Основные характеристики пакета программ ЕРНСА

Пакет программ ЕРНСА (электронно-фотонный каскад) разработан для расчетов пространственных, энергетических и угловых распределений электронов, фотонов, позитронов и протонов в однородных и неоднородных веществах. Траектории электронов и позитронов можно моделировать в интервале энергий КГ² -Ю⁵ МэВ, фотонов 1(Г³-10⁵ МэВ, диапазон энергий для протонов 10^-2 -10' МэВ. В программах учитываются следующие типы взаимодействий частиц:

• • упругие, ионизационные столкновения, тормозное излучение — для электронов и позитронов (эффект аннигиляции для позитронов);
• • эффект Комптона, фотоэффект, эффект образования электроннопозитронных пар — для фотонов;
• • перенос протонов моделируется без учета ядерных взаимодействий, разьирываются лишь упругие и неупругие кулоновские столкновения.

В программах учитывается каскадный характер распространения излучения, что особенно важно при расчете характеристик вторичных частиц.

Построение траекторий фотонов проводится в модели индивидуальных столкновений. В качестве полных сечений их взаимодействия с веществом для энергий менее 100 МэВ используются данные работы [3]. Построение траекторий электронов, позитронов и протонов проводится в модели группировки малых передач энергии с учетом флуктуаций потерь энергии в далеких столкновениях и флуктуаций продольных и поперечных смещений в результате многократного рассеяния [4]. Для моделирования углового отклонения электронов и позитронов в конце отрезка траектории используются три распределения:

• • распределение Гоудсмига-Саундерсона — в диапазоне энергий менее 50 МэВ, которое предварительно рассчитывается и табулируется для некоторого количества энергий и отрезков пути определенной длины (.V);
• • распределение Мольера — для отрезков пути меньше s/2 при энергии менее 50 МэВ и для любых отрезков — при энергии более 50 МэВ;
• • «распределение Кейла» [5] - для отрезков пути, на которых число столкновений менее 20 и распределение Мольера применять нельзя. Использование этого распределения избавляет от необходимости переходить к модели индивидуальных столкновений для очень тонких слоев вещества.

Угловое распределение протонов в конце отрезка траектории разыгрывается из распределения Мольера.

Моделирование энергетического распределения фотонов тормозного излучения и расчет потерь энергии на тормозное излучение проводятся в соответствии с формулами Бете-Гайтлера, которые систематизированы в работе [6J. В области энергий (0,025−30) МэВ они стыкуются с более точными результатами Пратта в соответствии с апроксимационным выражением из [7]. Направление движения рождающихся фотонов разыгрывается из распределения Шиффа. Отличие процессов генерации тормозного излучения электронами и позитронами учитывается в соответствии с данными работы [8].

Процесс генерации характеристического излучения учитывается в программах для К и L оболочек атомов, как в результате фотопоглощения, так и в результате ионизации атома заряженными частицами.

Пакет программ ЕРНСА состоит из нескольких программ, каждая из которых предназначена для решения определенных задач: расчета характеристик излучения в барьерной геометрии, расчета полей тормозного и рентгеновского излучения, расчета показаний детекторов и радиационных полей излучающих установок и т. д. Часть программ позволяет проводить вычисления с учетом внешнего электрического и магнитного полей.

Результаты расчетов по всем программам подвергались многочисленным тестовым сравнениям и хорошо согласуются с имеющимися в литсратуре экспериментальными данными, а также с результатами расчетов по известным программам ETRAN и EGS4, GEANT.

Перечислим некоторые задачи, которые решались с помощью программы ЕРНСА:

• • расчеты спектрально-углового распределения тормозного излучения электронных ускорителей и рентгеновских трубок. На основе результатов этих расчетов были разработаны новые номограммы для расчета защиты от рентгеновского и тормозного излучения [9−11];
• • расчеты пространственного, энергетического и углового распределения излучения в барьерной геометрии [12−15];
• • расчеты характеристик поля излучения внутри объектов, расчеты дозных полей излучающих установок [16−21];
• • моделирование радиационного воздействия электронов радиационных поясов Земли на электронные компоненты космических аппаратов [22].