Цель работы — ознакомить студентов с методами обнаружения и измерения радиоактивности, детекторами ядерных излучений, определением мощности дозы γ-излучения естественного фона, плотности потока β-излучения с загрязненных поверхностей, оценкой удельной активности радионуклидов в пробах пищевых продуктов.
Краткие сведения теории
1.1. Радиационный фон
Различают просто фон - мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения в данном месте и в данное время и естественный радиационный фон - мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения, создаваемая рассеянной радиоактивностью земной коры и проникающим космическим излучением, т.е. всеми природными источниками ионизирующего излучения.
1) Естественный радиационный фон создаётся ионизирующим излучением природных источников земного и космического происхождения, существующий везде и всюду, как кислород в воздухе.
Космические лучи (открыты в 1912 г. австрийским физиком В. Гессом) состоят на 92% из быстрых протонов, на 7% - из ядер гелия (α-частиц) и на 1% - из ядер лития, бериллия, азота, углерода, кислорода, фтора и др. Это первичное космическое излучение. В результате взаимодействия последнего с атомами и молекулами атмосферы образуется вторичное космическое излучение, состоящее, в основном, из электронов, нейтронов, мезонов и γ-квантов. До поверхности земли долетают μ-мезоны и (в меньшей степени) нейтроны. Они и являются источником облучения всего живого на Земле.
В результате взаимодействия космических лучей с атомами и молекулами атмосферы, литосферы и биосферы постоянно образуются космогенные радионуклиды. Из 20 известных космогенных радионуклидов наиболее значимыми являются углерод-14 (14С - Т½ 5730 лет) и тритий (3Н – Т1/2 12,35 лет), как изотопы основных биогенных элементов. Поток космических лучей у поверхности земли равен примерно 1 частица/см2 в одну секунду. Они облучают человека в дозе 300 микрозиверт (мкЗв) в год.
Земное излучение создаётся радионуклидами, находящимися в грунте (граниты, глинозёмы, песчаники, известняки), воздухе, воде, продовольствии и теле человека или животных.
Основными видами ионизирующего излучения земного происхождения являются γ- , β- и α-излучения. Земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы (300-600 мкЗв в год), получаемой человеком, в основном, вследствие внутреннего облучения.
Относительную степень радиационной безопасности населения характеризуют следующие значения эффективных доз от природных источников излучения:
менее 2 мЗв/год - облучение не превышает средних значений доз для населения страны от природных источников излучения;
от 2 до 5 мЗв/год - повышенное облучение;
более 5 мЗв/год - высокое облучение.
2) Радиоактивный фон в помещении представляет собой технологически изменённый естественный радиационный фон. Это значит, что в помещении наряду с естественным фоном земли на человека воздействуют источники ионизирующего излучения, претерпевшие изменения в результате деятельности человека. Такими источниками являются радионуклиды строительных материалов, воздуха, воды и продуктов питания, куда они поступили из полезных ископаемых, песка, глины, минеральных удобрений, органического топлива, и др., извлекаемых человеком из земли.
Радон, действующий на человека, находящегося в помещении, является промежуточным радиоактивным элементом, возникающим при распаде урана и тория. Это α-излучатель.
Радон - инертный газ, не имеет вкуса и запаха, он в 7,5 раза тяжелее воздуха. Из почвы, где образуется этот газ, он поступает в атмосферу. На открытом воздухе радон быстро рассеивается. В закрытых помещениях, куда радон может поступать из подвалов и подпольного пространства, из строительных материалов, природного газа и воды, радон может накапливаться в больших концентрациях, представляющих опасность для человека (рис. 2.7).
Радон и продукты его распада попадают в организм человека при дыхании через лёгкие, где задерживаются почти 100% радиоактивных продуктов его распада. При дыхании человека в лёгкие поступает сутки около 20 м3 воздуха.
3) Искусственный радиационный фон Земли создаётся продуктами ядерного деления урана и плутония при испытаниях ядерного оружия и выбросами радионуклидов АЭС, промышленными и энергетическими реакторами. Такой же вклад вносят также искусственные (антропогенные) источники радиационного облучения, созданные в результате хозяйственной деятельности человека. Они используются: в медицине, при производстве электро- и тепловой энергии, для сигнализации о пожарах и изготовления светящихся циферблатов часов, многих приборов поиска полезных ископаемых и в военном деле и др.