МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

Уральский государственный экономический университет

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ

И КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Часть 1

Методические указания для самостоятельной работы,

выполнения лабораторных, практических и контрольных работ

студентами всех специальностей

«УТВЕРЖДАЮ»

Первый проректор университета

академик

_______________А.Т.Тертышный

Екатеринбург 2005

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом

Уральского государственного экономического университета

Составители: А.Ф.Николаев, Ю.Р.Муратов, В.В.Луговкин

Рецензент: С.В.Крюков

1 Оценка радиационной опасности

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Цель работы: Освоить методику расчета (оценки) радиационной опасности в различных ситуациях, ознакомится с видами радиационных доз и единицами их измерения.

1.1 Теоретическая часть

Радиоактивное заражение местности, воды, воздуха и различных объектов продуктами радиоактивного распада является одним из поражающих факторов при аварии на радиационно-опасном объекте или взрыве ядерного оружия.

Воздействие выброса радиоактивных веществ на организм человека вызывает лучевую болезнь,

В Международной системе единиц (СИ) измерение радиоактивности - способности некоторых атомных ядер превращаться в другие ядра с испусканием α-, β- частиц и γ-лучей производится в беккерелях (Бк). 1 Бк равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время в 1 секунду происходит один акт распада.

Нуклид – это атом способный к радиоактивному распаду, в ядре которого содержится различное число положительно заряженных частиц - протонов и частиц, не имеющих заряда, - нейтронов.

Последствия радиоактивного воздействия на живые организмы, в том числе человека, зависят от его количества или дозы. При определении (оценке) радиационной опасности и радиоактивного заражения человека различают 6 основных видов радиационных доз, каждая из которых имеет в системе СИ свою единицу измерения. В сфере радиобиологии прочно укоренилась внесистемная единица - рентген (Р), поэтому подавляющее число таблиц и графиков, используемых при решении задач содержат ее в качестве основы. 1 Р – это такое количество γ – излучения, которое при температуре 0⁰С и давлении 760 мм рт. ст. создает в 1 см³ сухого воздуха 2·10⁹ пар ионов.

I) Экспозиционная доза (D_э ) характеризует способность γ – лучей ионизировать воздух (создавать радиационный поток). По этой дозе судят о болезнетворной способности γ – излучения, она измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг) и принимается в качестве единицы при оценке вредности излучения (Таблица. 1.1). Соотношение единиц: 1 Р = 2,58·10^-4 (Кл/кг).

Экспозиционная доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью излучения и измеряется в кулонах на килограмм в час - Кл/(кг·ч) или Р/ч.

Мощность является величиной переменной и уменьшается с течением времени, прошедшего от момента начала распада, а также по мере удаления от места радиоактивного выброса по асимптотической кривой (кривой, стремящейся к координатным векторам, но не совпадающей с ними).

На рисунке 1.1 указано значение мощности Р_вх, измеренное в момент времени τ_вх, что соответствует моменту соприкосновения объекта (человека) с радиоактивной средой, и значение мощности Р_вых, измеренное в момент времени τ_вых, что соответствует моменту окончания соприкосновения объекта с радиоактивной средой.

Мощность

Мощность

Р_(τ),

τ _вых

Р_(τ),

Р_вх

∫ Р(τ)_ dτ

Р_вх,

Р_вх + Р_вых

2

τ_вх

τ_преб

Р_вых

Р_вых

τ

τ

τ_вх

τ_вых

Время

τ_вх

τ_вых

Время

а)

б)

τ_преб

τ_изм

Рисунок 1.1 Изменение мощности радиоактивного излучения с течением времени а) точный расчет поглощенной дозы; б) приблизительный расчет поглощенной дозы.

Для обеспечения сопоставимости результатов оценки радиоактивного заражения местности введено понятие «уровень радиации», соответствующее мощности экспозиционной дозы на высоте 1 метра от земной поверхности.

2) Поглощенная доза ионизирующего излучения или доза облучения (Д) характеризует непосредственное воздействие радиоактивности на биологические объекты и определяется как суммарное количество энергии всех видов радиоактивного излучения, полученное 1 кг биомассы. При этом не учитывается вредность различных видов излучений.

В СИ единицей измерения является грэй (Гр), 1Гр равен дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1кг передается энергия ионизирующего излучения 1Дж.

Внесистемная единица поглощенной дозы носит наименование рад, и расшифровывается как радиационная адсорбированная доза. Соотношение единиц: 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 Р.

Поглощенная доза, отнесенная к единице времени, является мощностью поглощенной дозы (Р_Д) и измеряется в грэях в час ( Гр/ч), рад/ч или Р/ч.

Для обеспечения сопоставимости результатов оценки введено понятие «степень радиоактивного заражения», соответствующее мощности поглощенной дозы на расстоянии 1…2 см от поверхности предметов, воды, кожных покровов людей и животных.

По графику, приведенному на рисунке 1.1, может быть вычислена поглощенная доза Д за время пребывания человека в зараженной зоне по формуле

Д = = Р_ср•τ_преб, (1.1)

или приближенно по формуле

, (1.2)

где Р_ср, Р_вх, Р_вых – средняя мощность дозы радиоактивного излучения за время пребывания в зараженной зоне, мощность дозы в момент входа и выхода из зоны соответственно, Р/ч;

τ_преб, τ_вх, τ_вых, время пребывания, входа и выхода из зараженной

зоны, ч.

Для определения дозы облучения в заданный (i-тый) час после выброса Д_рi , полученной за фактическое время пребывания в зоне поражения, следует воспользоваться таблицей 1.9, в которой использованы значения дозы облучения, полученной на открытой местности при уровне радиации 100 Р/ч после ядерного взрыва (Д₁₀₀). Эта доза определена для эталонного (условного) ядерного взрыва, через 1 час после которого на открытой местности наблюдается уровень радиации Р_100,1 = 100 Р/ч.

Для других значений уровня радиации необходимо найденную по таблице дозу умножить на соотношение Р₁/100 (если известен фактический уровень радиации на 1 ч после взрыва - Р₁) . В общем случае можно воспользоваться формулой:

, (1.3) где Р _1ч – фактическая мощность излучения в 1-й час после выброса, Р/ч;

Д₁₀₀ – поглощенная доза, определяемая в некоторых задачах

по таблице 1.9, Р.

На рисунке 1.2 приведена номограмма для определения допустимого времени входа в зараженную зону τ_вх и времени пребывания в ней τ_преб .

Рисунок 1.2. Номограмма для определения времени входа на зараженную

местность и времени пребывания людей на ней

На оси ординат показано время входа на зараженную местность τ_вх, ч, а на оси абсцисс –комплексная величина α, ч^-1 , рассчитываемая по формуле

, (1.4)

где Р₁ – уровень радиации на открытой местности, приведенный к 1-му часу после ядерного взрыва, Р/ч;

Д_у – установленная (допустимая) доза облучения, Р;

К_осл – коэффициент ослабления излучения защитой, в которой будут работать люди.

На графике приведен пример, в котором при значении коэффициента = 16 и необходимости пребывания в зоне заражения не более 50 минут, время входа людей в зону должно быть не ранее 10 часов с момента заражения.

Если люди находятся в укрытии, для которого известен коэффициент ослабления излучения К_осл, то фактическая поглощенная доза Д_факт может быть определена по формуле:

. (1.5)

Ослабляющее действие различных материалов принято характеризовать толщиной слоя половинного ослабления h_пол (таблица 1.8). При этом К_осл для фактической толщины слоя материала определяется по формуле

К_осл =2· h / h_пол , (1.6)

где h – фактическая толщина слоя материала, см.

3) Эквивалентная доза ионизирующего излучения (Н)– это произведение фактической поглощенной дозы Д_факт на взвешивающий коэффициент качества (коэффициент вредности – Q, приведенный в таблице 1.1 ) данного излучения

. (1.7)

В СИ единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Название внесистемной единицы бэр является абривиатурой словосочетания «биологический эквивалент рентгена». Соотношение единиц: 1Зв = 1Дж/кг = 100 бэр = 100 Р.

Безразмерный коэффициент качества излучения Q характеризует степень неблагоприятных биологических последствий облучения человека в зависимости от вида (энергии) излучения.

Мощность эквивалентной дозы излучения - его дозовая характеристика (Р_н) - измеряется в Зв/ч, бэр/ч и Р/ч , она может быть определена по формуле:

. (1.8)

4) Эффективно - эквивалентная доза Н_э ионизирующего излучения – это удельная эквивалентная доза, получаемая каким-либо органом или тканью тела человека. В СИ единица измерения эффективно-эквивалентной дозы зиверт (Зв), внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена). Вычислена эффективно-эквивалентная доза может быть по формуле

, (1.9)

где Н – эквивалентная доза, полученная телом, Зв или бэр;

К_р.р – коэффициент радиационного риска, т.е. взвешивающий коэффициент данного органа или ткани;

М_т и М_орг –соответственно масса тела и масса органа, кг.

–

Мощность эффективно-эквивалентной дозы Р_нэ может быть определена по формуле

. (1.10)

5). Коллективная доза Д_кол – это доза, полученная группой людей от одного источника (с одним видом излучения).

Коллективная поглощенная доза Д_кол ,чел•Гр, может быть вычислена по формуле

, (1.11)

где n – количество людей в группе, ед;

Д_j – индивидуальные поглощенные дозы, Гр.

Коллективная эквивалентная Н_кол (чел·Зв) или коллективная эффективно-эквивалентная доза Н_{кол экв} (чел·Зв) могут быть вычислены по формуле:

Н_{кол экв}= (, (1.12)

где Н_j – индивидуальные эквивалентные или эффективно-эквивалентные дозы, Зв.

6) Полная коллективная доза П_кол – это коллективная доза, полученная от одного источника с несколькими видами излучений; единицы измерения: чел·Гр, чел·Зв.