
1.E-19
б)
I, Вт/(кв.м.* гамма-квант)
-9
-8
-7
1.E-20
-6
-5
1
2
3
1.E-21
4
5
6
1.E-22
1.E-23
Рис. 2. Интенсивность нерассеянного (а) и однократно рассеянного (б) СИ, H = 60 м.
1, 2 – L = 5e + 3 м; 3, 4 – L = 1e + 4 м; 5, 6 – L = 2e + 4 м
Список литературы
1. The Effects of Nuclear Weapons. Compiled and edited by S. Glasstone and P. J. Dolan.
Third Edition. Prepared and published by the United States Department of Defense and the Energy
Research and Development Administration, Washlngton. D.C., 1977.
2. Жемерев А.В., Степанов Б.М. Физика импульсного радиационного возбуждения свечения воздуха. М.: Энергоатомиздат, 1984. 96 с.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 5
150