сдача бжд на отлично. БЖД Лекции. Бжд тема Основные принципы защиты
 Скачать 1.42 Mb.
|
|
РАЗДЕЛ 2. ЧЕЛОВЕК В МИРЕ ОПАСНОСТЕЙ 263 ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ Действие нонизирующего излучения на вещество проявляется в ионизации и возбуждения атомов и молекул, входящих в состав ве- щества. Количественной мерой этого воздействия служит воглощен- ная доза Д, — средняя энергия, переданная излучением единице мас- сы вещества. Единица поглощенной дозы — грей (Гр), назвала в честь физика Грея, 1 Гр = 1 Дж/кг. На практике применяется также вне- системная единица — рад, 1 рад = 100 эрг/г = 1-10-2 Дж/кг = 0,01 Гр. Поглощенная доза излучения зависит от сзойств излучения и по- глощающей среды. Для заряженных частиц (с, В, протонов) небольших энергий, быст- рых нейтронов и некоторых других излучений, когда основными про- цессами их взаюмодействия с веществом являются непосредственная ио- низация н возбуждение, поглощенная доза служит однозначной харак- теристикой ионизирующего излучения по его воздействию на среду. это связано стем, что между параметрамн, характеризующими данные виды изхучения (поток, плотность потока и др.} и параметром, характеризую- щим иснизационную способность излучения в среде, — поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости. Для рентгеновского и у-излучений таких зависимостей не наблю- дается, так как эти виды излучений косвенно нонизнрующие. Следо- вательно, поглощенная доза не может служить характеристикой этих излучений по их воздействию на среду. До последнего времени в качестве характеристики рентгеновского н 7-излучений по эффекту ионизации используют так называемую экспозиционную дозу. Энспозиционная доза выражает энергию фотон- ного излучения, преобразованную в кинетическую энергию вторич- ных электронов, производящих ионизацию вединице массы атмосфер- ного воздуха. За единицу экспозиционной дозы рентгеновского и у-излучений принимают кулон на килограмм ({Кл/кг) — это такая доза рентгенов- ского или у-излучения, при воздействии которой на 1 кг сухого атмо- сферного воздуха при нормальных условиях образуются ионы, несу- щие 1 Кл электричества каждого знака. На практике до сих пор широко используется внесистемная еди- ница экспозиционной дозы — рентген (Р). 1 рентген — экспозицион- цая поза рентгеновского или у-излучения, при которой в 0,001293 г {1 см? воздуха при нормальных условиях} образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака, 1 Р = 2,58-10-4 Клукт, 264 БЕЗОТАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Источник Папа Овлучение неживых живых объектов организмоа Активность Экспозициеонная Погощенная Эквивалентная доза даза доза Кюри Ренттен Грей Зиверт {беккорель} (рад {6эр) о мы Рис. 7.13 Дозыжетричестые величины и Ебиныцы Поглошщенная В каком-либо веществе доза рентгеновского и 7-из- лучения может быть рассчитана по экспозиционной дозе с помошью соотношения 3 Д\Гр) = 8,840 ы/и,Д{Р), дении, — массовые коэффициенты ослабления (емё/г) для иссле- дуемого вещества и воздуха соответственно. Иселедования биологических эффектов, вызываемых различны: мн нонизируюнцими излучениями, показали, что повреждение тка- ней связано не только с количеством поглощенной энергии, но и сее пространственным распределением, характеризуемым линейной плот- ностью ионизации. Чем выше ликейная плотность ионизации, или, яначе, линейная нередача энергии частиц в среде на единицу длины пути (ЛИЗ), тем больше степень биологического повреждания. Чтобы учесть этот эффект, введено понятне эненвалентной дозы Д»„», которая определяется равенством Дкь = Д.О, где Д„ — поглощенная доза; @ — безразмерный нозффициент качества, характеризующий зависимость биологических неблатоприятных последствий облученил человека в малых дозах от полной ЛИЗ облучения (рис. 7.13}. Эквивалентная доза представляет собой меру биологического дей- ствия на Даннога конкретнохо человека, то всть она является индиви- дуэльным критерием опасности, обусловленным нонизирующим из- лучением. Приведем значения вэвешивающих коэффициентов О для неко- торых видов излучения при расчете эквивалентной дозы: Фотоны любых знергий — © = [; Электроны и мюоны с энергией менее 10 кВ — О =1; РАЗДЕЛ #, ЧЕЛОВЕК В МИРЕ ОПАСНОСТЕЙ 265 Нейтроны: . < энергией менее 10 нэВ — О=5; от 10 кэВ до 100 кВ — О= 10; от 100 кэВ до 2 МэВ — @=20; от 2 МэВ ло 20 МэВ — О= 16; более 20 МаВ —О=5; Протоны, кроме протонов отдачи, с энергией более 2 МзВ — 9=5; Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра — О = 26. За единиду измерения эквивалентной дозы принят зиверт (Зв) в честь шведского радиолога Рольфе Зиверта, 1 Зв = 1 Рр/О = 1 Джукг. Зиверт равен эквивалентной дозе налучения, при которой поглощен- ная доза равна 1 Гр при коэффициенте качества, разном единице. Применяется такзхе спепиальная единица эквивалентной дозы — бэр (биологический эквивалент рада}, 1 бэр = 0,01 Зв. Бэром называется та- кое количество энергии, поглощенное 1 Г биологической ткани, при ко- тором наблюдается тот же бнологический эффевнт, что и при поглощен- ной дозе излучения 1 рад рентгеновского и у-Излучений, имеющих 0 = 1. Коэффициент качества, определенным образом связанный © 1113, используется для сравнения биологического действия различных ви- дов излучений только при решении задач радиационной защиты при эквивалентных лозах Дно < 0,25 Зв (25 бэр). Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощноети соответствующих доз. Самопроизвольный (спонтанный) распад радиоактивных ядер сле- дует закону № = Мехр(-^!), где М, — число ядер в данном объеме ве- пкества в момент времени { = 0; М — число ядер в том же объеме к мо- менту времени ё; А — постоянная распада. Постоянная А имеет смысл нероятности распада ядра за 1 с; она ранна доле ядер, распадающихся за 1 с. Постоянная распада не зави- сит от общего числа ядер и имеет вполне определенное значение для каждого радиоактивного нуклида. Приведенное выше уравнение показывает, что с течением време- ни число ядер радиоактивного вещества уменьшается по экспоненци- альному закону. В связи с тем, что период полураспада значительного числа радно- активных изотопов измеряется часами и сутками (так называемые короткоживущие изотопы), его необходимо знать для оценки радиа- ционной опасности во времени в случае аварийного выброса в окру- жающую среду радиоактивного вещества, выбора метода дезактива- ции, а также при переработке радиоактивных отходов и последующем их захоронении. (Период полураспада нуклидов приведен в НРБ-99.} 266 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Габл. РМ Взвепенвающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективкой дозы Ортля офф Ортат Бозффи- Гонады 0,20 Грудная желала 0,05 Костный мозг (красный) 0.12 Печень 9.05 Толстый киптечник (прямая, Пищевод 0.45 сигмовилная, нисхолящая 0,12 часть ободочной кишки) Питовидная железа 0.05 Легкий 0,12 Кожа 0,01 Желудок 9,42 Клетки костных поверхностей о, 0т Мочевой пузырь 0,05 Остальное 0,05 Следует учитывать, Что чувствительность разных органов тела не- одинакова. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облуче- ния возникновение рака легких более вероятно, чем щитовидной же- лезы. Поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать с разными азвещивающими коэффициентами. В табл. 7.14 приведены коэффициенты радиационного риска, ре- комендованные международной комиссией по радиационной защите. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициен- ты и просуммиравав по всем органам и тканям, получим эффектив- ную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облуче- ния для организма. Эта доза также измеряется в зивертах. Описанные три дозы относятся к отдельному человеку, то есть яв- ляются индивидуальными. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные грунной людей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел-Зв). Многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся в отдаленном будущем. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую полу- чат поколения людей от какого-либо радиозктивного источника за все время ето существования, называют ожидаемой (полной) коллентиив- ной эффективной эквивалентной дозой, Актизноеть препарата — это мера количества радиоактиЕеного вещества. Определяется активность числом распадающихся атомов зв единицу времени, то есть скоростью распада ядер радионуклида. Единицей измерения активности является одно ядерное превра- щение в секунду. В системеединиц СИ она получила название бекке- рель (БЕ). РАЗДЕЛ 2. ЧЕЛОВЕК В МИРЕ ОНАСПОСТЕЙ 267 За внесистемную единицу активности приняткюри (Ки) — актив- ность такого количества радионуклида, в котором происходит 3740 актов распада В СЕКУНДУ. На практике широко пользуются производ- ными единицами: милликюри и микрокюри. Под удельной активно- стью понимают активность, отнесенную к единице массы или обт.ема, например Ки/г, Ки/лит. д. Единицы измерения сведены в табл. 7.15. Табл. 7.19 Основные дозиметрическне ъеличины и единицы измерения . Виесн- Величина Едипица Саотпошеняе между и ее символ си и единицами Активность.4 — мера радиоактив- —_ = ности. Характеризует скорость Ри Ки — _1 В мы К _ ядерных презращений (распада) рель Кюри . *=3 Т40'”Бк радионуклидов * Экспозиционная доза Х -—- мера 4 Клукг = 3,88 4102 Р; ионизация воздуха. Характеризует | Кл/кг — 12 =2,5$8-10 * Кл/кг = потенциальную возможность поля кулоя Р- = 2.08.40" пар ионов в ИИ к облучению тел (зетщества) на нило- | рентген 1 см? взозлуха; ЧР= грамм = 0,88 рад — в воздухе; 1Р =0,93 — втканя Поглощенная доаз 7 — мера радиа- рад. цноняого эффекта облучения. Ха- (радиа- 1 Гр = 1 Дж/икт = рактеривзует энергяю излучения, Гр — ционяая 1900 рад: переданную телу определенной мас- грей адсорбн- = { рад = 100 зрг/г = сы. Фундамеятальная дозиметриче- рованная = 10-2 Гр ская величина Доза} Эклизалентная доза МН — мера био- бэр логическоте эффекта облучения в (бноло- 1 Зв = { Гр зависимости от вида ИИ. Произве- 39 — тяческий И’ = 100 бэр; дение поглощенной дозы данното аиверт ЭКВИЗа - 4 бар = { рад вида излучения на соответствующий лент И = 10 738 взнетивающий коэффициент рада) Зкрфективная эквизалентная до- за Ё — мера риска возникновения отдалеиных последствий облучения < учетом радночувствительности различных органов. Сумма произие- Зв бэр 1 Зв = 100 6зр дений эквивалентной дозы в органе на соответствующий извептизающий коэффациент для органа (ткани} Мощность дозы -- лриращение дозы | За единицу времени {ноглощенной, эквивалентной, эф- могут приниматься фектявной эквивалентной) за нн- секуяла, час, сутки, тервал времени к этому интервалу год: Грич; Зв/ч: рал/с ит. л. Нримечания: В практике дознметрических измерений могут также онроко использо- ваться: 4} эффективная коллективная, полувековая и Друтие дозы; 2} десятичные кратные и дольные части указанных елннии — дека, гекто, кило, мега, деци, санти, милли, микро ит. п.; 3} активность — удельная (Бк/кг), объемная (мкНи/л), поперх- ностная (мкКи/см”} ит. д. 268 БЕЗОНАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ Различают естественные и созданные человеком источники излу- чения. Основную часть облучения население Земли получает от естест- венных источников. Естественные (природные) источники Космиче- ского и земного происхождения создают естественный радиационный фон {ЕРФ. Натерритории Росени естественный фон создает мощность экспозиционной дозы порядка 40...200 мбэр/год. Излучение, обуслов- ленное рассеянными в биосфере искусственными раднонуклидами, по- рождает искусственный радиационный фок (ИРФ), который в настоя- щеа время в целом по земному шару добавляет к ЕРФ лицу 1...5%. Сочетание ЕРФ и ИРФ образует радиационный фон, который воз- кеиствует на все население земного шара, имея относительно постоян- ный уровень. Космические лучи представляют поток протонов и ©- частиц, при- ходящих на Землю из мирового пространства. К естественным источ- никам земного происхождения относится излучение радиоактивных веществ, содержащихся в породах, почие, строительных материалах, воздухе, воде. По отвошению к человеку источники облучения могут находиться вне организма и облучать его снаружи. В этом случае говорят © внешг- нем облучении. Радиоактивные вещества могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пищ, 6 воде и Попасть внутрь организма. Это будет внутреннее облучение. Средняя эффективная эквизалентная доза, получаемая человеком отвнешиего облучения за год от космических лучей, составллот0,3 мЗв, отисточников земного происхождения — 0,35 м3Зв. В среднем пример- но2/з эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получавт от естественных источников радиации, поступает от радио- активных веществ, попавших в организм с пищей, водой, воздухом. Наиболее весомый из всех естественных источников радиации — это невидимый, не имеющий вкуса и запаха газ радон (в 7,5 раза тяжелее воздуха). Радон и продукты его распада ответственны примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источнаков, и примерно за половину этой лозы от всех источников радиации. В здания радон поступает с при- родным газом (3 кЕк/сут), с водой (4 кБк/сут). с наружным воздухом (10 кБк/сут), яз стройматериалов и грунта под зданием {60 кБк/сут). За последние десятилетия человек созцал более тысячи искусет- венных радионуклидов и научился применять их в различных целях. Значения ивдивидуальных 403, получаемых людьми от искусствен- ных источников, сильно различаются. РАЗДЕЛ 2. ЧЕЛОВЕК В МИРЕ ОПАСНОСТЕЙ 289 ИЗМЕРЕНИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ Необходимо помнить, что не существует универсальных методов и приборов, праменимых для любых условий. Каждый метод и прибор имеют свою область применения. Игнорирозание этих замечаний мо- жет привести к грубым ошибкам. В радиационной безопасности используют радиометры, дозимет- ры и спектрометры. Раднометры — это приборы, предназначенные для опрецеления количества радиоактивных веществ (радионуклидов) или потока из- лучения, например газоразрядные счетчики (Гейгера - Мюллера). Дозиметры — это приборы для измерения мощности экспозици- онной или поглощенной дозы. Спектрометры служат для регистрации и анализа энергетического спектра и идентификации на этой основе излучающих радионуклидов. Принцип действия любого прибора, нредназначенного для реги- страции проникающих излучения, состоит в измерении эффектов, воз- никающих в процессе взаимодействия излучения с веществом, Наиболее распространенным является хонизационный метод ре- гистрации, основанный на измерении непосредственного эффекта ззаимодействия излучения с веществом, то есть степени ионизации среды, через которую прошло излучение. Для измерений применяют нонизационные камеры или счетчики, служащие датчиком, и региетрирующие схемы, содержалкие чувстви- тельные элементы. Ионизациовная камера (рис. 7.14} представляет собой конденсатор, состоящий из двух электродов Ги 2, между которыми находится газ. Электрическое поле между электродами создается от внешнего ис- тозника 4. При отсутствии радиоактивного источника 5 ионизация в камере не происходит, и стрелка измерительного прибора показывает /^ на нуль. Поддействием понизирую- Ай щего излучения в газе камеры воз- 2 1 никают положительные и отрица- 5 з тельные ионы. Под действием элек- ны трического поля отрицательные +. Г ионы движутся к положительному и заряженному электроду, положи- + н- тельные в отрицательно заряжен- АТ . ному электроду. В цепи возвикает < ет ток, который регистрируется изме- Нонизационная камера рительным прибором 3. Ионизаци- 270 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕЛЕЯТЕЛЬНОСТИ онные каморы обычно работают в режиме тока насыщения, при кото- ром каждый акт понизации дает составляющую тока. Но току насы- щения определяются интенсивность излучения и количество данного радиоактивного вещества. Сцинтилляционньй метод регистрации излучений основан на из- мерении интенсивности световых эспышек, возникающих в люминес- цирующих веществах при прохождении через них ионизирующих из- лучений. Для регистрации световых вспышек используют фотоэлек- тронный умножитель (ФЭУ) в регистрирующей электронной схемой. Вещества, испускающие свет под воздействием ионизирующего излу- чения, называются сцинтилляторами (фосфор, флуоры, люминофоры). ФЭУ позволяет преобразовывать слабые вопышки от сцинтилля- тора в достаточно большие электрические импульсы, которые можно зарегистрировать обычной несложной электронной аппаратурой. Сцинтилляционные счетчики можно применять для измерения чис- па заряженных частиц, гамма-квантов, быстрых и медленных нейтро- нов; для измерения мощности дозы от бета-, гамма- и нентронного из- лучений; для исследования спектров гамма- и нейтронного излучений. Сцинтилляционный метод имеет ряд праимуществ перад другими методами, прежде всего это высокая эффективность измерения прони- кающих излучений, малое время высвечивания сцинтчлляторов, что позволяет производить измерения с короткоживущими изотопами. С помощью фотографического метода были получены первые све- дения об ионизирующих излучениях радиовктивеых вещестя. При воздействии излучения на фотографическую пленку или пластинку в результате ионизации в фотоэыульсии происходят фотохимическио процессят, вследствие которых после проявления выделяется метал- лическое серебро в тех местах, где произошло поглощение излучения. Способность фотоэмульсии регистрировать излучение, преобразонан- ное различными фильтрами, позволяет получить подробные сведения с количестве измеряемого излучения. Химически обработанная пленка имеет прозрачные и почерневшие места, которые соответствуют нозасвеченным и засвеченным участкам фотоэмульсии. Используя этот эффект для дозиметрии, можно устано- вить связь между степенью почернения пленки и поглощенной дозой. В настоящее времн этот метод используется лишь для индивндуя8льного контроля дозы рентгеновского, гамма-, бета- и нейтронного излучений. Описанные выше методы регистрации излучений весьма чувстви- тельцы и непригодны для измерения больших доз. Наиболее удобными. пля этих Целей оказались различные химические системы, в которых Под воздействием излучения происходят те или иные изменения, |