IZ_1_Radiatsonnaya_bezopasnost

11

Аоб=А/V

Поверхностном активность (Апов=[Бк/м2, Ku/км2]) - это отношение активности радионуклида, содержащеюся на поверхности образца, к площади

ею поверхности S:

Апов=А/S

Мерой воздействия любого вида ядерного излучения на вещество является поглощенная доза излучения D (таблица А.4). Доза излучения есть отношение средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в

элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы получила название грэй (Гр): 1 Гр=1 Дж/кг.

Используется внесистемная единица - рад: 1 рад=10-2 Гр.

Разные виды излучения обладают различными ионизационными свойствами, поэтому даже при одной и той же поглощенной дозе они оказываю не одинаковое поражающее действие на организм. Эквивалентная доза H - дозиметрическая величина, введенная для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего изучения произвольного состава, которая равна произведению поглощенной дозы в данном элементе объема биологической ткани на средний коэффициент качества ионизирующего излучения в этом элементе объема:

H=Dk

В системе СИ единицей измерения эквивалентной лозы является зиверт (Зв), внесистемной - бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр=10-2 Зв.

Значение коэффициента качества излучения для некоторых излучений: - излучение, рентгеновское излучение, -частицы (электроны, позитроны) - 1, протоны и нейтроны с энергией меньше 10 МэВ - 10, -частицы с энергией меньше

10 МэВ - 20.

Мощность эквивалентной дозы Р - отношение приращения эквивалентной дозы за интервал времени к этому интервалу времени. Единица измерения Зв/с, внесистемная единица - бэр/с: 1 Зв/с=100 бэр/с.

Эффективная эквивалентная доза Hэф - сумма произведений дозы,

полученной каждым органом, на соответствующий весовой (взвешенный) коэффициент, учитывающий различную чувствительность различных органов и тканей организма к излучению:

Эффективную эквивалентную дозу, полученную органами и тканями, оценивают по коэффициенту радиационного риска . Она отражает суммарный

эффект облучения различных органов организма. Измеряется в зивертах (Зв). Экспозиционная доза G - это количественная характеристика рентгеновского и

гамма-излучения, которая выражает энергию фотонного излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха (Кл/кг; 1 Кл/кг=3876 Р; 1 Р=2,58x10-4 Кл/кг):

12

Мощность экспозиционной дозы (Х) - отношение приращения экспозиционной дозы за интервал времени к этому интервалу времени. Единица измерения - мкР/ч (микрорентген в час) и мР/ч (миллирентген в час).

Предел дозы — наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами (таблица А.6).

Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества проходят по сложным маршрутам в окружающей среде. Это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника (рисунок 1).

Внешнее облучение - облучение тела от находящихся вне его источников ионизирующего излучения.

Внутреннее облучение - облучение тела от находящихся внутри его источников ионизирующего излучения.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Физическое воздействие ионизирующей радиации любого вида на ткани живого организма заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул среды. Возбужденные атомы и ионы обладают высокой химической активностью, поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разрушаются отдельные сложные молекулы и элементы клеточных структур. Лучевое поражение, нанесенное при небольшой дозе обучения, живой организм может перенести легко, без каких-либо болезненных симптомов; большие дозы облучения могут привести к серьезному заболеванию или детальному исходу (таблица А.6).

поверхность почвы под пищевыми культурами подпахотный слой почвы

Рисунок 1- Возможные пути распространения радионуклидов в окружающей среде

Хотя малые дозы облучения не вызывают в человеческом организме какихлибо изменений, обнаруживаемых современными методами, их действие не является совершенно безвредным. В результате действия ионизирующих излучений на организм человека увеличивается вероятность некоторых заболеваний, возрастает вероятность повреждения клеток, несущих генетическую информацию (таблица А.7). Поэтому общим правилом при работе с радиоактивными изотопами и

13

другими источниками ионизирующей радиации является сведение уровня облучения человека к возможному минимуму.

2. Примеры решения задач

При решении уравнений ядерных реакций необходимо помнить, что:

1)при записи ядерных реакций между левой и правой частями ставится знак

«→»;

2)обозначения некоторых элементарных частиц: - электрон, - протон,

- нейтрон, - позитрон;

3)при -распаде ядро теряет положительный заряд 2е, масса его убывает приблизительно на 4 атомные единицы и элемент смещается на два номера к началу периодической системы;

4)в результате -распада заряд ядра увеличивается на единицу, а масса остается почти неизменной. При этом элемент смещается на один номер ближе к концу периодической системы;

5)ядра состоят из протонов, имеющих единичный положительный заряд

Кл, и нейтронов, не обнаруживающих заряд. Протоны и нейтроны

вместе называются нуклонами. Число протонов в ядре равно атомному номеру элемента в периодической системе;

6)ядерная реакция - это взаимодействие двух (или более) частиц, приводящих к появлению новых частиц;

7)закон сохранения электрического заряда: сумма порядковых номеров всех продуктов при ядерной реакции не изменяется;

8)закон сохранения числа нуклонов в реакциях (без античастиц): суммарное количество всех нуклонов при ядерной реакции не изменяется;

9)закон сохранения энергии: полная энергия всех продуктов реакции не изменяется;

10)закон сохранения импульса: сумма импульсов всех продуктов реакции не изменяется.

При решении задач рекомендуем соблюдать такую последовательность:

1)запишите ядерную реакцию, обозначив искомый элемент ;

2)определите: заряд Z, применяя закон сохранения электрического заряда; массовое число А, используя закон сохранения числа нуклонов;

3)найдите искомый элемент, используя периодическую систему элементов Д.И. Менделеева;

4)если получена элементарная частица, то определите, что это за частица.

Задача 1 Активность препарата цезия равна 10 Кu. Определить его

массу.

Решение. Активность препарата А и число атомов N связаны соотношением:

14

период его полураспада равен 29,1 года?

Решение. Воспользуемся законом радиоактивного распада:

стронций-90

Т1/2=29,1 года

Тогда доля нераспавшихся атомов будет:

T=15лет

а распавшихся, соответственно:

N1/N0 - ? Подставляя исходные данные, получим:

Ответ: за 15 лет после аварии распалось 0,3 части от исходного количества.

Задача 3 Вычислить толщину слоя половинного ослабления гамма-излучения для воды, если линейный коэффициент ослабления равен 0,047 см-1.

Решение. Запишем закон поглощения для гамма-излучения:

Ответ: толщина слоя половинного ослабления гамма-излучения для воды равна 14,7 см.

Задача 4 При определении радионуклида, которым загрязнена окружающая местность, использовался обычный счетчик импульсов индивидуального пользования. Первоначально его среднее показание было 240 имп./мин, а спустя 10 суток - 101 имп./мин. Рассчитать период полураспада радионуклида и определить его.

Решение. Период полураспада рассчитывается по формуле:

15

При первом и втором измерениях счѐтчик регистрирует число импульсов соответственно:

(3)

где k - коэффициент счета прибора, учитывающий ту незначительную долю распавшихся атомов за время счета t0, которая регистрируется счетчиком.

Из уравнения (3) и (2) получаем:

(4)

Подставляя (4) в (1), определим период полураспада неизвестного элемента:

Если речь идет о радионуклидах, появившихся в окружающей среде после аварии на Чернобыльской АЭС, то, очевидно, искомым радионуклидом является

.

Ответ: период полураспада радионуклида 8 суток, а сам радионуклид .

Задача 5 На гамма-радиометре с эффективностью регистрации 20% при измерении объемной активности молока объемом 200 мл в течение 100 с зарегистрировано 300 импульсов. Чему равна объемная активность молока? Пригодно ли оно для употребления в пищу?

Решение, По условию задачи гамма-радиометр регистрирует в среднем 3 имп./с, что соответствует 15 имп./с для пробы молока объемом 1 л.

излучением радионуклидов в почве, в некотором населенном пункте составляет 40 мкР/ч. Найти эквивалентную дозу внешнего гамма-излучения, получаемую жителем этого населенного пункта в течение года за время его нахождения вне жилья, принимая относительное время пребывания человека на открытой местности равным 0,3.

Решение. При мощности экспозиционной дозы 1 мкР/ч эквивалентная доза внешнего облучения, получаемая человеком в год при постоянном пребывании на открытой местности, равна 4/75 мЗв/год (согласно расчетов, проведенных по

17

Решение. Эффективная эквивалентная доза определяется выражением

Находим по таблице А.7:

Задача 9 Требуется ли создание специальной защиты, если на рабочем месте персонала от источника ионизирующих излучений мощность эквивалентной дозы составляет Зв/с? Доза облучения распределена по году равномерно. В

течение года работа проводится 1700 часов.

Решение. Рассчитаем эквивалентную дозу, получаемую человеком за год:

P= 3,3x10-9 Зв/с

= 1700 часов

По нормам радиационной безопасности (НРБ-2000) предельно допустимая доза для облучаемых лиц категории А равна 50 мЗв/год. Таким образом, создание специальной

защиты на рабочем месте не требуется.

Ответ: создание специальной защиты на рабочем месте не требуется.

3. Порядок выбора варианта и оформление индивидуального задания

В индивидуальном задании выполняется шесть заданий, номера которых определяются в соответствии с последовательностью букв в фамилии студента по таблице 4.1.

18

Таблица 4.1 - Варианты заданий

Первое задание выбирается согласно первой букве фамилии, второепо второй букве и т.д. Например, фамилия студента Чимковский. В данном случае первым выбирается задание № 4. вторым - № 19, третьим - № 23, четвертым - № 31, пятым - № 45, шестым - № 53.

Если фамилия студента состоит менее чем из шести букв, то недостающее их количество дополняется повторным ее использованием.

При выполнении индивидуального задания необходимо выполнить следующие условия:

-номера выполняемых заданий должны соответствовать условиям их выбора и должны быть указаны на первом листе;

-выполнение заданий предусматривает использование рекомендованной литературы, однако возможно привлечение и иной специальной литературы, имеющейся в вашем распоряжении;

-страницы индивидуального задания должны быть пронумерованы, по ходу расчетов и ответов необходимо делать соответствующие пояснения.

4.Содержание заданий

1.Допишите ядерные реакции:

2.Какое ядро образуется в результате: альфа-распада изотопа урана ; электронного бета-распада изотопа водорода

3.Какое ядро образуется в результате: альфа-распада изотопа азота ; позитронного бета-распада изотопа меди ?

19

4.В результате каких радиоактивных распадов плутоний превращается

вуран , а натрий - в магний ? Запишите реакции распада.

5.Написать реакции альфа-распада урана и бета-распада свинца

6.Допишите ядерные реакции:

несколькими путями: с выделением одного нейтрона; с выделением двух нейтронов; с выделением протона и нейтрона. Ядра каких элементов образуются в каждом случае? Запишите реакции распада.

железа нейтронами. Написать ядерные реакции.

9.При бомбардировке железа нейтронами образуется бета-

радиоактивный изотоп марганца с атомной массой 56. Написать реакцию получения искусственно радиоактивного марганца и реакцию происходящего с ним последующего бета-распада.

10. При бомбардировке изотопа бора альфа-частицами образуется изотоп азота Какая при этом выбрасывается частица? Изотоп азота

является радиоактивным, дающим позитронный распад с излучением нейтрино. Написать реакции.

11.Сколько атомов полония распадается за сутки из 106 атомов, если период полураспада его равен 138 суткам?

12.Период полураспада изотопа стронция составляет 51 сутки. Сколько

ядер изотопа испытает распад за 102 суток, если начальное число радиоактивных ядер 109?

13. Сколько радиоактивных ядер изотопа массой m=10-4 кг останется в образце через 7 суток?

14.Лучше всего нейтронное излучение ослабляет вода (в 4 раза лучше бетона и

в3 раза лучше свинца). Толщина слоя половинного ослабления нейтронного излучения для воды равна 3 см. Во сколько раз ослабит нейтронное излучение слой воды толщиной 30 см?

15.Гамма-излучение лучше всего поглощает свинец (в 1,5 раза лучше стальной брони и в 22 раза лучше воды). Толщина слоя половинного ослабления гаммаизлучения для свинца равна 2 см. Какой толщины нужен слой свинца, чтобы ослабить гамма-излучение в 128 раз?

16.Масса препарата равна 65 мг. Определить его активность.

17. Какая часть первоначально выпавшего в результате аварии на ЧАЭС йода распалась в первые два месяца после аварии?

18. Вычислить толщину слоя воды, при котором интенсивность гамма-лучей уменьшится в 4 раза. Линейный коэффициент ослабления для воды принять равным

0,047 см-1.

20

19.Из каждого миллиона атомов некоего радиоактивного изотопа ежесекундно распадается 200 атомов. Определить период полураспада изотопа.

20.Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 суток. Найдите период полураспада элемента.

21.Для обнаружения места течи в трубопроводах, зарытых глубоко а землю, в транспортируемую жидкость добавляют радиоактивные вещества. Как, используя счетчик Гейгера, определить место течи?

22.Почему нейтроны являются более эффективными снарядами при бомбардировке ядер, чем заряженные частицы, испускаемые радиоактивными элементами?

23.Существует ли предел мощности ядерного и термоядерного взрывов? Ответ поясните.

24.В чем различие процессов деления ядер урана в реакторе и атомной бомбе?

25.Чем объясняется, что счетчик Гейгера регистрирует возникновение ионизированных частиц и тогда, когда поблизости от него нет радиоактивного препарата?

26.Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

27.Где больше длина пробега альфа-частицы: у поверхности Земли или в верхних слоях атмосферы?

28.Какая доля радиоактивных ядер распадается за время, равное половине периода полураспада?

29.Изменяются ли местное число, масса и порядковый номер элемента при испускании ядром гамма-кванта?

30.Почему альфа-частицы, испускаемые радиоактивными препаратами, не могут вызывать ядерных реакций в тяжелых элементах, хотя они вызывают их в легких?

31.На спектрометре со средней ошибкой определения 20% при определении объемной активности молока объемом пробы 500 мл зафиксировано 500 импульсов за 100 с измерения. Определить объемную активность молока и соответствие его нормативам РДУ-99.

32.Эквивалентная доза внешнего гамма-излучения, получаемая человеком от проживания в некотором населенном пункте, составляет 0,1 бэр/год. Определить мощность экспозиционной дозы, обусловленную гамма-излучением радионуклидов

впочве. Относительное время пребывания человека на открытой местности принять равным 0,3.

33.Используя значения мощности экспозиционной дозы, обусловленной гаммаизлучением радионуклидов, находящихся в почве, 60 мкР/ч и относительного времени пребывания человека на открытой местности 0,25, определить эквивалентную дозу внешнего облучения человека за год.

34.Мощность эквивалентной дозы на рабочем месте персонала составляет 5x10-9 Зв/с. В течение года работа проводится 1600 часов. Требуется ли для персонала специальная защита?

35.По нормам радиационной безопасности (НРБ-2000) предельно допустимая доза облучения для персонала составляет 50 мЗв/год. В течении года человек