Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 110791 10.12737/2219-0767-2025-18-4-71-83 Технические науки Технические науки Study of the effectiveness of protection against gamma radiation using a multilayer hemispherical screen Исследование эффективности защиты от гамма-излучения с использованием многослойного полусферического экрана Полуэктов Александр Владимирович Poluektov Aleksandr Vladimirovich Заревич Антон Иванович Zarevich Anton Ivanovich Макаренко Филипп Владимирович Makarenko F. V. Солодилов Максим Витальевич Solodilov Maksim Vital'evich Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov 23 12 2025 23 12 2025 18 4 71 83 22 12 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/110791/view

рассматривается моделирование эффективности многослойных экранов для защиты от гамма-излучения, основные факторы, влияющие на эффективность экранирования, включая энергию гамма-квантов, структуру излучения, эффект накопления рассеянного излучения и возможность активации материалов экрана. Проводится исследование эффективности защиты приборов от импульсного гамма-излучения с помощью многослойных полусферических экранов Предложена математическая модель для расчета интенсивности гамма-излучения после прохождения через различные типы экранов, рассмотрены три стандартных источника излучения (точечный, плоский и цилиндрический) и учтен эффект накопления, зависящий от рассеяния гамма-квантов в материале. Проанализированы преимущества многослойных экранов, обеспечивающих селективное поглощение и подавление рассеянного излучения. Приведены данные о коэффициентах ослабления различных материалов (свинец, вольфрам, бетон, вода, полиэтилен, сталь) и их влиянии на эффективность экранирования, а также информация о склонности материалов к активационной радиоактивности. На основе проведенного анализа предложены различные варианты построения двух- и трехслойных экранов с учетом как отсутствия, так и наличия активации материалов. Представлены примеры комбинаций слоев и рекомендации по выбору материалов в зависимости от энергии гамма-квантов и требований к безопасности. Проведено моделирование экранов для заданной геометрии источника и гамма-излучения, произведен расчет необходимой толщины слоев для достижения заданного уровня защиты, а также расчёт веса конструкций и времени безопасной эксплуатации. Результаты моделирования подтверждают эффективность многослойных экранов и важность учета эффекта накопления для повышения точности прогнозирования. Представлены табличные и графические данные с помощью которых проведена оценка эффективность многослойного материала

modeling of the efficiency of multilayer screens for protection against gamma radiation is considered, and the main factors affecting the shielding efficiency, including the energy of gamma quanta, the radiation structure, the effect of scattered radiation accumulation, and the possibility of activating screen materials. The effectiveness of protecting devices from pulsed gamma radiation using multilayer hemispherical screens is investigated. A mathematical model is proposed for calculating the intensity of gamma radiation after passing through various types of screens.Three standard radiation sources (point, flat and cylindrical) are considered. The accumulation effect depending on the scattering of gamma quanta in the material is taken into account. The advantages of multilayer screens providing selective absorption and suppression of scattered radiation are analyzed. Data on the attenuation coefficients of various materials (lead, tungsten, concrete, water, polyethylene, steel) and their effect on the shielding efficiency are presented, as well as information on the propensity of materials to activate radioactivity. Based on the analysis carried out, various options for constructing two - and three-layer screens are proposed, taking into account both the absence and presence of active materials. Examples of layer combinations and recommendations for choosing materials depending on the gamma-ray energy and safety requirements are presented. Screens are modeled for a given source geometry and gamma radiation, the necessary layer thickness is calculated to achieve a given level of protection, as well as the weight of structures and the time of safe operation are calculated. The simulation results confirm the effectiveness of multi-layer screens and the importance of taking into account the accumulation effect to improve the accuracy of forecasting. Tabular and graphical data are presented, which are used to evaluate the effectiveness of a multilayer material.

 гамма-излучение защита экран экранирование многослойные экраны эффект накопления активационная радиоактивность моделирование фотоэффект эффект Комптона образование пары электрон-позитрон прямое взаимодействие с ядром материалы для защиты от гамма-излучения коэффициент ослабления вторичное излучение интенсивность источники излучения gamma radiation protection screen shielding multilayer screens accumulation effect activation radioactivity mod-eling photoelectric effect Compton effect electron-positron pair formation direct interaction with the nucle-us materials for protection against gamma radiation at-tenuation coefficient secondary radiation intensity radia-tion sources.

Каретников, М. Д. Измерение гамма-нейтронного излучения детекторами c управляемым пропусканием в условиях мощного импульсного ионизирующего излучения / М. Д. Каретников // Вакуумная наука и техника : Тезисы ХXXI международной научно-технической конференции, Пятигорск, 01–05 октября 2024 года. – Москва: ООО "Электровакуумные технологии", 2024. – С. 31-33. – EDN JFCIVP. Karetnikov M. D. Izmerenie gamma-neytronnogo izlucheniya detektorami c upravlenimom proskazaniem v usloviyakh moshchnogo pulsed ioniziruyushchego izlucheniya [Measurement of gamma-neutron radiation by detectors with controlled transmission in conditions of powerful pulsed ionizing radiation]. Vakuumnaya nauka i tekhnika: Tezisy XXXI mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, Pyatigorsk, October 01-05, 2024. – Moscow: LLC "Electrovacuum technologies", 2024. - pp. 31-33. - EDN JFCIVP. Стряхнин, В. Л. Методика измерения набора дозы гамма-излучения в поле гамма-нейтронного излучения на основе конденсатора К-52 / В. Л. Стряхнин, В. Т. Громов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2006. – № 3-4. – С. 84-85. – EDN NBFYCT. StryakhninV. L., Gromov V. T. Metodika izmereniya set dosy gamma-izlucheniya v polje gamma-neutronnogo izlucheniya na osnove kondensatora K-52 [Method for measuring the gamma radiation dose set in the field of gamma-neutron radiation based on the K-52 capacitor Stryahin]. Voprosy atomicheskoi nauki i tekhniki [Issues of Atomic Science and Technology]. Series: Physics of radiation impact on radio-electronic equipment. - 2006. - № 3-4. - PP. 84-85. - EDN NBFYCT. Патент на полезную модель № 90923 U1 Российская Федерация, МПК G21C 17/032. устройство детектирования гамма-излучения жидких сред и спектрометрический жидкостной монитор гамма-излучения : № 2009135141/22 : заявл. 22.09.2009 : опубл. 20.01.2010 / А. В. Друзягин, Г. М. Михайлов, Д. Е. Мелета, В. В. Чигир ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Радиационный контроль. Приборы и методы". – EDN GVAQES. Utility model patent No. 90923 U1 Russian Federation, IPC G21C 17/032. device for detecting gamma radiation of liquid media and spectrometric liquid monitor of gammaradiation: No. 2009135141/22: application 22.09.2009: published 20.01.2010 / A.V. Druzyagin, G. M. Mikhailov, D. E. Meleta, V. V. Chigir; applicant Limited Liability Company responsible Scientific and Production Enterprise " Radiation control. Devices and methods". – EDN GVAQES. Патент на полезную модель № 91779 U1 Российская Федерация, МПК G21C 17/032. Устройство детектирования гамма-излучения газовых сред и спектометрический газовый монитор гамма-излучения : № 2009138746/22 : заявл. 21.10.2009 : опубл. 27.02.2010 / А. В. Друзягин, Г. М. Михайлов, Д. Е. Мелета [и др.] ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Радиационный контроль. Приборы и методы". – EDN AZQPVL. Utility model patent No. 91779 U1 Russian Federation, IPC G21C 17/032. Druzyagin A.V., Mikhailov G. M., Meleta D. E. Device for detecting gamma radiation in gas media and a spectometric gas monitor of gammaradiation: No. 2009138746/22 : application No. 21.10.2009 : publicationNo. 27.02.2010 / A. V. Druzyagin, G. M. Mikhailov, D. E. Meleta [et al.]; applicant Scientific and Production Enterprise " Radiation Control. Devices and methods". – EDN AZQPVL. Внешний дозиметрический аудит абсолютной калибровки клинических пучков гамма-излучения аппаратов дистанционной радиотерапии гамма-излучением. – Москва : Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города Москвы, 2020. – 30 с. – EDN XPAJON. External dosimetric audit of absolute calibration of clinical gamma radiation beams of remote gamma radiation therapy devices. - Moscow: Scientific and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow City Health Department, 2020. - 30 p. - EDN XPAJON. The Effect of Gamma Rays on the Main Static Characteristics of SiGe Transistors / O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, V. A. Tchekhovski // Bulletin of National Technical University of Ukraine. Series Radiotechnique. Radioapparatus building. – 2017. – No. 71. – P. 40-45. – EDN YLDGLC. The Effect of Gamma Rays on the Main Static Characteristics of SiGe Transistors / O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, V. A. Tchekhovski // Bulletin of National Technical University of Ukraine. Series Radiotechnique. Radioapparatus building. – 2017. – No. 71. – P. 40-45. – EDN YLDGLC. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024691563 Российская Федерация. Программа автоматического расчёта активности источника ионизирующего излучения по мощности дозы гамма-излучения : заявл. 11.12.2024 : опубл. 23.12.2024 / С. А. Молчанов, С. М. Лукина ; заявитель Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий. – EDN AZNWYV. Certificate of state registration of a computer program No. 2024691563 Russian Federation. Program for automatic calculation of the activity of an ionizing radiation source based on the dose rate of gammaradiation: 11.12.2024 : application No. 11.12.2024 : publ. 23.12.2024 / S. A. Molchanov, S. M. Lukina; the applicant is the Russian Federation, on behalf of which the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters acts. – EDN AZNWYV. Разработка программного кода для численного моделирования переноса гамма излучения / О. В. Хвойнов, Д. И. Новиков, А. А. Березин, В. Н. Хохлов // Научно-технический вестник Поволжья. – 2021. – № 6. – С. 169-172. – EDN BUUBIF. Khvoynov O. V., Novikov D. I., Berezin A. A., Khokhlov V. N. Razrabotka programmnogo koda dlya chislennogo modelirovaniya pereneniya gamma izlucheniya [Development of a program code for numerical modeling of gamma radiation transfer]. - 2021. - No. 6. - pp. 169-172. - EDN BUUBIF. Свертилов, С. И. Локальные источники рентгеновского и гамма-излучения / С. И. Свертилов // Сборник рефератов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Серия 16: 29. Физика. 30. Механика. 41. Астрономия. 89. Космические исследования. – 2007. – № 5. – С. 230. – EDN IBHWXN. SvertilovS. I. Local sources of X-ray and gamma radiation / S. I. Svertilov // Collection of abstracts of scientific research and experimental design works. Episode 16: 29. Physics. 30. Mechanics. 41. Astronomy. 89. Space research. - 2007. - No. 5. - P. 230. - EDN IBHWXN. Моделирование дозы гамма-излучения для сплошной защиты в форме куба / А. Н. Панюшкин, Н. Н. Панюшкин, А. М. Хворых [и др.] // Донецкие чтения 2023: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности : Материалы VIII Международной научной конференции, Донецк, 25–27 октября 2023 года. – Донецк: Донецкий государственный университет, 2023. – С. 341-343. – EDN UZWXZD. Modeling the dose of gamma radiation for continuous protection in the form of a cube / A. N. Panyushkin, N. N. Panyushkin, A.M. Khvorykh [et al.] / / Donetsk Readings 2023: education, science, innovation, culture and challenges of modernity: Materials of the VIII International Scientific Conference, Donetsk, October 25-27, 2023. - Donetsk: Donetsk State University, 2023. - pp. 341-343. - EDN UZWXZD. Жуковский, М. В. Фактор накопления гамма-излучения: история, современное состояние, перспективы / М. В. Жуковский // Траектория исследований – человек, природа, технологии. – 2024. – № 2(10). – С. 84-204. – DOI 10.56564/27825264_2024_2_84. – EDN DYWPXX. Zhukovsky M. V. Factor of accumulation of gamma radiation: history, current state, prospects / M. V. Zhukovsky // Research trajectory – man, nature, technology. – 2024. – № 2(10). – Pp. 84-204 – - DOI 10.56564 / 27825264_2024_2_84 – - EDN DYWPXX. Симбиркина, К. П. Анализ методов защиты от гамма - излучения / К. П. Симбиркина // ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ и ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ КАК ПОСТИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ФУНДАМЕНТ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА : сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции, Оренбург, 23 января 2020 года. – Оренбург: Общество с ограниченной ответственностью "Агентство международных исследований", 2020. – С. 66-68. – EDN KFFPHM. PHYSICS, PhD. Analysis of research methods from gama - cure / PhD. Physics-MATHEMATICAL and TECHNICAL SCIENCES AS a POST-INDUSTRIAL FOUNDATION FOR the DEVELOPMENT of the INFORMATION SOCIETY : a collection of articles based on the results of the International Scientific and Practical Conference. PHYSICAL, MATHEMATICAL AND TECHNICAL SCIENCES AS A POST-INDUSTRIAL BASIS FOR THE DEVELOPMENT OF THE INFORMATION SOCIETY: a collection of articles on the results of the International Scientific and Practical Conference "SOCIETY : International Scientific and Practical Conference", Orenburg, January 23, 2020. Orenburg: Limited Liability Company "International Research Agency", 2020, pp. 66-68. KFFPHM PUBLISHING HOUSE. Овсянников, В. В. Листовой композиционный материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучения / В. В. Овсянников, Д. А. Митина, И. И. Истратий // Сборник докладов Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова : Сборник докладов конференции, Белгород, 29–30 мая 2025 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2025. – С. 133-137. – EDN YOWCRY. Ovsyannikov V. V., Mitina D. A., Istratii I. I. Listovoi kompozitsionny material dlya zashchity ot roentgenovskogo i gamma-izlucheniya [Sheet composite material for protection from X-ray and gamma radiation]. Sbornik dokladov Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii molodykh uchenykh BSTU im. Vg Shukhov: Sbornik dokladov konferentsii, Belgorod, 29-30 May 2025. Belgorod: Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov, 2025. - pp. 133-137. - EDN YOWCRY. Новые композиционные материалы для защиты от гамма-излучения / Д. И. Тишкевич, С. А. Герман, А. Л. Желудкевич [и др.] // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. – 2023. – Т. 68, № 3. – С. 183-195. – DOI 10.29235/1561-8358-2023-68-3-183-195. – EDN ALEEEE. New composite materials for protection from gamma radiation / D. I. Tishkevich, S. A. German, A. L. Zheludkevich [et al.] / / Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of Physical and Technical Sciences. - 2023. - Vol. 68, No. 3. - pp. 183-195. - DOI 10.29235/1561-8358-2023-68-3-183-195 – - EDN ALEEEEE. Многогрупповое моделирование защиты от нейтронного и гамма излучения материалами на основе гидрида титана / Р. Н. Ястребинский, Г. Г. Бондаренко, А. А. Карнаухов [и др.] // Перспективные материалы. – 2022. – № 6. – С. 25-36. – DOI 10.30791/1028-978X-2022-6-25-36. – EDN ORJPLS. Yastrebinsky R. N., Bondarenko G. G., Karnaukhov A. A. Multigroup modeling of protection from neutron and gamma radiation by materials based on titanium hydride. – 2022. – № 6. –P. 25-36. – DOI 10.30791/1028-978X-2022-6-25-36. – EDN ORJPLS. Ярощик, К. В. Защита от гамма-излучения на основе силиконовых материалов с вольфрамовым наполнителем / К. В. Ярощик // АНРИ. – 2025. – № 2(121). – С. 72-76. – DOI 10.37414/2075-1338-2025-121-2-72-76. – EDN RHAERL. YaroshchikK. V. Protection against gamma radiation based on silicone materials with a tungsten filler / K. V. Yaroshchik / / ANRI. – 2025. – № 2(121). – Pp. 72-76. - DOI 10.37414 / 2075-1338-2025-121-2-72-76 – - EDN RHAERL. Композиционный материал для защиты от гамма-излучения / Р. Н. Ястребинский, В. И. Павленко, П. В. Матюхин, Н. А. Четвериков // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 17-20. – EDN OAKGNL. Composite material for protection from gamma radiation / R.N. Yastrebinsky, V. I. Pavlenko, P. V. Matyukhin, N. A. Chetverikov // Bulletin of the Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov. - 2011. - No. 3. - pp. 17-20. - EDN OAKGNL. Разработка радиационно-защитного композита для защиты от гамма- излучения / И. В. Соколенко, Р. Н. Ястребинский, П. В. Матюхин, Д. А. Иваницкий // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 10. – С. 40-43. – EDN VCPACJ. Sokolenko I. V., Yastrebinsky R.N., Matyukhin P. V., Ivanitsky D. A. Razrabotka radiatsionno-zashchitnogo kompozita dlya zashchity ot gamma - izlucheniya [Development of a radiation-protective composite for protection from gamma radiation]. - 2015. - No. 10. - pp. 40-43. - EDN VCPACJ. Разработка и исследование радио- и радиационно-защитных материалов / В. Н. Гульбин, В. А. Михеев, Н. С. Колпаков, В. В. Чердынцев // Ядерная физика и инжиниринг. – 2013. – Т. 4, № 6. – С. 597. – DOI 10.1134/S2079562913060055. – EDN QAXQHH. Development and research of radio - and radiation-protective materials / V. N. Gulbin, V. A. Mikheev, N. S. Kolpakov, V. V. Cherdyntsev / / Nuclear Physics and Engineering. - 2013. - Vol. 4, No. 6. - p. 597. - DOI 10.1134/S2079562913060055. - EDN QAXQHH. Киперша, В. К. Ослабление гамма-лучей в материале из полиимида, заполненного оксидом вольфрама / В. К. Киперша // Глобальные научные тенденции: интеграция и инновации : Сборник статей Международной научно-практической конференции, Симферополь, 22 октября 2024 года. – Симферополь: Общество с ограниченной ответственностью «Издательство Типография «Ариал», 2025. – С. 53-59. – EDN QTADZA. Global, V. K. Attenuation of gamma rays in a polyimide material filled with tungsten oxide / V. K. Kipersha // Global scientific trends: integration and 'NYE nauchnye tendentsii: integratsiya i innovatsii : Sbornik statei Mehdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Simferopol, 22 oktyabrya 2024 goda [Global Scientific Trends: Integration and Innovations: Collection of Articles of the International Scientific and Practical Conference]. Simferopol: Limited Liability Company "Publishing House Printing House "Arial", 2025. - pp. 53-59. - EDN QTADZA. Куртеев, А. В. Разработка модели сборной мобильной радиационной защиты / А. В. Куртеев, М. М. Севастьянов, О. Л. Ташлыков // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика : материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти проф. Данилова Н. И. (1945-2015) - Даниловских чтений, Екатеринбург, 09–13 декабря 2019 года / Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. – Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2019. – С. 741-744. – EDN VLUHIL. KurteevA.V.Kurteev, Sevastyanov M. M., Tashlykov O. L. Razrabotka modeli sobrannoi mobil'noi radiatsionnoi zashchity [Development of a model of combined mobile radiation protection of toxins // Energo]. Energy supply. Non-traditional and renewable energy sources. Nuclear Power Engineering: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists dedicated to the memory of Prof. Danilova N. I. (1945-2015) - Danilovsky Readings, Yekaterinburg, December 09-13, 2019 / Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin. Yekaterinburg: Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin, 2019, pp. 741-744. EDN VLUHIL. Патент № 2700578 C1 Российская Федерация, МПК G21F 1/00. Способ радиационной защиты от ионизирующего излучения : № 2018121238 : заявл. 07.06.2018 : опубл. 18.09.2019 / В. М. Макаров, С. З. к. Калаева, А. Ю. Дубов [и др.] ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Ферос" (ООО "Ферос"). – EDN LDWFFJ. Patent No. 2700578 C1 Russian Federation, IPC G21F 1/00. Sposob radiatsionnoi zashchity ot ioniziruyushchego izlucheniya: No. 2018121238 : priklavl. 07.06.2018 : publ. 18.09.2019 / V. M. Makarov, S. Z. k. Kalaeva, A. Yu. Dubov [et al.]; applicant: Feros Limited Liability Company(Feros LLCFeros). – EDN LDWFFJ.