Методические указания по рад. гигиене_2007. Исследование объектов окружающей среды. Приборы для определения объемной и удельной активности объектов окружающей среды. Радиометрия
 Скачать 7.3 Mb.
|
ВВЕДЕНИЕРадиоактивность – не новое, созданное человеком явление, а естественный атрибут материи. Естественные радионуклиды вошли в состав Земли с начала ее образования и распространены в литосфере, гидросфере и атмосфере. Даже все живые организмы содержат радиоактивные вещества в небольших количествах. Излучения от естественных радионуклидов не оказывают заметного влияния на существование организмов, если пренебречь возможными генетическими последствиями их облучения малыми дозами. Однако радиационная обстановка в биосфере в последние 50-60 лет существенно изменилась в результате глобальных выпадений после ядерных испытаний, ядерных взрывов в мирных целях и крупномасштабных аварий на предприятиях ядерного топливного цикла (НПО «Маяк», Чернобыльская АЭС и др.). Все это накладывается на естественный радиационный фон. С момента открытия радиоактивности радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений находят все более широкое применение во всех отраслях промышленности, науки, здравоохранения, что потребовало законодательного регулирования их применения. В связи с этим в нашей стране приняты Федеральные законы «О радиационной безопасности населения» и «Об использовании атомной энергии», которые определяют правовые основы обеспечения радиационной безопасности. Указанные законы создали основу для перехода на новую стратегию обеспечения радиационной безопасности, которая включает ограничение облучения населения от всех источников – техногенных, естественных и медицинских. В развитие данных законов с учетом мировой практики разработаны и утверждены «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП 2.6.1.758-99», регламентирующие требования законов в форме основного дозового предела, допустимых и контрольных уровней воздействия ионизирующих излучений и других требований по ограничению облучения человека. Пути обеспечения радиационной безопасности представлены в «Основных санитарных правилах обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРБ-99) СП 2.6.1.799-99. Настоящее учебное пособие предназначено для студентов медико-профилактического факультета и посвящено вопросам радиационной безопасности и защите населения и окружающей среды. Учебное пособие знакомит студентов с основами ядерной физики, свойствами ионизирующих излучений, принципами защиты персонала и населения от техногенных источников и при медицинских диагностических исследованиях, биологическим действием, нормированием и ограничением облучения персонала и населения при нормальной эксплуатации техногенных источников и в условиях радиационной аварии, а также дает сведения о природном радиационном фоне и методах его измерения. В пособии изложены методы исследования объектов окружающей среды, обращения с радиоактивными отходами. В связи с введением Постановлением Правительства №93 от 28.01.97 г. ежегодной радиационно-гигиенической паспортизации организаций, использующих источники ионизирующих излучений, и территорий, особое внимание в пособии уделено расчету годовых индивидуальных эффективных и коллективных доз внешнего и внутреннего облучения персонала и населения за счет глобальных выпадений, радиоактивных загрязнений, природных источников и медицинских диагностических процедур, с последующим расчетом коллективного и индивидуального рисков возникновения стохастических эффектов. Надеемся, что данное учебное пособие будет способствовать лучшему усвоению студентами изучаемого курса. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ГИГИЕНЫ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
Радиоактивность - самопроизвольное превращение ядер атомов, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений. Различают следующие виды радиоактивных превращений: 1. Альфа-распад. Характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами (стоящих после свинца в ПСЭ Менделеева) и, соответственно, с малыми энергиями связи частиц ядра. Альфа-распад приводит к уменьшению порядкового номера радионуклида на 2 единицы и массового числа на 4. При распаде могут возникать возбужденные ядра, которые, переходя в основное состояние, испускают гамма-кванты. 2. Электронный бета-распад. Характерен как для естественных, так и для искусственных радиоактивных элементов. При этом виде распада ядро испускает электрон, в результате заряд его увеличивается на единицу при неизменном массовом числе. Ядра возникших атомов могут находиться в возбужденном состоянии, переход их в невозбужденное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов. 3. Позитронный бета-распад. Наблюдается у некоторых искусственных радиоизотопов. При этом порядковый номер атома уменьшается на единицу, а масса не изменяется. 4. К-захват (захват орбитального электрона ядром) - ядро захватывает электрон с К-оболочки и имеет место такое же превращение ядра, как и при позитронном бета-распаде. Из ядра при К-захвате выбрасывается нейтрино и имеет место характеристическое рентгеновское излучение. 5. Самопроизвольное деление ядер. Наблюдается у радиоактивных элементов с большим атомным номером (уран-235, плутоний) при захвате их ядрами медленных нейтронов. При делении образуется пара осколков с выбросом нейтронов. Осколки, как правило, ядра элементов средних массовых чисел, которые претерпевают несколько последовательных бета-распадов. Количественной характеристикой радиоактивности является АКТИВНОСТЬ, единицей измерения которой принят беккерель (Бк). Беккерель соответствует активности, равной одному ядерному превращению в секунду. Специальной (внесистемной) единицей является кюри (Ки). 1 Ки соответствует такое количество препарата, в котором за 1 сек происходит 3,7×1010 ядерных превращений, т.е. 1Ки=3,7×1010 Бк. Кюри – очень большая величина. В практической работе используют производные единицы: милликюри (мКи), микрокюри (мкКи): 1 Kи = 3,7×1010 расп./с = 2,22×1012 расп./мин: 1 мКи = 10-3 Ки = 3,7×107 pacп./c = 2,22×109 расп./мин: 1 мкКи = 10-6 Ки = 3,7×104 расп./с = 2,22×106 расп./мин: В качестве единицы активности веществ гамма-излучателей нередко используют миллиграмм-эквивалент радия (мг/экв), представляющий собой количество препарата, создающего такую же мощность дозы, как и 1 мг радия в тождественных условиях измерения. Закономерностью радиоактивного распада является то, что в единицу времени распадается определенная, строго постоянная доля атомов каждого радионуклида (независимо от их количества), которая и определяет его период полураспада (Т1/2) - промежуток времени, в течение которого распадается половина всех атомов данного радионуклида. Период полураспада указывает на степень устойчивости ядра атома. Единицы измерения: с, ч, день и т. д. Период полураспада и постоянная распада связаны между собой соотношением: Т1/2=0,693/λ, Чем меньше значение постоянной распада, тем больше период полураспада (распад идет медленнее) и, наоборот, чем больше значение постоянной распада, тем меньше значение периода полураспада. Следует отметить, что значения периода полураспада и постоянной распада не зависят от внешних условий и определяются лишь свойствами самого радиоактивного ядра. Естественно, каждый радиоактивный изотоп имеет свое значение периода полураспада и постоянной распада. Численные значения этих величин определяются экспериментально. T1/2 у различных элементов колеблется в значительных пределах - от долей секунды до нескольких миллионов лет. Например: 3H 12,46 года 45Са 152 дня 14С 5568 лет 60Со 5,3 года 24Na 15,1 часа 90Sr 28 лет 32P 14,3 дня 131I 8,05 дня 35S 87 дней 238U 4,5×109 лет Число ядер радиоактивного изотопа уменьшается со временем по экспоненциальному закону. Графически закон радиоактивного распада выражается экспоненциальной кривой (рис.1). С увеличением числа периодов полураспада количество нераспавшихся атомов убывает, приближаясь к нулю. Распад любого радиоактивного элемента подчиняется статистическим закономерностям и носит вероятностный характер.  Рис. 1. Экспоненциальная кривая радиоактивного распада ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 1. Корпускулярные 2. Электромагнитные (фотонные). Корпускулярное излучение - ионизирующее излучение, состоящее из частиц:
Электромагнитное (фотонное) - включает гамма- и рентгеновское излучение. Любое ионизирующее излучение характеризуется энергией E, измеряемой в электронвольтах (эВ). Электронвольт - энергия, которую приобретает электрон при ускорении в электрическом поле с разностью потенциалов в 1 вольт. Для характеристики ионизирующих излучений используются производные величины - килоэлектронвольт (КэВ, 1 КэВ = 103 эВ), мегаэлектронвольт (1 МэВ = 106 эВ). Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц (ядер атомов гелия), состоящих из 2-х протонов и 2-х нейтронов и имеющих атомную массу 4 и заряд +2. Основной источник гамма-излучения - радиоактивный альфа-распад. Известно более 200 альфа-излучателей, большинство из них - естественные радионуклиды семейства урана, радия и тория. Диапазон энергий для альфа-частиц составляет от 4 до 9 МэВ, альфа-излучение, как правило, сопровождается излучением гамма-квантов с энергией от 0,036 до 2,76 МэВ. При взаимодействии альфа-частиц с веществом их энергия расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Альфа-излучение характеризуется высокой линейной плотностью ионизации (ЛПИ) и линейной передачей энергии (ЛПЭ). ЛПИ - это число пар ионов, образующихся на единице длины пробега частиц (пар ионов/мкм). ЛПЭ - количество энергии, переданной веществу заряженной частицей на единице длины ее пробега (КэВ/мкм). Ионизирующее излучение, у которого ЛПЭ менее 10 КэВ/мкм, относится к редкоионизирующим, а более 10 КэВ/мкм – к плотноионизирующим излучениям. В среднем ЛПЭ для альфа-частиц в биологических тканях составляет 100 КэВ/мкм, что значительно выше, чем для других заряженных частиц. Поэтому альфа-излучение относится к плотноионизирующим и альфа-частица имеет незначительную проникающую способность: в воздухе - до 3 см, в мышечной ткани, воде - около 50 мкм, в костной ткани, алюминии - около. 17 мкм. Внешнее облучение альфа-частицами не представляет опасности, поскольку последние не проникают глубже отмирающих слоев кожного эпителия. Очень опасно внутреннее альфа-облучение при инкорпорировании радионуклидов. Защита при работе с альфа-излучателями должна быть направлена на исключение любой потенциальной возможности попадания радиоактивных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, пищей и водой. В отличие от альфа-излучающих радионуклидов, бета-излучатели рассеяны по всей таблице Менделеева, начиная от водорода и до трансурановых элементов. Средняя энергия бета-частиц ≤ 3 МэВ. При прохождении бета-частиц через вещество имеют место упругие и неупругие взаимодействия с атомами среды. Упругие взаимодействия заключаются в том, что сумма кинетических энергий взаимодействующих частиц после взаимодействия остается неизменной. При неупругом взаимодействии часть энергии взаимодействующих частиц передается образовавшимся свободным частицам или квантам (неупругое рассеивание, ионизация и возбуждение атомов, возбуждение ядер, тормозное излучение). По радиобиологическим характеристикам бета-излучение относится к редкоионизирующим, удельная плотность ионизации примерно в 1000 раз меньше, чем у альфа-излучения. Несмотря на это, внешнее облучение бета-частицами представляет опасность для человека. Критические органы - кожа и хрусталик глаза. Пробег бета-частиц в воздухе - до 11 м, в мышечной ткани, воде - около 17 мм, в костной ткани, алюминии - 5,5 мм. При взаимодействии бета-излучения с веществом возникает тормозное электромагнитное излучение. Выход его пропорционален атомному номеру и плотности вещества, поэтому для защиты используют вещества с малым атомным номером - алюминий, органическое стекло, воду. При высокой активности бета-источника тормозное излучение может быть настолько интенсивным, что требуется защита и от него, т.е. к легкому материалу защиты от бета-излучения необходимо добавить еще один слой из тяжелых материалов, например, свинца. Рентгеновское и гамма-излучения относятся к электромагнитным. Рентгеновское представляет собой совокупность характеристического и тормозного излучений (характеристическое излучение испускается при изменении энергетического состояния атома, тормозное - при изменении кинетической энергии заряженных частиц). Возникает в защите источников бета-излучения, рентгеновских трубках, ускорителях электронов и т.д. R-излучение получают в рентгеновской трубке при торможении электронов. Катод с нитью накала испускает электроны, которые ускоряясь в электрическом поле, тормозятся на аноде. При торможении происходит преобразование энергии, причем 98-99% ее переходит в тепловую (нагрев анода), а 1-2% преобразуется в тормозное излучение (в данном случае - рентгеновское). Мощность дозы тормозного R-излучения зависит от:
Источниками R-излучения являются все электровакуумные приборы высоких напряжений, телевизионные трубки, мониторы, усилительные лампы, приборы СВЧ-диапазона, электронно-лучевые установки для резки и сварки металлов в вакууме (неиспользуемое R-излучение), а также ускорительные устройства, работающие на тормозный пучок, микротроны, линейные ускорители и, конечно, рентгеновские трубки (используемое R-излучение). Гамма-излучение возникает при:
Принципы взаимодействия рентгеновского и гамма-излучений с веществом идентичны. Эти излучения называют косвенноионизирующими, т.к. процесс ионизации опосредован через ряд первичных эффектов, основными из которых являются: 1. Фотоэффект - вместо фотона после его взаимодействия с веществом излучается электрон (при низкой энергии (1 – 500 КэВ) кванта). Энергия падающего кванта полностью поглощается веществом, в результате появляются свободные электроны, обладающие определенной кинетической энергией, величина которой равна энергии кванта излучения за вычетом работы выхода данного электрона. Свободный электрон, ассоциируясь с нейтральным атомом, порождает отрицательный ион.  Рис. 2. Схема фотоэффекта Фотоэффект характерен только для длинноволнового рентгеновского излучения. Его вклад во взаимодействие пропорционален Z ядер атомов (Z3). 2. С повышением энергии излучения вероятность фотоэффекта очень быстро уменьшается, и для излучений с энергией около 1 МэВ, его вкладом во взаимодействие можно пренебречь; главную роль при этом играет другой способ размена энергии – эффект Комптона. |