Лабораторна робота №

Тема: Оцінка рівня радіаційного фону в аудиторії

Мета: ознайомитися з проблемою радіаційного забруднення, засвоїти метод виміру фонової радіації, провести вимірювання.

Обладнання: побутовий дозиметр.

Теоретичні відомості

Радіація – це іонізуюче випромінювання (частинки, γ-кванти), що виникає у процесі самовільного розпа­ду ядра атома нестабільного нукліда хімічного елемента.

Усі види іонізуючого випромінювання поділяються на дві групи:

• фотонне (електромагнітне) – коли розпад супроводжується виділенням квантів енергії (це рентгенівське або γ–випромінювання);

• корпускулярне – коли розпад супроводжується виділенням частинок: λ-, β-, нейтронів, протонів, мезонів тощо.

λ-частинки – відносно важкі, позитивно заряджені частинки, ядра атома гелію. β-частинки – електрони і позитрони.

Фотонне має більшу проникну здатність ніж корпускулярне. Наприклад, листок паперу здатен затримати λ-частинку, свинцева пластина – рентгенівські промені, і лише сховища і протирадіаційні укриття забезпечують послаблення γ-випромінювання.

Проте фотонне випромінювання на відміну від корпускулярного має меншу іонізуючу здатність.

Здатність випромінювання при взаємодії з речовиною прямо і опосередковано створювати в ній заряджені атоми і молекули – іони, називається іонізуючою. Пряма дія полягає в іонізації тканин в організмі; непряма дія полягає в іонізації води в організмі людини.

Так, λ-, β-частинки надзвичайно небезпечні лише в тому разі, коли людина знаходиться близько від джерела цих променів та коли вони потрапляють всередину організму з повітрям або їжею.

Важливо відмітити, що не кожне випромінювання може бути іонізуючим. Так, енергії сонячних променів чи побутових приладів недостатньо для такого процесу.

Джерела іонізуючого випромінювання:

До природних джерел іонізуючого випромінювання відносять:

• космічне випромінювання;

• випромінювання гірських порід та мінералів (U-238, Rb-87, To-232, К-40).

Космічні промені – потік нейтронів та позитивно заряджених часток: в основному протонів, рідше λ-часток, зовсім рідко – ядр атомів С, N, O, ..., Fe. Вони в основному приходять до нас із глибин Всесвіту, але деяка їх частина зароджується на Сонці під час сонячних спалахів. Космічні промені взаємодіють з атмосферою Землі, породжуючи вторинне випромінювання та сприяючи утворенню нових різноманітних радіонуклідів. Так, наприклад, радіоактивний ізотоп вуглець – С-14 постійно утворюється в атмосфері внаслідок бомбардування нейтронами космічних променів атомів азоту: N + n → C¹⁴ + H. В свою чергу, радіоактивний вуглець утворює з киснем, що є в повітрі, діоксид СО₂ і в процесі фотосинтезу поглинається рослинами і далі всіма живими організмами. Отже організм кожної людини з дня народження містить С-14 і є „радіоактивним обєктом”.

Магнітне поле Землі, як долоні великих рук, надійно захищає Землю від небезпечних космічних променів. Зони підвищеної концентрації „космічних часток” у магнітному полі Землі називається пояси Ван Аллена. Щільність магнітного поля Землі зменшується від екватора до полюсів. Тому, наприклад, для польотів за межі земного тяжіння (орбіти) траекторія має проходити тільки в зоні полюсів.

Та незначна частка космічних променів, яка все ж проривається до поверхні Землі, не становить загрози: в процесі еволюції живі організми адаптувалися до природного радіаційного фону. Існує навіть думка, що природні радіонукліди є певними стимуляторами життєвих процесів.

Доза опромінення населення від природних джерел радіації залежить від висоти міста на рівнем моря, геологічної будови та архітектурних територій.

На висоті 12 км доза опромінення за рахунок космічних променів зростає приблизно у 25 разів у порівнянні з земною.

Для населення гірничої місцевості збільшується доля космічного випромінювання. Так при підйомі на висоту 4000 м над рівнем моря опромінення від космічних променів зростає від 0,3 мЗв до 1,7 мЗв.

Штучні джерела іонізуючого випромінювання:

- уранодобувні та уранопереробні підприємства;

• атомні електростанції (АЕС);

• прилади та обладнання, робота яких полягає у використанні радіоізотопів;

• використання ядерної зброї;

• радіоактивні відходи.

Небезпека, що пов’язана з атомною енергетикою та атомним озброєнням, була яскраво продемонстрована аварією на ЧАЕС, внаслідок чого в навколишнє середовище були викинуті радіоактивні ізотопи свинцю-239, цезію-137, стронцію-90, плутонію-240 (Всього 77 кг). На територію України припало лише 20 % радіоактивного забруднення, 70 % - на Білорусію і 10 % - на Росію.

Негативний вплив радіоактивного випромінювання:

В цілому іонізуюче випромінювання здійснює більш пошкоджуючий чи згубний вплив на більш високо розвинуті та складні організми; людина відрізняється особливою чутливістю. Надмірна радіація негативно впливає на:

• органи людського організму, в яких відбувається активне ділення клітин, перш за все, клітини червоного кісткового мозку – кровотворні, клітини легенів, молочних залоз, щитовидної залози та шлунку. Оскільки у дітей всі клітини знаходяться в стадії поділу, то наслідки опромінення дитячого організму більші. Особи, які зазнали опромінення в дитинстві, мають вищий ризик утворення пухлин протягом наступного періоду життя, ніж опромінені дорослі

• імунітет – імунна та захисна системи організму при опроміненні слабшають, що призводить до прискорення старіння організму і виникнення різних захворювань, в т.ч. хронічних і онкологнічних

• молекули ДНК та РНК, що призводить до генетичних порушень – мутацій, безпліддя (особливо чоловічої статі), народження дітей-даунів, дальтонізму.

При дії великих доз опромінення наслідки виявляються швидко у вигляді гострої променевої хвороби.

Радіоактивні речовини мають здатність накопичуватися в організмі й при цьому витісняти потрібні йому мікроелементи. Так, стронцій-90 накопичується в кістках і витісняє кальцій, йод-131 - в щитовидній залозі, витісняє нормальний йод, цезій-137 включається в активний метаболізм (перетворення речовин і енергії), витісняючи азот і калій.

Механізм дії радіації: під впливом поглинутої енергії радіоактивного випромінювання в опроміненому об’єкті порушуються міжатомні зв’язки й накопичуються різні структурні зміни.

Дія опромінення на живий організм залежить не тільки від кількості поглиненої дози, а від часу, протягом якого вона накопичена, тобто від її потужності.

Параметри іонізуючого випромінювання:

1. Період напіврозпаду (T_1/2) — час, протягом якого число ядер радіонукліду внаслідок спонтанних ядерних перетворень зменшується удвічі (T_1/2 І-131= 7 діб, T_1/2 Sr-90= 29,5 років, T_1/2 Cs-137= 30 років, T_1/2 U-238= 4,5 млрд. років, T_{1/2 ThІ-232}= 14 млрд. років).

2. Поглинута доза (D) – кількість енергії, що поглинається одиницею маси речовини

D = , .

Системна одиниця – грей.

Позасистемна одиниця – рад 1 rad = 0,01 Gy.

Потужність поглинутої дози

.

3. Експозиційна доза (χ) – кількість електричних зарядів іонів, які виникають в одиниці маси сухого атмосферного повітря (характеризує іонізуючу спроможність випромінювання в повітрі)

.

Системна одиниця – кулон на кілограм.

Позасистемна одиниця – рентген 1 R = 0,000258 С/kg..

Потужність експозиційої дози

.

Системна одиниця – ампер на кілограм.

Позасистемна одиниця – рентген за секунду R/s, рентген за годину R/h.

4. Активність радіонукліда (А) – число радіоактивних перетворень за одиницю часу (характеризує іонізуючу здатність радіонукліда)

.

Системна одиниця – бекерель.

Позасистемна одиниця – кюрі 1 C = 3.7∙10¹⁰ Bq.

4. Наведені вище фізичні величини є суто енергетичними і не відтворюють біологічних наслідків дії радіації на живі організми. Тому, для оцінювання радіаційної небезпеки постійного випромінювання введено еквівалентну дозу (Н)

,

де D – поглинута доза випромінювання, – коефіцієнт, який враховує тяжкість біологічних наслідків опромінення організму малими дозами різними видами випромінювань (визначений експериментальним шляхом).

Системна одиниця – зіверт Зв.

Позасистемна одиниця – бер (біологічний еквівалент рентгена) 1 ber = 0,01 Sv

Оскільки дія опромінення в більшій мірі залежить від потужності радіації, а не від дози, тому найбільш показовим параметром вимірювання радіації є потужність еквівалентної дози ( )

.

Системна одиниця – зіверт за секунду Зв/с, мікрозіверт за годину (рік) мкЗв/год, мілізіверт за годину (рік) мЗв/год, тощо.

Позасистемна одиниця – бер за секунду.

Захист від іонізуючого випромінювання у побуті:

Оскільки радіонукліди, які випали на територію України на сьогоднішній день знаходяться глибоко в ґрунті та в мулі на дні Київського водосховища та річок Дніпро і Прип’ять, то достатньо слідкувати, щоб ті продукти, які ми споживаємо пройшли радіологічний контроль. Важливим є повноцінне і якісне харчування, вживання продуктів багатих на пектини, які виводять радіонукліди з організму, а також ведення здорового способу життя (викурювання 2-х пачок сигарет = опроміненню під час флюорографії). Для захисту від фонової радіації в приміщеннях важливим є їх вологе прибирання, адже радіонукліди розповсюджуються в повітрі разом з частинками пилу.

У нормах радіаційної безпеки НРБУ-97 визначені наступні поняття і норми:

- річна доза опромінення, яка для населення не повинна перевищувати 1 мілізіверта за рік – гранично допустимий рівень ГДР_нас=1 мЗв/рік;

- ліміт дози (ЛД) загального опромінення людини – доза, яка не повинна викликати значних ушкоджень організму протягом життя – ЛД_нас=1мкЗв/рік;

- допустимий рівень потужності еквівалентної дози для будівель з людьми ГДР _буд.= 0,5 мкЗв/год.

Потужність еквівалентної дози природного γ-фону = 0,1-0,3 мкЗв/год.