ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

 

Цель работы: изучение приборов и методов дозиметрического контроля ионизирующих излучений, принципов нормирования радиационной безопасности, методов и средств защиты от радиоактивных излучений.

 

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

 

1.Студентам запрещается приступать к выполнению лабораторной работы до момента окончания изучения настоящих методических указаний. Преподаватель разрешает приступить к работе с лабораторным оборудованием после проверки наличия подписи каждого студента в журнале по технике безопасности после проведения соответствующего инструктажа.

2.Категорически запрещается без указания преподавателя или лаборанта включать или выключать приборы лабораторного стенда.

3.Запрещается подвергать механическому разрушению защитный экран, перемещать лабораторный стенд, помещать части тела на пути излучения.

4.Излучение должно быть направлено в сторону, свободную от людей.

5.Необходимо соблюдать требования электробезопасности, т.к. электропитание установки осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220 В.

6.Работа по дозиметрическому контролю проводится непосредственно под руководством преподавателя или лаборанта.

7.Допустимая мощность потенциальной дозы – 3,0 мкЗв/ч.

 

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Радиация представляет собой уникальное явление природы, откры­тое физиками в конце XIX и тщательно изученное в XX веке.

Ионизирующие излучения применяются в промышленности для автоматического контроля технологических операций и управления или снижения электризации материалов, и т.д. Работа с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений представляет потенциальную угрозу здоровью и жизни людей.

К ионизирующим относятся:

• корпускулярные (альфа-, бета-, нейтронные)
• электромагнитные (гамма, рентгеновские) излучения, способные при взаимодействии с веществом создавать в нем заряженные атомы и молекулы-ионы

Альфа-излучение - ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия), испускаемых при ядерных превращениях и распространяющихся на небольшие расстояния: в воздухе - не более 10 см, в биоткани (живой клетке) - до 0,1 мм. Они полностью поглощаются листом бумаги и не представляют опасности для челове­ка, за исключением случаев непосредственного контакта с кожей.

Бета-излучение - электронное ионизирующее излучение, испускаемое при ядерных превращениях. Бета-частицы распространяются в воздухе до 15 м, в биоткани - на глубину до 15 мм, в алюминии - до 5 мм. Одежда человека почти на половину ослабляет их действие. Они практически полностью поглощаются оконными стеклами и любым ме­таллическим экраном толщиной в несколько миллиметров; опасны при контакте с кожей.

Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра. Так называемое вторичное излучение нейтрона, когда он сталкивается с каким-либо ядром или электроном, оказывает сильное ионизирующее воздействие. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется на ядрах легких элементов, особенно водо­рода, а также на материалах, содержащих такие ядра, — воде, парафине, полиэтилене и др.

Гамма-излучение — фотонное (электромагнитное) ионизирующее излуче­ние, испускаемое при ядерных превращениях со скоростью света. Гамма-частицы распространяются в воздухе на сотни метров и свободно проникают сквозь одежду, тело человека и значительные толщи материалов. Это излучение считают самым опасным для человека.

Рентгеновское и γ-излучения представляют электромагнитные вол­ны, способные глубоко проникать в вещество. Ионизирующие способности их невелики (примерно как у β-излучения). Замедление рентге­новского и γ-излучения наиболее интенсивно происходит на тяжелых элементах, например свинце (пробег 20...25 см), железе, тяжелом бетоне и др.

 

Воздействие радиоактивных излучений характеризуется проникающей и ионизирующей способностью:

ü проникающая способность (длина пробега в воздухе, м):

α = 0,01…0,09 м;

β = 0,1…15 м;

γ = 100…600 м;

n = не менее 3000 м;

ü плотность ионизации (число пар ионов в 1 м³):

α = 6500;

β = 6…10;

γ = 0,1…1,0 м.

Основное свойство радиоактивных излучений — ионизирующее действие. При прохождении их в тканях нейтральные атомы или молекулы приобретают положительный или отрицательный заряд и превращаются в ионы. Альфа-излучение, представляющее собой положительно заряженные ядра гелия, обладает высокой ионизирующей способностью (до нескольких десятков тысяч пар ионов на 0,01 м своего пути), но незначительным пробегом: в воздухе 0,02...0,11 м, в биологических тканях (2...6)10^-5м. Бета-излучение и позитронное излучение — это соответственно потоки электронов и позитронов со значительно меньшей ионизирующей способностью, которая при одинаковой энергии в 1000 раз меньше, чем у α-частиц. Очень большой проникающей способностью обладает нейтронное излучение. Проходя через ткани, нейтроны — частицы, не имеющие заряда, вызывают в них образование радиоактивных веществ (наведенную активность). Рентгеновские лучи, возникающие при β-излучении или в рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т. п., а также γ-излучение, испускаемое радионуклидами — ядрами радиоактивных элементов, обладают самой низкой способностью ионизировать среду, но самой высокой проникающей способностью. Их пробег в воздухе составляет несколько сот метров, а в материалах, применяемых для защиты от ионизирующих излучений (свинец, бетон), — десятки сантиметров.

Облучение может быть внешним, когда источник радиации находится вне организма, и внутренним, возникающим при попадании радиоактивных веществ внутрь через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт или при всасывании через поврежденную кожу. Поступая в легкие или пищеварительный тракт, радиоактивные вещества распределяются по организму с током крови. При этом одни вещества распределяются в организме равномерно, а другие накапливаются только в определенных (критических) органах и тканях: радиоактивный йод — в щитовидной железе, радиоактивный радий и стронций — в костях и т. п. Внутреннее облучение может возникнуть при употреблении в пищу продуктов растениеводства и животноводства, полученных с зараженных сельскохозяйственных угодий.

Длительность нахождения радиоактивных веществ в организме зависит от скорости выделения и периода полураспада — времени, за которое радиоактивность снижается вдвое. Удаление таких веществ из организма происходит главным образом через желудочно-кишечный тракт, почки и легкие, частично через кожу, слизистую оболочку рта, с потом и молоком.

Ионизирующие излучения могут вызывать местные и общие поражения. Местные поражения кожи бывают в виде ожогов, дерматитов и других форм. Иногда возникают доброкачественные новообразования, возможно также развитие кожного рака. Длительное действие радиации на хрусталик служит причиной катаракты.

Общие поражения протекают в форме острой и хронической лучевой болезни. Острые формы характеризуются специфическими поражениями кроветворных органов, желудочно-кишечного тракта и нервной системы на фоне общетоксических симптомов (слабость, тошнота, ослабление памяти и т.п.). В ранней стадии хронической формы наблюдаются нарастающая физическая и нервно-психическая слабость, пониженный уровень эритроцитов в крови, повышенная кровоточивость. Вдыхание радиоактивной пыли вызывает пневмосклероз, иногда рак бронхов и легких. Ионизирующие излучения угнетают репродуктивную функцию организма, влияя на здоровье последующих поколений.

На производстве могут выполняться работы с закрытыми источниками излучений и открытыми радиоактивными веществами.

Закрытые источники герметичные; чаще всего это стальные ампулы, содержащие радиоактивное вещество. Как правило, в них используются γ- и реже β -излучатели. К закрытым источникам относятся и рентгеновские аппараты, ускорители. Установки с такими источниками применяют для контроля качества сварных швов, определения износа деталей, обеззараживания кож и шерсти, обработки семян с целью уничтожения насекомых-вредителей, в медицине и ветеринарии. Работа на этих установках чревата опасностью только внешнего облучения.

Работы с радиоактивными веществами в открытом виде встречаются при диагностике и лечении в медицине и ветеринарии, при нанесении радиоактивных веществ в составе светящихся красок на циферблаты, в заводских лабораториях и т. п. Для работ этой категории опасно как внешнее, так и внутреннее облучение, поскольку радиоактивные вещества могут поступать в воздух рабочей зоны в виде паров, газов и аэрозолей.

Ионизирующие излучения характеризуются активностью радиоактивного вещества и определяются числом ядерных превращений вещества за малый промежуток времени

Активность (А) - мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени:

 

где dN - ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. Единицей активности является беккерель (Бк).

Использовавшаяся ранее внесистемная единица активности кюри (Ки) составляет 3,7х10¹⁰ Бк.

Количество ионизирующего излучения оценивается дозой и мощностью дозы. (Мощность дозы - доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час)).

Различают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную дозы облучения.

Экспозиционная доза – суммарный электрический заряд всех ионов одного знака, образованных в единице массы воздуха. Она характеризует излучение по эффекту ионизации и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. В системе СИ экспозиционная доза выражается в кулон/кг (Кл/кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы гамма- или рентгеновского излучения является Рентген (Р). 1 Р соответствует образованию 2,1*10⁹ пар ионов в 1 см³ воздуха при 0 ⁰С и давлении 760 мм.рт.ст. 1 Р соответствует 2,58*10^-4 Кл/кг.

Доза поглощенная (D) - величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

 

где - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, a dm - масса вещества в этом объеме.

Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название - грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.

1 рад = 0,01 Гр = 100 эрг

 

Доза эквивалентная (Н_T,R) - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, W_R:

 

H_T,R = W_R · D_T,R,

где D_T,R - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т,

W_R -взвешивающий коэффициент для излучения R.

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы ( W_R) - используемые в радиационной защите множители поглощенной дозы, учитывающие относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов.

Фотоны любых энергий (гамма) 1

Электроны и мюоны любых энергий (бета) 1

Нейтроны с энергией менее 10 кэВ 5

от 10 кэВ до 100 кэВ 10

от 100 кэВ до 2 МэВ 20

от 2 МэВ до 20 МэВ 10

более 20 МэВ 5

Альфа-частицы 20

 

При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения

 

.

 

Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Внесистемной единицей служит биологический эквивалентный рада (бэр)

1 Зв = 100 бэр.

 

Доза эффективная (Е) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

 

,

 

где Н_T - эквивалентная доза в органе или ткани Т,

W_T - взвешивающий коэффициент для органа или ткани Т.

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы (W _т ) - множители эквивалентной дозы в органах и тканях, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации:

Гонады 0,20

Костный мозг (красный) 0,12

Толстый кишечник 0,12

Легкие 0,12

Желудок 0,12

Мочевой пузырь 0,05

Грудная железа 0,05

Печень 0,05

Пищевод 0,05

Щитовидная железа 0,05

Кожа 0,01

Клетки костных поверхностей 0,01

Остальное 0,05

 

Единица эффективной дозы - зиверт (Зв).

 

В настоящее время в стране действуют СП 2.6.1. 758-99 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)», СП 2.6.1.799-99 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99)», Р 2.2/2.6.1.1195-03 «Гигиенические критерии оценки условий труда и классификации рабочих мест при работах с источниками ионизирующих излучений», Р 2.2.2006-05 "Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда".

Нормами радиационной безопасности НРБ-99 устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

- персонал – люди, работающие с техногенными источниками облучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются основные пределы доз (ПД), приведенные в таблице 1.

Предел дозы (ПД) - величина годовой эффективной или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.

Таблица 1