- •Часть 3
- •Ф. Жолио-Кюри Введение
- •Тема 1. Физическая природа и источники радиационной опасности для человека, объектов и природной среды
- •1.1. Радиоактивное превращение ядер
- •1.1.1. Общие сведения об атоме и атомном ядре
- •Атом наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.
- •1.1.2. Явление радиоактивности
- •1. Выбрасывание электрона и антинейтрино - - - распад;
- •Примечание. Так как массы выбрасываемых электрона, позитрона, нейтрино и антинейтрино крайне малы по сравнению с массой протонов и нейтронов, то массовое число атома можно считать неизменным.
- •1.1.3. Основной закон радиоактивного распада радионуклида
- •1.1.4. Закон изменения активности радионуклидных рядов
- •1.1.5. Закон спада радиоактивности продуктов ядерного деления
- •1Ч 150 суток tн
- •Вопросы для самоконтроля:
- •1.2. Виды ионизирующих излучений, их характеристики и взаимодействие с веществом
- •1.2.1. Краткая характеристика ионизирующих излучений
- •1.2.2. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом
- •Косл ≈ 2х/d (1.39.)
- •Пробеги бета-частиц
- •Пробеги альфа-частиц в воздухе, биологической ткани и алюминии
- •Воздействие радиоактивных излучений на физические свойства некоторых материалов
- •Вопросы для самоконтроля:
- •1.2.3. Хакрактеристики ионизирующих излучений. Единицы измерения
- •Взвешивающие коэффициенты wt*
- •Вопросы для самоконтроля:
- •1.2.4. Основные способы определения и измерения ионизирующих излучений
- •Классификация приборов
- •Радиометрия внутреннего облучения человека
- •Вопросы для самоконтроля:
- •1.3. Источники ионизирующих излучений
- •1.3.1. Космическое излучение
- •1.3.2. Земная радиация
- •Радиоактивное семейство урана-235 (ряд актиноурана)
- •1.3.3. Антропогенные источники ионизирующих излучений
- •Область применения и вид используемых закрытых источников ионизирующего излучения в различных областях
- •Атомная электростанция, как источник радиационной опасности
- •Управления
- •% Выхода осколков
- •80 105 130 150 Атомный номер изотопов
- •Ядерные боеприпасы, как источники радиационной опасности
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Глава 2. Основы радиационной безопасности биологических систем
- •2.1. Биологическое действие ионизирующих излучений
- •2.1.1. Воздействие энергии ионизирующих излучений на биологическую ткань
- •Молекула воды
- •Хромосома
- •Молекула белка
- •Вопросы для самоконтроля:
- •2.1.3. Радиочувствительность. Реакция органов и систем человека на облучение
- •Некоторые особенности радиоустойчивости органов при внешнем облучении
- •Реакция организма на облучение. Радиационные синдромы
- •Некоторые особенности реакции органов и систем при внутреннем облучении
- •Кровеносная система
- •Вопросы для самоконтроля:
- •2.1.4. Детерминированные и стохастические эффекты. Степени лучевой болезни
- •Детерминированные эффекты
- •Острая лучевая болезнь (олб)
- •Стохастические эффекты
- •Хроническая лучевая болезнь (хлб)
- •Вопросы для самоконтроля:
- •2.2. Принципы и критерии радиационной безопасности
- •2.2.1. Международные нормы радиационной безопасности
- •Проблемы оценки малых доз облучения
- •Номинальные коэффициенты вероятности стохастических эффектов
- •Коэффициенты вероятности рака для отдельных органов
- •Принципы, цели и критерии радиационной безопасности
- •3) Облучение отдельных лиц, в сумме от всех видов деятельности не должно превышать установленных дозовых пределов (принцип нормирования индивидуальной дозы).
- •Нормирование облучения для практической деятельности
- •Вмешательство. Уровни вмешательства
- •Диапазон, в котором устанавливаются оперативные уровни вмешательства по принципу оптимизации
- •Уровни доз, при которых предполагается вмешательство
- •Уровни прогнозируемой поглощенной дозы (Дпогл) в отдельных органах за первые 10 суток, при которых необходимо срочное
- •Критерии для принятия решений о переселении и ограничении
- •Уровни для изъятия и защиты пищевых продуктов
- •Вопросы для самоконтроля:
- •2.2.2. Нормы радиационной безопасности нрб-2000
- •Раздел 1. Общие положения
- •Раздел 2. Требования к ограничению техногенного облучения в контролируемых условиях
- •Общие положения
- •Требования к ограничению техногенного облучения в контролируемых условиях
- •Требования к защите от природного облучения в производственных условиях
- •Требования к ограничению облучения населения
- •Значения дозовых коэффициентов, пределов годового поступления с воздухом, допустимой объемной активности во вдыхаемом воздухе и уровни вмешательства
- •Ограничение медицинского облучения.
- •Требования по ограничению облучения населения в условиях радиационной аварии
- •Требования к контролю за выполнением норм
- •Значения допустимых уровней радиационного воздействия
- •Допустимые уровни радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, кожи, спецодежды и средств индивидуальной защиты, част./(см2▪ мин)
- •Вопросы для самоконтроля:
1.1.3. Основной закон радиоактивного распада радионуклида
В результате всех видов радиоактивных превращений количество ядер данного изотопа постепенно уменьшается. Убывание количества распадающихся ядер происходит по экспоненте и записывается в следующем виде:
N=N0е-t (1.10)
где N0 – количество ядер радионуклида в момент начала отсчета времени
(t =0); - постоянная распада, которая для различных радионуклидов разная; N – количество ядер радионуклида спустя время t; е – основание натурального логарифма (е = 2,713….). Это и есть основной закон радиоактивного распада.
Вывод формулы (1.10.). Естественный радиоактивный распад ядер протекает самопроизвольно, без всякого воздействия из вне. Этот процесс статистический и для отдельно взятого ядра можно лишь указать вероятность распада за определенное время. Поэтому скорость радиоактивного распада можно характеризовать временем t. В практических расчетах для оценки характеристик радиационного излучения используется понятие периода полураспада Т1/2. Периодом полураспада называется промежуток времени, в течении которого исходное число радиоактивных ядер уменьшится вдвое, а число распавшихся ядер за время Т1/2 остается постоянным ( = const).
Пусть имеется число N атомов радионуклида. Тогда, число распадающихся атомов dN за время dt пропорционально числу атомов N и промежутку времени dt:
dN = - lNdt (1.11)
где l - коэффициент пропорциональности, называемый постоянной распада. Знак минус показывает, что число N исходных атомов уменьшается во времени. Экспериментально показано, что свойства ядер со временем не меняются, от сюда следует, что есть величена постоянная. Она носит название постоянная распада. Из (1.11) следует, что
= - = const,
Экспериментально показано, что свойства ядер со временем не меняются, от сюда следует, что есть величена постоянная. Она носит название постоянная распада. Из (1.11) следует, что
= - = const,
В уравнении (1.11.) поделим правую и левую части на N и проинтегрируем:
dN/N = - ldt (1.12)
N t
∫dN/N = – λ∫ dt (1.13)
N0 0
ln N/N0 = – λt и N = N0 е– λt , (1.14.)
где N0 есть начальное число распадающихся атомов (N при t =0).
В практических расчетах для временной оценки характеристик радиационного излучения используется понятие периода полураспада Т1/2. Периодом полураспада называется промежуток времени, в течении которого исходное число радиоактивных ядер уменьшится вдвое, а число распавшихся ядер за время Т1/2 остается постоянным ( = const).
Найдем связь постоянной радиоативного распада с периодом полураспада для чего в уравнении (1.10.) правую и левую часть поделим на N, и приведем к виду:
N0/N = е-t (1.16.)
Полагая, что N0/N = 2, а t = T, получим ln2 = Т, откуда
ln2 = 0,693 = 0,693/T (1.17.)
Подставив выражение (1.17.) в (1.10.) получим
N = N0е-0.693t/T (1.18.)
На графике (рис.1.2.) показана зависимость числа распадающихся атомов от времени. Из графика следует, что в несколько первых полупериодов распад происходит быстро, а затем медленно. Теоретически кривая экспонента никогда не может слиться с осью абсцисс, но на практике можно считать, что примерно через 10 – 20 периодов полураспада радиоактивное вещество распадается полностью.
N
N0
1
0,5
0,25
t
0,125
Рис. 1.2. Изменение числа распавшихся ядер исходного элемента со временем.
Основной характеристикой источника радиационного излучения является его активность.
АКТИВНОСТЬ - это физическая величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени.
или
АКТИВНОСТЬ - это отношение числа спонтанных (вероятных) ядерных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида за интервал времени.
А = . (1.19)
Исходя из определения активности, следует, что активность характеризует скорость ядерных переходов в единицу времени. С другой стороны, количество ядерных переходов зависит от постоянной радиоактивного распада.
Единицей измерения активности в системе СИ является БЕККЕРЕЛЬ (Бк).
Беккерель равен активности источника (радионуклида), в котором за время 1 секунды происходит один спонтанный (вероятностный) переход из определенного ядерно-энергетического состояния этого радионуклида.
Внесистемной единицей измерения активности является КЮРИ (Кu).
Кюри равен активности одного грамма радия.
1 Ku = 3,7 * 1010 Бк
Отношение активности радионуклидов к единице измерения называется:
к массе - удельной активностью - Аm;
к объему - объёмной активностью - Av;
к площади - поверхностной активностью - As.
Так как АКТИВНОСТЬ характеризует лишь число ядерных переходов, поэтому такие термины, как альфа-, бета-, гамма-активность недопустимы. Так как ядерные превращения не всегда совпадают с числом испускаемых корпускулярных частиц и еще реже - с числом испускаемых фотонов.
Используя уравнение активности (1.19) и уравнение постоянной радиоактивного распада можно получить зависимость изменения активности во времени, а именно:
А =- , = - (1.20).
(знак " - " показывает убыль числа ядер - dN). Подставляя в уравнение активности значение dN/dt из уравнения постоянной радиоактивного распада получим А = N , а так как N в зависимости от времени определяется зависимостью Nt = N0 e-t,
выражение активности от времени запишется как
А =Nо е -t = No exp (-t) = Аo exp(- t), (1.21)
Однако в процессе радиоактивного распада нас часто интересует не количество ядерных переходов, а масса распавшегося исходного вещества.
Как известно из химии и физики число атомов и масса элемента связаны соотношением:
mNA
N = , (1.22)
А
где m-масса элемента (нуклида), NА - число Авогадро (NА=6,0221023 моль-1), А - атомный вес элемента (массовое число).
Используя зависимость числа атомов через постоянную радиационного распада и выше приведенное соотношение, и их связь с активностью можно определить массу распавшегося радионуклида в процессе радиационного распада за время Т1/2.
AТ1/2
m = , (1.23)
0,693NА
а так как активность имеет экспоненциальную зависимость, то, преобразуя полученную зависимость массы распавшегося радионуклида во времени, получим выражение
m(t) = mо ехр(- t) , (1.24)
Используют также кратную единицу мегакюри 1 Мки = 1106 Ки и дольные – милликюри, 1 мКи = 10-3 Ки; микрокюри, 1 мкКи = 10-6 Ки.
Аm может быть выражена в Бк/кг или Кu/кг; As может быть выражена в Бк/м2 или
Кu/ км2; Av может быть выражена в Бк/ м3 или Кu/ м3.
На практике могут быть использованы как укрупненные, так и дробные единицы измерения. Например: Кu/ км2 , Бк/см2, Бк/г и др.
В нормах радиационной безопасности НРБ-2000 дополнительно введены еще несколько единиц активности, которыми удобно пользоваться при решении задач радиационной безопасности.
Активность минимально значимая (МЗА) - активность открытого источника ионизирующего излучения в помещении или на рабочем месте, при превышении которой требуется разрешение органов санитарно-эпидемиологической службы Министерства здравоохранения на использование этих источников, если при этом также превышено значение минимально значимой удельной активности.
Активность минимально значимая удельная (МЗУА) - удельная активность открытого источника ионизирующего излучения в помещении или на рабочем месте, при превышении которой требуется разрешение органов санитарно-эпидемиологической службы Министерства здравоохранения на использование этого источника, если при этом также превышено значение минимально значимой активности.
Активность эквивалентная равновесная (ЭРОА) дочерних продуктов изотопов радона 222Rn и 220Rn - взвешенная сумма объемных активностей короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона - 218Ро (RaA); 214Pb (RaB); 212Pb (ThB); 212Вi (ThC) соответственно:
(ЭРОА)Rn = 0,10 АRaA + 0,52 АRaB + 0,38 АRaC ;
(ЭРОА)Th = 0,91 АThB + 0,09 АThC ,