Минобрнауки России. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. «тульский государственный университет»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт горного дела и строительства Кафедра «Охрана труда и окружающей среды»

 

Утверждено на заседании кафедры

«Охрана труда и окружающей среды»

«_26_» __01__ 2021 г., протокол №6

 

Заведующий кафедрой

          _В. М. Панарин

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по проведению практических (семинарских) занятий по дисциплине (модулю)

ЭКОЛОГИЯ

основной профессиональной образовательной программы высшего образования – программы бакалавриата

Форма обучения: очная, заочная

 

Тула 2022 год

Разработчик(и) методических указаний

_Рылеева Е. М., доцент, к. т. н., доцент                 _   __

(ФИО, должность, ученая степень, ученое звание)                       (подпись)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ ОТ ГАММА-ИЗЛУЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ

Цель работы: сформировать знания студентов в области исследования и оценки доз облучения людей от радиоактивных веществ и ионизирующих излучений.

 

1. Основные теоретические сведения

Во многих областях практической деятельности людей применяются радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений.

При помощи радиоактивных изотопов проводится контроль качества изделий (рентгеновскими и гамма-дефектоскопами), управление технологическими операциями (радиоизотопными датчиками и измерителями), включение пожарной сигнализации (дымовыми извещателями) и т. д.

Кроме этого люди постоянно подвергаются воздействию внешнего ионизирующего излучения  от  солнца                         и  поверхности  земли, а также внутреннего облучения от попадающих внутрь организма радионуклидов при дыхании и употреблении воды и пищи. Вопросы определения доз облучения людей были актуальными во время и после проведения испытаний ядерного оружия, но особую актуальность получили после аварии на Чернобыльской АЭС, когда в атмосферу было выброшено около 50 МКu различных радионуклидов и радиоактивным выпадениям были подвергнуты территории Украины, Белоруссии и России. Первичная информация о радиационном загрязнении территории практически не дает представления о возможных индивидуальных дозах облучения и путях формирования суммарной дозы у человека, поэтому необходимы знания расчета доз облучения (в первую очередь от g-излучающих радионуклидов) и определения уровня

риска.

 

1. 1 Ионизирующее излучение, радионуклиды, радиоактивный распад Ионизирующее излучение - излучение, воздействие которого со средой приводит

к образованию ионов разных знаков. Основными источниками ионизирующего излучения являются радионуклиды - разновидности атомов с данным массовым числом и атомным номером. Массовое число нуклида указывается вверху слева от символа химического элемента, например, нуклид стронция ⁹⁰Sr, нуклид цезия ¹³⁷Cs.

Один и тот же элемент может иметь разные массовые числа и разновидности этого элемента называются изотопами, например, ¹³¹I и ¹³³I.

Радиоактивный распад сопровождается корпускулярным излучением (a-частиц, b- частиц, нейтронов и т. п. ), или фотонным излучением (гамма или рентгеновским):

a-частицы являются ядрами атомов гелия, несущими положительный заряд. Они имеют незначительный пробег (в воздухе от 2 до 9 см, в биологических тканях - от 0. 02 до 0. 06 мм), но высокой степенью ионизации. При внешнем облучении a-частицы не представляют опасности, но при попадании внутрь организма радиоактивных веществ в виде пыли они очень опасны;

b-частицы представляют собой поток электронов или позитронов, в воздухе они могут пройти до 40 м, а в биологической ткани - до 12 мм. Плотность ионизации атомов среды b-частицами в десятки раз меньше, чем при ионизации                                               a-частицами;

g-лучи это электромагнитное излучение с длиной волны приблизительно 10 ^-12 м и частотой около 10 ²⁰                         Гц. Эти лучи обладают значительно меньшей,  чем a-частицы,

ионизирующей способностью, но высокой проникающей способностью  (бетонные стены толщиной 5 см ослабляют g-излучение в два раза);

рентгеновские лучи - это коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны от 10 ^-7 до 10 ^-12 м. Они, также как g-лучи, обладают высокой проникающей способностью.

 

1. 2 Активность радионуклидов

Активность радионуклидов А - это число самопроизвольных     случайных распадов или число испускаемых частиц DN в единицу времени Dt:

А = DN / D t.                                        (1. 1)

Единицей активности является Бк (беккерель), 1 Бк = 1 расп/с, один распад в секунду.

Также единицей активности является Ku (кюри), 1 Ku = 3, 7 × 10¹⁰ Бк.

Активность радионуклидов со временем уменьшается   по экспоненциальному закону. Изменение активности описывается формулой

А _t = А ₀ exp( -0, 693 t / T_{1/ 2} ),                       (1. 2)

где А _t - активность радионуклида по прошествии времени t; А ₀ - активность радионуклида в начальный период (t = 0); t - время;

Т _1/2 - период полураспада, т. е. время, в течение которого распадается половина радиоактивных атомов.

Если t = Т_1/2, то А _t = А_о / e ^{0, 693} = А_о / 2.

Период полураспада у некоторых радионуклидов составляет несколько суток, а у некоторых - годы (таблица 1. 1).

 

Таблица 1. 1 – Радиобиологические свойства радионуклидов

Нуклид	Эффект ивная энергия Е эф,   МэВ расп	Гамма- постоян ная Кg, P × cм2 ч × мKu	Период полурас пада Т1/2, сут	Критиче ский орган	Доля нуклида, попадающая в рассматриваемый орган		Период полувыв едения из организ ма ТВ/2, сут
					При заглатыв ании f3	При вдыхани и, fвд
60СO	1, 5	6, 75	1, 9× 103	Все тело Печень	0, 3 0, 001	0, 45 0, 02	9, 5 9, 5
131J	0, 41	1, 69		Все тело. Щитови дная железа	1, 0     0, 3	0, 75     0, 23
137Cs	0, 59	3, 19	1, 1× 104	Все тело	1, 0	0, 75

226Ra		9, 36	5, 9× 105	Все тело	0, 3	0, 4	8, 1× 103
90Sr	1, 1	2, 94	1× 104	Скелет	0, 3	0, 12	1, 8× 104
235U		0, 51	2, 6× 1011	Все тело Кости Почки	1× 104 0, 1× 10-5 1, 1× 10-5	0, 25 0, 028 0, 028

 

1. 4 Экспозиционная доза

Экспозиционная доза является качественной характеристикой фотонного излучения (рентгеновского и гамма-излучения), она определяется по ионизации воздуха, т. е. когда поглощенная энергия в некотором объеме воздуха равна суммарной кинетической энергии электронов и позитронов, образованных фотонным излучением в том же объеме.

Непосредственно измеряемой физической величиной при определении экспозиционной дозы g-излучения является электрический заряд ионов одного знака, образованных в воздухе за время облучения:

D _эксп = Q / m,                                           (1. 3)

где D _эксп - экспозиционная доза, Кл/кг;

Q - полный заряд ионов одного знака, Кл; m - масса объема воздуха, кг.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген (Р),

1 Р = 0, 285 мКл/кг.

 

1. 4 Поглощенная доза

Поглощенная доза характеризует изменения, происходящие в облучаемом веществе (воздухе, воде, дереве, железе и т. д. ).

Поглощенная доза - это энергия, передаваемая веществу массой в одну единицу:

D _погл = E / m,                                    (1. 4)

где D _погл - поглощенная доза, Дж/кг;

E - энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом, Дж; m - масса облучаемого вещества, кг.

В системе СИ поглощенная доза измеряется в Гр (грей):

1 Гр = 1 Дж/кг.

В практике часто используется специальная единица поглощенной дозы - рад. Один рад соответствует такой поглощенной дозе, при которой количество энергии, выделяемой одним граммом любого вещества, равно 0, 01 Дж, т. е.

1рад = 0, 01 Дж/кг =0, 01Гр.

Поглощенная доза связана с экспозиционной дозой следующим соотношением:

D _погл = D _эксп × К₁,                                 (1. 5)

где К₁ - коэффициент, учитывающий вид облучаемого вещества (воздух, вода и т. п. ), т. е. учитывающий отношение энергии, поглощенной данным веществом, к электрическому заряду ионов, образованных в воздухе такой же массы.

При экспозиционной дозе в 1 Р энергия  g-излучения, расходуемая на ионизацию 1 г воздуха, равна 0, 87 рад, т. е. для воздуха

К₁ = 0, 87 рад/Р = 0, 87 × 0, 01 Дж/кг = 0, 87 × 0, 01 Гр/Р.

 

Поскольку ткани организма имеют несколько иной эффект поглощения по сравнению с водой, то используются переводные коэффициенты для различных тканей тела человека:

для воды в организме К₁ = 0, 887... 0, 975 рад/Р, для мышц                                К₁= 0, 933... 0, 972 рад/Р,

для костей               К₁ = 1, 03... 1, 74 рад/Р.

В целом для организма человека при облучении от  g-источника коэффициент К₁ = 1 рад/Р = 0, 01 Гр/Р.

 

1. 5 Эквивалентная доза

Эквивалентная доза учитывает не только энергию, передаваемую веществу, но и те биологические эффекты, которые производит проникающая радиация в теле человека:

D_экв = D_погл × К₂ = D_эксп × К₁ × К₂,                      (1. 6)

где D_экв - эквивалентная доза, Зв;

Вид излучения К2 (Зв/Гр или бэр/рад) Рентгеновское и g-излучение Электроны и позитроны, b-излучение Нейтроны с энергией меньше 20 кэВ Нейтроны с энергией 0, 1 - 10 МэВ a-излучение с энергией меньше 10 МэВ

К₂ - коэффициент качества облучения (таблица 1. 2). Таблица 1. 2 - Средние значения коэффициента качества К₂

 

 

В системе СИ единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Специальной  единицей  эквивалентной  дозы  является бэр (биологический эквивалент рентгена).

Для рентгеновского и g-излучения коэффициенты

К₁ = 1 рад/Р, К₂ = 1 бэр/рад и 1Р эквивалентен 1 бэр, т. е. 1Р Û 1 рад Û 1 бэр.

Чтобы отметить различие между экспозиционной, поглощенной и эквивалентной дозами, а также единицами измерений эти параметры сведены в таблицу 1. 3.

 

Таблица 1. 3

Основные параметры, характеризирующее излучение

 

Параметры	Единицы измерения
	Старая система		Система СИ
– активность радионуклида (количество частиц, вылетающих из вещества в единицу времени)	Бк (беккерель) 1 Бк = 1 расп/с 1 Ku = 3, 7 × 1010 Бк
Dэксп – экспозиционная доза (определяется	Р (рентген)	Кл/кг

по ионизации воздуха)	1 Р = 2, 6 × 10-4 Кл/кг
Dпогл – поглощенная доза (определяется по энергии, поглощенной воздухом, водой и другими веществами)	рад	Гр (грей) 1 Гр = 1 Дж/кг
	100 рад = 1 Гр
Dэкв – эквивалентная доза (определяется по действию на человека)	Бэр	Зв (зиверт)
	100 бэр = 1 Зв
Dэкв = D погл ×  К2 = Dэксп × К1 ×  К2 Для рентгеновского и g-излучения 1 Р эквивалентен 1 бэр, т. е. коэффициенты К1 = 1 рад/Р = 0, 01 Гр/Р, К 2 = 1 бэр/рад = 1 Зв/Гр, 1 Р Û 1 рад Û 1 бэр, 100 Р Û 1 Гр Û 1 Зв

 

1. 6 Мощность дозы и доза

Мощность экспозиционной, поглощенной или эквивалентной дозы

D  характеризуется дозой, полученной в единицу времени, т. е.

D  = DD

Dt

 

,                                          (1. 7)

где D D - приращение дозы за промежуток времени D t.

Мощность экспозиционной дозы

D  эксп

измеряется в системе СИ в Кл/(кг× с);

внесистемными единицами являются Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и др.

Мощность поглощенной дозы аГр/с и т. д.

D  погл

в системе СИ  измеряется в Гр/с,  мкГр/с,

Мощность эквивалентной дозы

D  экв измеряется  в  системе  СИ  в  Зв/с, мЗв/ч,

мкЗв/ч; внесистемными единицами являются бэр/с, бэр/ч и т. д.

Для измерения мощности дозы применяются различные приборы, имеющие ионизационные камеры, камеры с люминесцирующим веществом, химические системы и др.

По измеренным значениям мощности дозы можно определить дозу облучения:

t

D = ò  D  dt,                                           (1. 8)

если мощность дозы не меняется во времени, то

 

D = D  × t, при

 

123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: