Лабораторна робота № 3. МЕТА: ознайомитися з основними поняттями і величинами дозиметрії і навчитися визначати їх дослідним шляхом.

ДОЗИМЕТРІЯ

МЕТА: ознайомитися з основними поняттями і величинами дозиметрії і навчитися визначати їх дослідним шляхом.

ЗАВДАННЯ ДО РОБОТИ:

1. Вивчити основні дозиметричні величини і одиниці їх виміру;

2. Познайомитися з принципом дії і роботою дозиметра ДРГЗ-02

3. Провести дозиметричні виміри у приміщенні;

4. Визначити активність і потужність експозиційної дози радіоактивного

препарату.

ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ:

1. Дозиметр ДРГЗ-02;

2. Контрольний радіоактивний препарат;

3. Дослідний радіоактивний препарат.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

При радіоактивному розпаді ядер випромінюються елементарні частки , , , р і рештки ядер. Розпад ядер відбувається спонтанно і описується законом

(1)

де N₀ - попереднє число ядер, N - кількість ядер, що залишилися на час t. Швидкість розпаду ядер визначається постійною , яка характеризує імовірність розпаду ядра за 1 с. Так, якщо радіоактивних ядер в препараті N, то за 1 їх розпадається . Це число називається активністю A радіоактивного препарату,тобто

(2)

Розділ фізики, що вивчає активність радіоактивних ізотопів, зветься радіометрією. За одиницю активності історично визначилась активність одного граму радію (Rа). Ця одиниця отримала назву Кюрі (Кu). 1 Кu = розп./с. Ще одна одиниця активності - Резерфорд. 1 Резерфорд = розп./с. В системі СІ за одиницю активності прийнято - Беккерель (Бк). 1 Бк = 1 розп./с.

Частинки, що випромінюються радіоактивними ізотопами, при взаємодії з атомами чи молекулами можуть викликати їх збудження або іонізацію. Тому радіоактивне і рентгенівське випромінювання називають іонізуючим випромінюванням. В зв'язку з широким застосуванням радіоактивних ізотопів їх іонізуючу дію на речовину стали вивчати досконало і був утворений розділ фізики, який вивчає властивості іонізуючого випромінювання, фізичні величини, що характеризують взаємодію іонізуючого випромінювання із середовищем, а також засоби і методи вимірювання цих величин.

Фізичну величину, що характеризує взаємодію іонізуючого випромінювання із середовищем називають дозою поглинання.

Доза поглинання (Д) - дорівнює відношенню середньої енергії , переданої іонізуючим випромінюванням речовині в певному об’ємі, до маси речовини в цьому ж об’ємі:

(1)

Одиниця поглиненої дози в СІ - грей (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Часто користуються позасистемною одиницею дози поглинання - рад. 1 рад = Гр. Потужність дози поглинання Д виражається дозою, яку одержує речовина за одиницю часу:

(2)

Доза поглинання характеризує не саме іонізуюче випромінювання, а його вплив на середовище. Один і той же потік випромінювання може створити різну дозу поглинання. Це пояснюється різними фізичними процесами взаємодії випромінювання з речовиною.

Фотони і нейтрони відносяться до іонізуючого випромінювання, що посередньо іонізує речовину. Їх безпосередня взаємодія з речовиною породжує заряджені частинки, що і викликають іонізацію середовища. Визначення енергії поглинання побічного іонізуючого випромінювання викликає окремі ускладнення. Для її оцінки введена особлива величина - керма (К), що являється мірою енергії, переданої побічними іонізуючими випромінювачами зарядженим частинкам в певному об’ємі.

Керма - це відношення суми початкових кінетичних енергій всіх заряджених іонізуючих частинок певного об’єму до маси речовини в цьому ж об’ємі.

(3)

Одиниця вимірювання кермі у СІ - 1 Гр.

До недавнього часу (1990 р.) для характеристики дії поля фотонного випромінювання на середовище, використовували експозиційну дозу. Вона визначала іонізаційну дію рентгенівського і гамма-випромінювання на повітря (використовується і до цього часу).

Експозиційна доза () фотонного випромінювання - це відношення сумарного заряду всіх іонів одного знаку при повній загальмованості електронів в певному об’ємі повітря з масою до маси повітря в цьому ж об’ємі:

(4)

Одиниця в системі СІ 1 Кл/кг.

Потужність експозиційної дози рівна:

(5)

Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р). Експозиційній дозі в 1 Р відповідає сумарний заряд , що дорівнює одній електростатичній одиниці кількості електрики в 0,001293 г повітря (маса 1 см³ повітря при нормальних умовах).

(1 Р відповідає утворенню в 1 см³ повітря пар іонів. На утворення одної пари іонів в повітрі витрачається в середньому 34 еВ енергії.

До цього часу більшість дозиметричних приладів проградуйовані в рентгенах.

Біологічна дія іонізуючого випромінювання залежить як від виду випромінювання, так і від виду біологічної тканини, з якою воно взаємодіє. При одній і тій же дозі поглинання біологічний ефект дії іонізуючого випромінювання різний.

Для характеристики дії іонізуючого випромінювання на біологічну тканину вводиться поняття відносної біологічної ефективності або коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання “К”.

Якщо - доза поглинання еталонного випромінювача, а - доза поглинання випромінювача, що викликає той же біологічний ефект, що і , то

(6)

Для оцінки біологічної дії іонізуючого випромінювача вводиться поняття еквівалентна доза (Н). За визначенням:

(7)

В системі СІ за одиницю еквівалентної дози приймають 1 зіверт (Зв).

Коефіцієнт К для рентгенівського, , випромінювання дорівнює одиниці. Для нейтронів , для -частинок К=20.

Згідно нормативних положень категорії людей групи А* за 1 рік не повинні отримати більше Зв., а населення групи В** - не більше Зв.

* - що працюють з радіоактивними препаратами.

** - не пов’язане з радіоактивними препаратами.

БІОЛОГІЧНА ДІЯ ІОНІЗУЮЧОЇ РАДІАЦІЇ.

Дія іонізуючої радіації різного типу на тканини живого організму визначається процесом збудження і іонізації атомів і молекул речовини. Збуджені атоми і молекули володіють високою хімічною активністю, тому в клітинах організму з’являються нові хімічні речовини, не властиві даному організму. Під дією іонізуючої радіації розпадаються окремі складні молекули і елементи клітинної структури. При одержанні невеликої дози радіоактивного випромінювання живий організм може відреагувати легко, без будь-яких симптомів. Великі дози випромінювання можуть привести до складних захворювань і навіть смерті.

Сучасною медициною встановлено, що експозиційна доза в 25 і більше рентген може привести до суттєвого враження живого організму. Звідси загальне правило: при роботі з радіоактивними препаратами і іншими радіоактивними випромінювачами рівень радіоактивного випромінювання повинен бути наближений до мінімального.

АКТИВНІСТЬ ПРЕПАРАТУ І ЙОГО ЕКСПОЗИЦІЙНА ДОЗА.

Потужність дози - випромінювання точкового радіоактивного випромінювача в повітрі пропорційна активності випромінювача “А” і обернено пропорційна квадрату віддалі від нього. Крім того, потужність дози залежить від енергії і числа -квантів, що звільнюються при одному розпаді. Ця залежність визначається коефіцієнтом (гамма-постійною). Значення для деяких випромінювачів приведене в таблицях. Для .

Потужність експозиційної дози випромінювача (Р/год) на віддалі (см) від препарату активністю А (у мкКu) визначається формулою:

(8)