ФОС - Защита от ионизирующего излучения. Элемент образовательной
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Задание 1: Введение. Основные понятия Контрольные вопросы 1. В каких областях человеческой деятельности используются ионизирующие излучения в настоящее время? 2. Почему ионизирующее излучение опасно для живых организмов? 3. На какие стадии можно разделить действие излучения на биологическую молекулу? В чем заключаются их основные особенности? 4. Что называют прямым и косвенным действием излучения на биологический объект? 5. Каков вклад косвенного действия излучения в радиационное поражение биологической ткани? 6. Что такое активность радионуклида и в чем она измеряется? Что называют постоянной распада радионуклида? 7. Напишите закон радиоактивного распада. Получите связь массы радионуклида с его активностью. Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий 8. Что называют дифференциальной плотностью потока частиц, плотностью потока частиц, флюенсом частиц? Укажите их размерности. Что такое интенсивность излучения? 9. Что называют линейной передачей энергии? В чем ее отличие от тормозной способности вещества? 10. Что такое относительная биологическая эффективность излучения? 11. Где используется взвешивающий коэффициент излучения и как он связан с ОБЭ? 12. Дайте определения поглощенной, эквивалентной, эффективной дозы, кермы и укажите их размерности. Задачи 1. Какова масса изотопа 238 92 U активностью 1 Ки? 2. Параллельный и постоянный во времени пучок частиц падает на площадь S = 10 см 2 плоской поверхности под углом 30º относительно нормали к поверхности. За время 100 с упало 10 5 частиц. Найти: флюенс частиц, плотность потока частиц и плотность тока в направлении нормали к поверхности. 3. Определить постоянную распада, период полураспада и среднее время жизни радиоактивных атомов 32 15 P , если за 3 дня его активность уменьшилась на 13,5% . 4. На сколько уменьшится за 3 часа число распадов в минуту 24 11 Na , если начальная активность равна 0,3 Ки? 5. Активность 60 27 Co с периодом полураспада 5,27 года составляет 1 ГБк. Рассчитать активность и число радиоактивных атомов этого препарата через 5 лет. 6. Определить объемную активность 40 19 K в коровьем молоке, если на 1 л молока приходится 1,4 г естественного калия, в котором содержится по массе 0,0119 % радиоактивного 40 K 7. Определить в процентах массу радиоактивных атомов 60 27 Co в металлическом кобальте активностью 74 ГБк и массой 10 г. 8. Определить флюенс фотонного излучения за время облучения 5 ч, если в начальный момент времени в точке детектирования плотность потока фотонов от источника 24 11 Na с периодом полураспада 15 ч составляла 6 2 10 1/см 2 с. 9. Оператор находится в реакторном зале в поле смешанного излучения. Мощность поглощенной дозы в биологической ткани, создаваемая быстрыми нейтронами, тепловыми нейтронами и гамма-излучением соответственно равна 0,9; 1,3; 2,1 мрад за сутки. Определить эквивалентную дозу (в мбэр, мЗв), которую он получит за неделю работы. 10. Определить эффективную дозу, которую получил пациент при обследовании, если эквивалентная доза облучения легких равна 180 мкЗв, молочной железы – 30 мкЗв, щитовидной железы – 50 мкЗв, красного костного мозга – 110 мкЗв, гонад – 10 мкЗв, поверхности костной ткани – 23 мкЗв, желудка, толстого Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий кишечника, печени, мочевого пузыря, пищевода – по 20 мкЗв. Облучением остальных органов пренебречь. 11. В кровь человека ввели раствор медицинского препарата, содержащего 24 Na активностью 2100 Бк. Активность 1 см 3 крови, взятой через 5 ч после этой процедуры, оказалась равной 0,28 Бк/см 3 . Найти объем крови пациента. Задание 4: Инженерные методы расчета защиты от первичного гамма-излучения радионуклидов Контрольные вопросы 1. Что такое защита временем, количеством, расстоянием? 2. Как рассчитать защиту с помощью слоев ослабления? 3. Что такое универсальные таблицы и как они используются для расчета защиты? 4. Как проводится расчет защиты методом конкурирующих линий? Для каких источников он применяется? Задачи 1. Рассчитать по слоям ослабления защиту из железа, ослабляющую в 50000 раз поглощенную дозу в воздухе от точечного изотропного источника с энергией 2 МэВ. 2. Рассчитать защиту из железа для помещений персонала группы Б от фотонного излучения точечного радионуклида с энергией 2 МэВ, имеющего активность 9 5 10 Бк и квантовый выход 0,6. Работа проводится на расстоянии 2 м от источника. 3. Защита из свинца толщиной 11,3 см при работе с точечным изотропным источником 60 Co обеспечивала ПДУ облучения персонала. Время работы увеличили в 4 раза, активность источника возросла в 25 раз. Найти дополнительную толщину защиты, чтобы сохранить ПДУ для персонала. 4. Определить, какой материал выгоднее применять: свинец (7,4 руб/кг) или железо (0,9 руб/кг) для защиты от фотонного излучения точечного изотропного источника 137 Cs , если он должен ослабить мощность поглощенной дозы в 2 10 4 раз? 5. В пункт, находящийся на расстоянии 175 км от завода, на автомашине транспортируется точечный изотропный источник 60 Co с активностью 70 ГБк. Источник находится в контейнере на расстоянии 60 см от экспедитора, Средняя скорость автомобиля 50 км/ч. Определить толщину стенки свинцового контейнера, если доза при перевозке не должна превышать дневной дозы для персонала группы А при шестидневной рабочей неделе. 6. Защитный вытяжной шкаф предназначен для работы с препаратами 60 Co . Определить толщину лицевой стенки из защитного свинцового стекла марки ТФ-5 ( = 4,77 г/см 3 ), обеспечивающей Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий безопасные условия работы, если необходимо в 10 3 раз снизить мощность поглощенной дозы в воздухе. Точечный изотропный источник находится на расстоянии 40 см от защитной стенки. 7. Рассчитать толщину стенки свинцового сферического контейнера для хранения в нем точечного изотропного источника 60 Co активностью 10 4 10 Бк. При нахождении источника в контейнере мощность дозы на расстоянии 0,5 м от поверхности контейнера не должна превышать ПДУ для персонала группы А. Сферическое гнездо для источника имеет диаметр 4 см и находится в центре контейнера. 8. Толщина стенки свинцового защитного домика равна 40 мм. Определить во сколько раз эта стенка снижает фон (по поглощенной дозе в воздухе) внутри домика от гамма-излучения 137 Cs , находящегося на большом расстоянии от домика, когда можно считать излучение источника плоским и мононаправленным, падающим перпендикулярно на стенку домика. 9. Методом конкурирующих линий рассчитать толщину защиты из вещества X для уменьшения мощности дозы гамма-излучения точечного изотропного источника с двумя радионуклидами (A+B) и с общим гамма-эквивалентом Y. Гамма-эквивалент радионуклида A в n раз больше, чем у радионуклида B. Защита должна обеспечить на расстоянии R от источника ПДУ для персонала (гр. А или Б). Для радионуклида со сложным спектром расчет защиты вести по средней энергии. Данные для расчета взять из табл. 1. Дается таблица начальных данных для расчета, которые индивидуальны для каждого студента. Задание 8: Защита от электронов Теория: 1. Основные процессы взаимодействия электронов с веществом. 2. Ионизационные столкновения электронов. Ионизационные потери энергии, формула Бете-Блоха, эффект плотности вещества. 3. Тормозное излучение. Аннигиляция позитронов. 4. Тормозная способность вещества. Пробеги электронов. Связь активности радионуклида с плотность потока бета-частиц. Защита от электронов и бета-частиц. Задачи 1. Определить MAX R в воздухе для -частиц с MAX E = 0,535 МэВ. 2. Рассчитать толщину стекла (SiO 2 ; = 2,5 г/см 3 ) защитных очков, используемых для поглощения - излучения при работе с 32 15 P Какие экраны, стеклянные или просвинцованные, следует применять при защите глаз от -излучения? 3. В медицине для радиационной терапии используют гамма-излучение изотопов Ba Cs 137 56 137 55 . Определить необходимую толщину фольги из алюминия для полного отсекания -излучения Cs 137 55 с MAX E = 1,2 МэВ. Найти толщину фольги для электронов с этой энергией. Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий 4. Счетчиком с толщиной входной стальной фольги 30 мг/см 2 регистрируется -излучение P 32 15 . Оценить долю частиц ( ), поглощенных в входной фольге счетчика. 5. Какой толщины следует выбрать фильтр из алюминия, чтобы снизить в 8 раз выходящее из препарата -излучение Sr 89 ? 6. Радионуклид P 32 15 активностью 10 мКи испускает -частицы с MAX E = 1,709 МэВ. Работа проводится на расстоянии 1,5 м в течение 24 час в неделю. Определить толщину экрана из железа для создания предельно допустимых условий работы. 7. Определить мощность эквивалентной дозы за барьером из Al толщиной d , если на него под углом 0 падает пучок электронов с кинетической энергией 0 T и плотностью потока 0 . Данные для расчета взять из табл. 1. Дается таблица начальных данных для расчета, которые индивидуальны для каждого студента. Задание 11: Инженерные методы защиты от нейтронов Контрольные вопросы 1. В чем заключаются особенности (этапы) расчета защиты от нейтронов? 2. Как передается энергия биологической ткани от тепловых нейтронов? 3. Как меняется процесс передачи энергии биологической ткани при переходе от тепловых нейтронов к быстрым? 4. Что называют дозой первого столкновения? 5. Как можно рассчитать ослабление моноэнергетического пучка нейтронов? 6. Что называют длиной релаксации нейтронов? Как она используется для расчета защиты от нейтронов? 7. В чем заключается идея метода сечения выведения? Как он используется в расчетах защиты от нейтронов? 8. Что называют коэффициентами накопления подпороговых нейтронов, как они зависят от характеристик вещества, что позволяют учесть? 9. Как проводится расчет защиты от смешанного нейтронного и фотонного излучения? 10. Что необходимо знать, чтобы рассчитать наведенную активность от нейтронного излучения? Запишите выражения для определения объемной и удельной активности. Задачи 1. Плотность потока быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ от точечного изотропного источника составляет 6 2 10 нейтр./(см 2 с). Следует ослабить эту плотность потока экраном из воды до ДПП. Сечения для водорода и кислорода найти в [5]. 2. За защитой из воды толщиной 75 см в бесконечной геометрии от нейтронов плоского мононаправленного источника спектра деления обеспечивается ДМД. Определить, какую толщину защиты из воды надо Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий добавить, чтобы сохранить прежнюю мощность дозы за защитой, если мощность источника возросла на порядок? Считать, что нейтроны с энергиями T > 0,33 МэВ определяют дозу за защитой. 3. В эксперименте измеряли сечение выведения нейтронов для железной пластины и точечного изотропного источника нейтронов с энергией 15 МэВ. Для этого провели 2 серии измерений: определили плотность потока тепловых нейтронов в воде ϕ 1 = 165 нейтр./(см 2 ∙с). При этом источник располагался на расстоянии 10 см от бака с водой, а детектор в воде на расстоянии 1 м от источника; определили плотность потока тепловых нейтронов 2 = 43 нейтр./(см 2 с) в воде в той же точке, но воздушный зазор между источником и водой был заполнен железной пластиной толщиной 10 см. Найти микроскопическое сечение rem для железа. 4. Точечный изотропный источник нейтронов спектра деления помещен в бак с водой. Во сколько раз уменьшится мощность дозы быстрых нейтронов, измеренная в воде на расстоянии 1,5 м от источника, если между источником и детектором (вблизи источника) ввести пластину из железа толщиной 14 см. Длина релаксации для нейтронов спектра деления в воде L = 10 см. 5. В центре бака с водой размером 2 2 2 м 3 помещен точечный изотропный источник моноэнергетических нейтронов с энергией 14 МэВ и мощностью q = 10 8 нейтр./с. Определить мощность эффективной дозы от нейтронов с T пор = 0,33 МэВ на расстоянии 45 см от источника. 6. Сферическая защита от нейтронов точечного изотропного моноэнергетического источника с E = 14,9 МэВ выполнена из железа толщиной 30 см. Как изменится вес сферической защиты, если ее изготовить из полиэтилена ( = 0,93 г/см 3 )? На выходе обеих защит одинаковая плотность потока нейтронов с E > 2 МэВ. 7. Рассчитать расстояние от точечного изотропного источника Po-α-Be мощностью 2 ⋅10 7 1/с до точки детектирования, на которое необходимо удалить источник, чтобы в точке детектирования плотность потока нейтронов при 36-часовой рабочей неделе не превышала 1/5 предельно допустимой плотность потока для персонала. Учесть, что между источником и детектором установлена защита из парафина толщиной 28,5 см. 8. Точечный изотропный моноэнергетический источник нейтронов с энергией T и мощностью q находится вплотную слева от барьера из вещества X. Найти мощность эффективной дозы от нейтронов с энергией больше T пор за барьером толщиной d, Данные для решения задачи в табл. 1. Дается таблица начальных данных для расчета, которые индивидуальны для каждого студента. 4. Самостоятельные работы Вопросы для 1-й самостоятельной работы 1. Что такое активность радионуклида и в чем она измеряется? Что называют постоянной распада радионуклида? Напишите закон радиоактивного распада. Получите связь массы радионуклида с его активностью. 2. Что называют дифференциальной плотностью потока частиц, плотностью потока частиц, флюенсом частиц? Укажите их размерности. Что такое интенсивность излучения? Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий 3. Что называют линейной передачей энергии? В чем ее отличие от тормозной способности вещества? Дайте определение поглощенной дозы, единицы измерения. 4. Что такое относительная биологическая эффективность излучения? Где используется взвешивающий коэффициент излучения и как он связан с ОБЭ? Дайте определение эквивалентной дозы, единицы измерения. 5. Дайте определения поглощенной, эквивалентной, эффективной дозы, кермы и укажите их размерности. 6. Получите связь плотности потока фотонов с мощностью поглощенной дозы в воздухе. 7. Что называют базисными и фантомными дозиметрическими величинами? Что такое стандартный фантом МКРЕ? Что такое коэффициенты перехода, зачем нужны? Вопросы для 2-й самостоятельной работы 1. Перечислить основные свойства нейтрона. Привести энергетические группы, на которые делят нейтроны по величине их кинетической энергии. 2. Каким образом взаимодействуют нейтроны с атомами вещества? В чем особенность этих взаимодействий? Что такое упругое рассеяние? Какие типы упругого рассеяния испытывают нейтроны? В чем особенность упругого рассеяния нейтронов на ядрах водорода? 3. Что такое летаргия нейтрона? Где ее используют? Перечислить основные характеристики упругого потенциального рассеяния нейтронов. В чем отличие упругого резонансного рассеяния от потенциального? Как ведет себя сечение упругого резонансного рассеяния? 4. Неупругое рассеяние нейтронов: основные закономерности процесса и отклонения от них, спектр и угловое распределение рассеянных нейтронов, зависимость сечения от энергии нейтрона. Что такое спектр испарения? 5. Радиационный захват нейтронов: как протекает реакция, соотношение с упругим рассеянием, вид сечения вблизи резонанса, зависимость сечения от энергии нейтронов и массового числа, свойства возникающего гамма–излучения. Где используется реакция радиационного захвата? 6. Описать основные особенности реакций поглощения нейтронов с вылетом заряженных частиц и нейтронов. 7. Деление ядер: причина и механизм деления, спонтанное и вынужденное деление, зависимость сечения от энергии нейтронов, характеристики вторичных продуктов, возникающих при делении. Что такое запаздывающие нейтроны? 8. Изобразить графически общую примерную зависимость всех сечений взаимодействия нейтронов с ядрами от энергии. Оценочные мероприятия Примеры типовых контрольных заданий Вопросы для 3-й самостоятельной работы 1. Какие реакции определяют формирование эквивалентной дозы от нейтронов различных энергий? 2. Как рассчитать толщину защиты с помощью метода длин релаксации? Для каких нейтронов он применим? 3. В чем заключается метод сечения выведения? Как он используется для расчета защиты от нейтронов? Для каких нейтронов и сред он применяется? Формула для гетерогенной среды. 4. Что такое коэффициент накопления подпороговых нейтронов, для чего он применяется? Как он изменяется с толщиной водородсодержащей среды и в тяжелых средах? 5. Экзамен Вопросы на экзамен: 1. На какие стадии можно разделить действие излучения на биологическую молекулу? В чем заключаются их основные особенности? Что называют прямым и косвенным действием излучения на биологический объект? Каков вклад косвенного действия излучения в радиационное поражение биологической ткани? Что называют свободными радикалами? В чем заключается радиобиологический парадокс? Какова величина смертельной дозы для млекопитающих? Почему ионизирующее излучение опасно для живых организмов? 2. Дозиметрические характеристики поля излучения: поглощенная доза, эквивалентная, эффективная, керма, их размерности. 3. Базовые дозиметрические величины. Нормируемые (защитные) дозиметрические величины. Операционные дозиметрические величины: амбиентный эквивалент дозы (определение, рисунок); индивидуальный эквивалент дозы (определение, рисунок). Соотношение между операционной и нормируемой величинами. 4. Фотоэффект: что происходит, два способа снятия возбужденного состояния, вторичные частицы, их энергетическое и угловое распределения, зависимость сечения от Z и E, график. Эффект Комптона: что происходит, диаграмма столкновения, законы сохранения энергии и импульса, вторичные частицы, их энергетическое и угловое распределение, зависимость сечения от Z и E, график сечения. 5. Эффект образования электронно-позитронных пар: что происходит, закон сохранения энергии, (следствие из него), вторичные частицы, их энергетическое и угловое распределение, зависимость сечения от Z и E, график, спектр позитронов. Судьба позитрона. Фотоядерные реакции: определение, пороговые энергии, гигантский резонанс, величина сечения, роль реакции для защиты от излучений. График полного сечения (E ) |