Лекции по РБ. Лекция 1 основные представления о радиоактивности строение атома
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
3.7. Другие дозовые величины Ожидаемая эффективная эквивалентная доза предполагает определение дозовой нагрузки за некоторый период времени (например, за 70 лет, т.е. «доза за жизнь», или же за 10, 20 и т.д. лет). Эта доза позволяет оценить вероятность последствий и принять соответствующие защитные меры. Расчет дозы очень сложен. Он учитывает периоды полураспада отдельных радионуклидов, их долю в общей радиоактивности, способность накапливаться в организме и выводиться из организма, особенности рациона питания и загрязненность продуктов, долю внешнего облучения и множество других факторов. Измеряется ожидаемая эффективная эквивалентная доза в Зв (зивертах). Коллективная эффективная эквивалентная доза – это эффективная эквивалентная доза, полученная группой людей от какого-либо источника радиации (иначе, - это сумма индивидуальных эффективных эквивалентных доз). Измеряется доза в человеко-Зивертах (чел.-Зв), (чел.-бэр). Коллективную дозу можно рассчитать для отдельного поселка, города, области и т.д. Таким образом, коллективная доза – это объективная оценка масштаба радиационного поражения. Например, расчеты после аварии на ЧАЭС показали, что дозовая нагрузка только от радионуклида цезия-137 на население Скандинавских стран и стран центральной Европы в течение первого года после аварии составила 8 х 104чел.-Зв. Доза, полученная населением бывшего СССР, проживающим на загрязненной территории в течение года составила 2,5 х 105чел.-Зв. Коллективная доза позволяет вычислить количество не только явных, но и отдаленных последствий облучения (количество раковых и других заболеваний). Ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза - это доза, рассчитанная на определенный предстоящий период времени при условии, если какая-то группа (количество) людей продолжает жить в условиях длительного хронического (постоянного) облучения и известны закономерности изменения радиационного воздействия. Этот показатель позволяет прогнозировать риск заболеваний в такой группе людей, среднюю продолжительность жизни и т.д. Например, ожидаемая коллективная доза в результате аварии на ЧАЭС оценивается в 6,2 х 105 чел.-Зв (52% ее приходится на Европейские страны, 37% - на страны бывшего СССР, 10% - на Азию, 1% - на Африку, 0,3%- на Америку). Снижению ожидаемой коллективной дозы содействует отселение из потерпевших районов, исключение из сельхозоборота земель, на которых по пищевым цепочкам распространяется радиоактивность, дезактивация местности, контроль продуктов питания, соблюдение индивидуальных мер защиты и т.д. 3.8. Переходные коэффициенты При движении радиоактивного облака человек облучается снаружи всеми излучениями взвешенных в воздухе радиоактивных веществ, а также попавшими внутрь радионуклидами при дыхании. При проживании на загрязненной территории получаемая доза обусловлена как внешним, так и внутренним облучением. Разработаны экспериментальным путем для каждого вида радионуклидов переходные коэффициенты, взаимоувязывающие активность, мощность экспозиционной дозы, эффективную дозу. Например, для цезия установлены следующие переходные коэффициенты: 1Бк/м2 = 0,0004 мкР/час или 1 Ки/км2 = 14,8 мкР/час 1 Бк/м2 = 0,022 мкЗв/год или 1Ки/км2 = 0,80 мЗв/год. Каждый мкР/час создает дозу в 0,05 мЗв/год. Таким образом, при загрязнении цезием-137 в 5 Ки/км2 (185 кБк/м2) мощность экспозиционной дозы составляет 75 мкР/ч, внешнее облучение за год составит 4м Зв Доза внутреннего облучения зависит от рациона питания, типа почв, растительности. Для внутреннего облучения устанавливаются также соответствующие переходные коэффициенты. При потреблении в год 332 кг молока, 133 кг хлеба и круп, 37 кг овощей, 118 кг корнеплодов и фруктов, 63 кг мяса при загрязнении местности цезием-137 в 5 Ки/км2 внутреннее облучение составляет 3,35 м Зв/год. Если до аварии активность цезия-137 в молоке составляла 0,03-0,3 Бк/л, то в мае месяце 1986г на юге Гомельской области составляла 330000 Бк/л. Подсчитаем, какую эквивалентную дозу получил ребенок, выпив 2л молока с активностью йода-131 4кБк/л. Масса щитовидной железы 5г. Средняя энергия поглощенного излучения на каждый акт распада составляет 500 кэВ. В щитовидной железе накапливается 45% поступившего йода.
Годовая эквивалентная доза не должна превышать 0,1 бэр. Доза, полученная ликвидаторами составляет: 0,05 – 0,1 Зв (5 – 10 бэр) – у 30% ликвидаторов; 0,1 – 0,25 Зв (10 – 25 бэр) – у 47% ликвидаторов; 0,25 – 0,5 Зв (25 – 50 бэр) – у 7,3% ликвидаторов. Лекция № 4 МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 4.1. Общие сведения Радиоактивные излучения не воспринимаются органами чувств. Наличие радиоактивных веществ на местности нельзя обнаружить визуально (зрительно) или органолептически (с помощью других органов чувств) и поражение людей может происходить незаметно для них. Для своевременного и быстрого обнаружения радиоактивных веществ в воздухе, на местности, различных предметах и в разной среде созданы специальные приборы радиационной разведки, контроля полученных доз облучения и степени загрязнения. Работа дозиметрических приборов основана на способности излучений ионизировать вещество среды, в котором распространяется излучение. Ионизация в свою очередь является причиной некоторых физических и химических изменений в веществе, которые могут быть обнаружены и измерены. К таким изменениям относятся: увеличение электропроводимости (газов, жидкостей, твердых материалов), люминесценция (свечение) веществ, засвечивание светочувствительных материалов (фотопленок), изменение окраски, прозрачности некоторых химических растворов и др. В зависимости от природы регистрируемого физико-химического явления, происходящего в среде под влиянием ионизирующих излучений, различают ионизационный, сцинтилляционный, химический, фотографический и другие методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений. Важнейшим элементом большинства приборов, предназначенных для измерения ионизирующих излучений является детектор. Детектор – это часть (элемент) прибора применяемого для обнаружения ионизирующих излучений, измерения их энергии. К детекторам относятся ионизационные камеры, сцинтилляционные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера, фотопластинки и др. 4.2. Ионизационный метод Ионизационный метод основан на ионизации атомов и молекул, которая происходит под влиянием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме), в результате чего электропроводимость среды увеличивается, что может быть зафиксировано соответствующими электронно-техническими приспособлениями. В качестве детектора наиболее часто применяется ионизационная камера. Она состоит из двух электродов, между которыми находится газовая среда (воздух или другой газ), которые подключены к источнику питания для создания электрического поля. При отсутствии ионизирующих излучений ток в электрической цепи камеры протекать не будет, так как в ней нет свободных электронов и сопротивление ее бесконечно большое. Под действием ионизирующих излучений в газовой среде камеры образуются ионы и электроны, которые в результате разности потенциалов на электродах приобретают направленное движение к соответствующим электродам (аноду или катоду). В электрической цепи начинает протекать ток, который регистрируется измерительным приспособлением. Величина ионизационного тока пропорциональна величине излучений. Ионизационные камеры могут иметь различные форму и конструкцию. Наиболее часто применяются цилиндрические камеры (рентгенметр ДП-3Б) и плоские. В некоторых камерах используется конденсатор (конденсаторные камеры) – комплекты дозиметров ДП-24, ДП-23А, ДК-02, КИД-2 и др. Ионизационные камеры используются для измерения всех видов ядерных излучений. Малая проникающая способность альфа-частиц вынуждает использовать для их регистрации камеры с очень тонкими окнами. Пропорциональные счетчики. Под действием излучения происходит ионизация. Сила ионизационного тока начинает возрастать, поскольку ионы, образованные излучением и особенно электроны приобретают при движении к электродам ускорения, достаточные для того, чтобы самим производить ионизацию вследствие соударений с атомами газовой среды детектора. Между числом первично образованных ионов и общей суммой ионов, участвующих в создании ионизационного тока имеется строгая пропорциональность. Наличие пропорционального усиления в счетчиках позволяет определить энергию ядерных частиц и измерить их структуру. Пропорциональные счетчики в большинстве случаев используются для регистрации альфа – частиц (счетчики САТ-7, САТ-8). Счетчики наполняются смесью иона с аргоном. Газоразрядные счетчики. Ионизационные детекторы, в которых используется принцип газового усиления называются газоразрядными счетчиками. Усиление ионизационного тока происходит за счет явления ударной ионизации. Сущность ударной ионизации заключается в следующем. На электрон, образующийся в пространстве между электродами, к которым приложена большая разность потенциалов, действует сила, равная F = e·E (E – напряженность электрического поля). Под действием этой силы скорость электрона увеличивается, а следовательно, увеличивается его кинетическая энергия. На пути своего движения он сталкивается с нейтральными атомами и передает им приобретенную энергию, вызывая тем самым ионизацию. Происходит умножение начального числа ионов (лавинообразная вторичная ионизация). Движение положительных ионов и электронов к соответствующим электродам вызывает импульс тока в цепи счетчика и соответственно импульс напряжения в его электродах. Для гашения разряда внутри счетчика вводится специальные гасящие примеси (самогасящиеся счетчики). Обычно применяют пары многоатомных спиртов. После гашения разряда процесс повторяется, в счетчик проникает вторая частица ионизирующего излучения и процесс газового усиления повторяется. Счетчик Гейгера-Мюллера. Относится к газоразрядным счетчикам. Внутренний объем счетчика наполнен инертным газом при пониженном давлении. При попадании хотя бы одной ядерной частицы в счетчик происходит первичная ионизация газовой среды. Образовавшиеся положительные ионы движутся к катоду – стенке счетчика, а электроны движутся к аноду – нити. Малая площадь анода создает в области нити большую плотность силовых линий, поэтому здесь напряженность электрического поля достигает больших величин. Под влиянием высокой разности потенциалов между электродами и пониженного давления в счетчике электроны движущиеся к аноду, приобретают большие ускорения и производят ударную вторичную ионизацию. Новые образовавшиеся ионы, в свою очередь, приобретают скорость, при которой они способны вызвать ионизацию. Коэффициент газового усиления может достигать 10 8 – 1010 . Если во время быстро нарастающей ионизации в счетчик проникает следующая ядерная частица, то она не будет регистрироваться счетчиком, поскольку произведенная ею ионизация уже не изменит имеющейся картины. Для обнаружения второй ядерной частицы необходимо «погасить» процесс ионизации. В несамогасящихся счетчиках (а к ним относятся и счетчик Гайгера-Мюллера) для гашения используют радиотехническую схему (производят выбор соответствующего внешнего сопротивления, которое намного превышает внутреннее сопротивление счетчика). Такой способ гашения разряда медленный, поэтому счетчик готов к регистрации следующей частицы через время, большее нескольких миллисекунд. Время, в течение которого счетчик не может зарегистрировать попавшую в него частицу, называется мертвым временем счетчика. Мертвое время газоразрядных счетчиков составляет 10–4с Время, в течение которого счетчик способен регистрировать частицы (кванты) раздельно, характеризует его разрешающую способность. Самогасящиеся счетчики способны раздельно регистрировать до 104 имп/с. Счетчики Гейгера-Мюллера применяются для регистрации всех видов излучений, но чаще для регистрации электронов. Гамма-кванты ввиду их малой ионизирующей способности обычно не регистрируются (регистрируется один из 100). Для регистрации бета-частиц применяются счетчики СТС-5, АС-1 и др; альфа- и бета- частиц – счетчики МТС-17, СБТ-7 и др. 4.3. Сцинтилляционный метод В некоторых веществах (сцинтилляторах) под действием ионизирующих излучений происходит ионизация и возбуждение атомов. При переходе атомов из ионизированного и возбужденного состояния в основное высвечивается энергия в виде вспышек света (сцинтилляций), которая может быть зарегистрирована различными способами. Сцинтилляции могут быть зарегистрированы наблюдением или же с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) энергия света может быть переведена в электрический сигнал (импульсы электрического тока). ФЭУ совмещает свойства фотоэлемента и усилителя тока с большим коэффициентом усиления – 106-109. В основе сцинтилляционного метода лежит явление люминесценции (холодного свечения вещества), которая вызвана ионизацией и возбуждением атомов, когда входящее в их состав электроны переходят на более высокие энергетические уровни и через некоторое время возвращаются в основное состояние. По составу сцинтилляторы делят на неорганические и органические, а по агрегатному состоянию – на твердые, пластические, жидкие и газовые. Из неорганических сцинтилляторов для регистрации бета- и гамма-излучений используют йодистый натрий (калий), активированный талием – NaJ (Tl), KJ (Tl); для регистрации альфа-излучений – сернистый цинк, активированный серебром – ZnS (Ag); для регистрации гамма-излучений – йодистый цезий, активированный талием – CsJ (Tl), сернистый кадмий, активированный серебром – СdS (Ag). Применяют также в качестве сцинтилляторов йодистый литий – LiJ, вольфрамат кадмия – CdWO4, а также инертные газы: аргон (Аг), ксенон (Хе), криптон (Кч). Из органических веществ наибольшее распространение получили такие, как антрацен (С14Н10), нафталин (С10Н8), стильбен (С14Н12), пластмассы и др. От веществ, которые применяются в качестве сцинтилляторов, требуется, чтобы они давали сильные и равномерные вспышки, обладали высоким коэффициентом поглощения ионизирующих излучений, не поглощали значительно собственные излучения, имели небольшое время высвечивания. Сцинтилляционные счетчики обладают большой эффективностью счета – до 100%. С помощью сцинтилляционных счетчиков можно по числу импульсов, возникающих в них в единицу времени, определить активность источника, а по величине тока в электрической цепи – мощность доз излучения. На этом принципе основано действие индивидуальных измерителей доз – ИД-11. 4.4. Люминесцентный метод Сущность этого метода заключается в том, что в твердом теле – люминофоре – под действием ионизирующих излучений происходит накопление поглощенной энергии, которая может быть затем освобождена при дополнительном возбуждении. В зависимости от дополнительного возбуждения различают радиофотолюминесценцию и радиотермолюминесценцию. Радиофотолюминесценция. Некоторые сорта стекла (фосфатные, активированные серебром) после облучения ионизирующими излучениями становятся люминесцирующими, хотя до воздействия на них излучений такими свойствами не обладали. Свечение вызывается дополнительным воздействием на облученное стекло ультрафиолетовым светом. С помощью стекла измеряют дозы от 10-50 Р и выше. Стекло на основе лития позволяет производить измерения от 0,015 до 104 – 105 Р. В радиофотолюминесцентном дозиметре (ФЛД) в диапазоне 0,01 – 10 Гр люминесценция пропорциональна дозе, в диапазоне 300-500 Гр интенсивность ее достигает максимума. Радиотермолюмисценция. Значительный интерес представляют термолюминесцентные вещества – фтористый кальций, борат лития, плавиковый шпат, у которых после воздействия ионизирующих лучей люминесценция может быть вызвана последующим их нагреванием. Такие вещества позволяют производить измерения в пределах от 5 – 10 мР до 103 – 104 Р и более. К люминесцентным дозиметрам относятся ДПГ – 02, ДПС – 11, ИКСА и др. 4.5. Химический метод Химический метод обнаружения ионизирующих излучений основан на способности некоторых веществ в результате воздействия излучений распадаться, образуя новые химические соединения. Возбужденные атомы и молекулы диссоциируют, образуя, свободные радикалы. Образованные ионы и свободные радикалы вступают в реакции между собой или с другими атомами и молекулами, образуя новые вещества, появление и количество которых позволяет судить о наличии и количестве ионизирующих излучений. Так, хлороформ в воде при облучении распадается с образованием хлороводородной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем (бромкрезолом пурпурным), добавленным к хлороформу. По плотности (интенсивности) окрашивания судят о дозе излучения (поглощенной дозе). На этом принципе построен химический гамма-дозиметр ДП-70М. Вещества, воспринимающие энергию ионизирующих излучений и преобразующие ее в химическую энергию, могут находиться во всех трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. В качестве химических детекторов, кроме хлороформа, применяются: сульфат железа – FeSO4 (ферросульфатный детектор); ионы нитрата – NO-3 (нитратный детектор); сернокислый церий – Се (SO4)2 (цериевый детектор); детектор на основе хлорзаменяющих углеводородов – четыреххлористый углерод (ССl4). С помощью этого метода измеряется доза гамма-излучения, а также нейтронного излучения. Дозы измеряются в пределах 10-100 Р и выше (система хлороформа), а при использовании четыреххлористого углерода с этиловым спиртом – от нескольких долей Р и выше. При облучении хлороформа идут следующие реакции: СНС13 → СНС13+ + е - ; СНС13+ → СС1..3 + Н+; СНС1.3+е -→ СНС1-3; CHCl-3 + CНС12 + С1-; Н+ + С1- → НС1 В присутствии кислорода выход соляной кислоты повышается: СНС1.2 + О2 → НОС1 + СОС1 СОС1. + СНС13 → СНС12 + СОС12 СОС12 + Н2О → 2 НС1 + СО2 |