Контроль радиационного излучения

Размещено на http://allbest.ru

Контроль радиационного излучения

1. Дозиметрические величины и единицы их измерения

Разные виды излучений при взаимодействии со средой или веществом передают определенную величину энергии, которые в свою очередь поглощают эту энергию. При этом происходит возбуждение атомов и молекул, их ионизация и даже разрушение. Чтобы определить закономерности воздействия, распространения, поглощения ионизирующих излучений и охарактеризовать интенсивность их воздействия введены: понятие доза облучения и ее дозиметрические величины.

Дозой облучения называется часть энергии радиационного излучения, которая расходуется на ионизацию и возбуждение атомов и молекул любого облученного объекта.

Дозиметрической величиной, которая используется для характеристики воздействия рентгеновского и -излучения на среду служит экспозиционная доза. Она отражает способность данного вида излучений создавать в веществе заряженные частицы. Единицей измерения экспозиционной дозы в Международной системе единиц измерения (СИ) является Кулон/кг (Кл/кг), внесистемной единицей - Рентген (Р). На практике используются дробные доли рентгена: мР (миллирентген); мкР (микрорентген).

Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1 г, то есть активностью в 1 Ки.

1 Кл/кг = 3876 Р;

1 Р = 2,58 ·10Ї⁴ Кл/кг

Необходимо учитывать, что любая доза накапливается во времени и эффект радиационного воздействия определяется не только общей дозой, но и временем за которое она получится. Поэтому введено понятие мощность дозы. Мощность экспозиционной дозы - экспозиционная доза отнесенная к единице времени: Р/час, мР/час, мкР/час и т.д. Единицей измерения мощности экспозиционной дозы в системе СИ является А/кг (ампер на кг). Мощность дозы, измеренную на высоте 70-100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации. Экспозиционная доза измеряется дозиметром.

Количественную оценку действия, производимого ионизирующим излучением в облученном веществе, дает поглощенная доза. Поглощенная доза - количество энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в пересчете на единицу массы любого вещества.

За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принимают Джоуль на килограмм (Дж/кг), т.е. в 1 кг массы облучаемого вещества поглощается 1 Дж энергии излучения. Эта единица имеет специальное название - грей (Гр). Внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является рад. Рад - единица поглощенной дозы ионизирующего излучения, при которой веществом массой 1г поглощается энергия излучения в 100 эрг.

1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад

Используются такие значения единиц, как мГр, мкГр, мрад, мкрад и др. Мощность поглощенной дозы - поглощенная доза, полученная за единицу времени. Единицы измерения мощности поглощенной дозы: рад/с, Гр/с, рад/ч, Гр/ч и т.д.

Установлено, что при одной и той же поглощенной дозе различные виды излучений оказывают неодинаковые биологические эффекты. Объясняется это специфической ионизирующей способностью отдельных ионизирующих излучений. Особенности повреждающего действия ионизирующих излучений на организм человека позволяет учитывать эквивалентная доза.

Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент качества данного вида излучения.

Коэффициент качества излучения (или весовой множитель W_R ) учитывает относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов. В НРБ-2000 приведены следующие взвешивающие коэффициенты (коэффициенты качества) для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы:

· Фотоны, электроны и мюоны любых энергий1

· Нейтроны с энергией менее 10 кэВ5

· Нейтроны с энергией более 20 МэВ5

· Протоны с энергией более 2 МэВ5

· Нейтроны с энергией от 10 до 100 кэВ10

· Нейтроны с энергией от 2 до 10 МэВ10

· Нейтроны с энергией от 100 кэВ до 2 МэВ20

· Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра20

Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является Зиверт (Зв).

1 Зв = Дж/кг. Зиверт - единица эквивалентной дозы излучения любой природы в биологической ткани, которая создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского излучения с энергией фотонов 200 кэВ. Используются также производные единицы: мкЗв, мЗв. Внесистемная единица измерения эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рада).

1Зв = 100 бэр

1Зв = 1 Гр/ W_R

Эквивалентная доза в 1 Зв реализуется при поглощенной дозе в 1 Гр при W_R =1. Мощность эквивалентной дозы - отношение эквивалентной дозы к единице времени (Зв/с, мЗв/с, мкЗв/час и т.д.). Допустимая среднегодовая мощность эквивалентной дозы при облучении всего тела при 36-часовой рабочей неделе равна 28 мкЗв\час, естественный радиационный фон создает мощность эквивалентной дозы в пределах 0,05-0,2 мкЗв/час (по данным МКРЕ - Международной комиссии по радиологическим единицам и измерениям). Эквивалентная доза используется для оценки последствий облучения только малыми дозами, ее нельзя измерить, а можно только рассчитать.

Эквивалентная доза рассчитывается при равномерном облучении тела человека для «средней» ткани. Но дозы определяют и для отдельных органов при неравномерном облучении. В данном случае учитывают разную радиочувствительность органов и тканей и используют для этих целей эффективную дозу.

Эффективная доза является мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека, или отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она равна произведению эквивалентной дозы на соответствующий взвешивающий коэффициент W_T для данного органа или ткани. МКРЗ (Международная комиссия по радиационной защите) приняты следующие значения W_T (табл.1.).

Таблица 1.

Величины взвешивающих коэффициентов

Взвешивающий коэффициент характеризует отношение стохастического риска поражения какого-либо органа или ткани к риску поражения всего организма при равномерном облучении всего тела. Риск поражения всего организма принимают равным 1. Остальные органы включают: надпочечники, головной мозг, экстраторакальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу, матку.

Единицами измерения эффективной дозы являются Зиверт (Зв) и бэр.

Приведем и некоторые другие дозиметрические величины, используемые для расчета дозы облучения. Ожидаемая эквивалентная или эффективная доза предполагает определение дозовой нагрузки за некоторый период времени (например, за 70 лет). Эта доза позволяет оценить вероятность последствий облучения и принять соответствующие защитные меры. Измеряется данная доза в Зивертах (Зв).

Коллективная эффективная доза - это эффективная доза, полученная группой людей (облученной популяцией) от какого-либо радиоактивного источника. Измеряется она в человеко-Зивертах (чел.-Зв) и человеко-бэрах (чел.-бэр).

Коллективную эффективную дозу можно рассчитать для отдельной местности и таким образом оценить масштабы радиационного поражения и отдаленные последствия облучения населения.

2. Основные методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений. Классификация приборов радиационного контроля

Для того чтобы обнаружить и измерить ионизирующие излучения, их количественно и качественно охарактеризовать, используются специальные приборы радиационной разведки, контроля полученных доз облучения и степени загрязнения окружающей среды, продуктов питания, различных поверхностей и т.д.

Несмотря на различное назначение, все приборы, предназначенные для данных целей, устроены, в основном, одинаково. В каждом приборе первичный измерительный акт обусловлен взаимодействием ионизирующих излучений с веществом детектора измерительного прибора.

Детектирование радиоактивных излучений основано на регистрации эффектов, которые они вызывают при прохождении через вещество, на способности этих излучений ионизировать среду, в которой они распространяются.

В зависимости от природы регистрируемого явления, происходящего в среде под влиянием ионизирующих излучений различают следующие методы обнаружения и измерения параметров ионизирующих излучений.

Ионизационный метод. Под действием излучения в газах и воздухе в результате ионизации образуются электроны и ионы. Если ионизация газа происходит в слое газа между двумя электродами, которые имеют разные потенциалы, то ионы и электроны будут двигаться к соответствующим электродам и в цепи возникнет электрический ток.

По величине этого тока можно судить об интенсивности ионизационного эффекта (ионизационные камеры, пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера). Счетчики Гейгера-Мюллера применяются для регистрации всех видов излучений, но чаще для регистрации электронов. Гамма-кванты по причине их малой ионизирующей способности обычно не регистрируются (регистрируется один из 100).

Сцинтилляционный метод. Некоторые вещества под действием излучений могут излучать свет в видимом диапазоне (светиться) вследствие перехода атомов или молекул из возбужденного состояния в основное. Эта энергия в виде вспышек света получила название сцинтилляций, которые могут быть зарегистрированы различными способами. Например, наблюдением или с помощью фотоэлектронных умножителей энергия этих световых вспышек через процессы фотоэффекта превращается в импульсы электрического тока. По их количеству судят об интенсивности ионизирующих излучений. В основе сцинтилляционного метода лежит явление люминесценции (холодного свечения вещества), которое вызвано ионизацией и возбуждением атомов, когда электроны переходят на более высокие энергетические уровни и через некоторое время возвращаются в основное состояние. ионизирующий радиационный контроль

Химический метод. Поглощение энергии веществом может вызывать различные химические реакции, при которых происходят определенные изменения в самих веществах. 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 химические вещества, которые могут давать цветную реакцию с красителем. По величине интенсивности, например, окраски судят о количестве поглощенной энергии излучения. С помощью этого метода измеряется доза гамма - и нейтронного излучения. Дозы измеряются в пределах 10-100 Р и выше.

Фотографический метод. Фотографические детекторы основаны на свойстве ионизирующих излучений воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету.

Для данных целей применяют рентгеновские пленки, представляющие собой чувствительную эмульсию, нанесенную с одной или двух сторон на целлулоидную подложку. В состав эмульсии входит бромистое или хлористое серебро, равномерно распределенное в слое желатина.

Под действием ионизирующих излучений бромид серебра распадается на бром и серебро. Образовавшиеся кристаллы серебра при проявлении фотопластинки вызывают ее почернение. Интенсивность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения (поглощенной дозе). Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу излучения (экспозиционную или поглощенную).

Установлено, что детектирование -излучений является наиболее простым. Измерение и контроль - и б - излучений имеет определенные сложности, которые заключаются в том, что радиоактивность указанные источников можно определить только с поверхностного слоя образца. Точное измерение активности - и -излучений требует радиохимического выделения радиоактивных элементов.

Основной задачей дозиметрии является обнаружение и оценка степени опасности ионизирующих излучений для населения в различных условиях радиационной обстановки. С помощью приборов радиационного контроля можно: обнаружить и измерить мощность экспозиционной и поглощенной дозы излучения; измерить активность радиоактивных веществ, плотность потока излучений, измерить удельную, объемную, поверхностную активность различных объектов; провести лабораторное измерение степени загрязнения радиоактивными веществами продуктов питания, воды и т.д.

Классификация проборов радиационного контроля осуществляется по их назначению, типу датчиков, измерению вида излучения, характеру электрических сигналов, преобразуемых схемой прибора. Почти все современные дозиметрические приборы работают на основе ионизационного метода. Основными составляющими приборов являются детекторы излучений, служащие для обнаружения излучений; электрическая схема преобразования импульсов; измерительные или регистрирующие устройства; источники тока. По функциональному назначению приборы подразделяются на индикаторы, радиометры, рентгенометры, дозиметры, спектрометры. Датчиками являются газоразрядный и сцинтилляционный счетчики. Измеряют - и - излучения и небольшие уровни - излучений. Для более точных измерений имеются стационарные радиометры.

Индикаторы - простейшие приборы, при помощи которых обнаруживается ионизирующее излучение и производится ориентировочная оценка мощности дозы, главным образом, - и - излучений. Датчиком у них служат газоразрядные счетчики. Приборы имеют, как правило, световую или звуковую индикации. С их помощью можно установить возрастание или уменьшение мощности дозы излучения.

Дозиметры - предназначены для определения суммарной дозы облучения и мощности экспозиционной дозы. В качестве детекторов используются ионизационные камеры, газоразрядные счетчики, сцинтилляционные счетчики и др. (например, ДКС-АТ5350, рис. 1.; ДКС - АТ3509, рис. 2.). Промышленность выпускает так называемые бытовые (карманные) дозиметры, предназначенные для измерения экспозиционной дозы в воздухе. В основном их используют в загрязненных районах для контроля уровня - фона.

Рис. 1. Универсальный высокоточный широкодиапазонный дозиметр рентгеновского и гамма-излучения

Представленный на рисунке прибор используется в области лучевой терапии, клинической дозиметрии, радиационной защиты, метрологии ионизирующих излучений, а также для физических исследований.

Рис.2. Индивидуальный дозиметр

Данный прибор применяется в рентгенологии, радиотерапии, ядерной медицине, ядерных исследованиях. С его помощью можно проводить одновременное измерение дозовых нагрузок на внутренние органы, кожные покровы и слизистые оболочки.

Рентгенометры - приборы, предназначенные для измерения мощности дозы рентгеновского или - излучений. Детекторами в них являются ионизационные камеры или газоразрядные счетчики. Диапазон измерений - от сотых долей рентгена до нескольких сот рентген в час (Р/ч).

Радиометры - используются для измерения активности (удельной, поверхностной, объемной, радиоактивных источников. Детекторами в них служат газоразрядные или сцинтилляционные счетчики.

Спектрометры - предназначены для регистрации и анализа энергетического спектра излучения, определения типа радионуклида, контроля дозовых нагрузок при внутреннем облучении инкорпорированными радионуклидами (СКГ-АТ1316, рис. 3.;СКГ - АТ1316А, рис. 4.; МКС-АТ1315, рис. 5.). Имеются б - спектрометры, - спектрометры и - спектрометры.

Рис. 3. Спектрометр излучения человека

Рис. 4. Спектрометр излучения человека

Представленный спектрометр используется для обследования населения и персонала в период и после радиационный аварий, контроля дозовых нагрузок при внутреннем облучении инкорпорированными радионуклидами, контроля персонала, работающего в атомной промышленности или с открытыми источниками ионизирующих излучений.

Сцинтилляционный спектрометр излучения человека предназначен для оснащения лабораторий, осуществляющих контроль внутреннего облучения персонала атомных станций, предприятий, учреждений и населения, подвергающихся риску ингаляционного поступления радионуклидов при эксплуатации оборудования, обращении с радиоактивными веществами, радиационных авариях.

Рис. 5. Гамма-бета спектрометр

С помощью данного прибора осуществляется спектрометрический и радиометрический контроль содержания радионуклидов в воде, продуктах питания, сельскохозяйственном сырье, промышленных, строительных и лесоматериалах, объектах окружающей среды (почва, растительность и др.), продукции металлургической промышленности. Существуют приборы комбинированного типа, выполняющие функции двух и более приборов и предназначенные для поиска и обнаружения - источников, измерения мощности эквивалентной дозы - излучения, плотности потока б - и - частиц с загрязненных поверхностей, а также для оперативной оценки удельной активности цезия-137 в пробах окружающей среды (например, дозиметр - радиометр МКС-АТ6130, рис. 6.).

Подобного типа приборы имеют широкие исследовательские возможности и применяются в чрезвычайных ситуациях, пожарными и таможенными службами, гражданской обороной, аварийными подразделениями, используются в радиоэкологии, выявлении радиоактивного загрязнения денежных купюр, а также дозиметрического контроля на промышленных предприятиях, в медицинских и других учреждениях.

Рис.6. Малогабаритный дозиметр-радиометр (диапазон измерений 0,1 мк Зв/ч- 1Зв/ч)

Литература

1.Антоненков А.И. и др. Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях. Практикум. Мн., 2005.

2.Батян Г.М., Судник С.И., Капустина Л.Г. Радиационные поражения. Мн.: БГУ, 2005.

3.Безопасность жизнедеятельности / под ред. Л.А.Михайлова. СПб.: Питер,2007.

4.Бондарев С.В. Чрезвычайные ситуации и их характеристики /Академия управления при Президенте Республики Беларусь. Мн.: АУ, 1999.

5.Гастюшин А.В. Энциклопедия экстремальных ситуаций. М., 1994.

6.Гордейко В.А. Радиация вокруг нас. Брест: Академия, 2004.

7.Дорожко С.В., Бубнов В.П., Пустовит В.Т. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность. Часть 1. Мн.,2005.

8.Дорожко С.В., Бубнов В.П., Пустовит В.Т. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность. Часть 3. Мн.: Дикта, 2008.

9.Жалковский В.И., Ковалевич З.С. Защита населения в чрезвычайных ситуациях. Минск: ООО «Мисанта», 1998.

10.Жиглов Ю.Д. Основы медико-биологических знаний. М., 2001.

11.Залесский В.Г. Радиационная безопасность. Новополоцк: ПГУ, 2002.

12.Защита населения и объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность /Частное учреждение образования «Минский институт управления». Мн.: МИУ, 2007.

13.Защита от чрезвычайных ситуаций /Сборник методических разработок. Сост. М.А. Петров. М., 2007.

14.Кириллов В.Ф., Книжников В.А., Коренков И.П. Радиационная гигиена. М: Медицина, 1988.

15.Ковчур С.Г., Щигельский О.А., Потоцкий В.Н. Радиационная

безопасность. Витебск, 2006.

16.Нормы радиационной безопасности НРБ-2000. Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 25 января 2000 г. № 5 // Национальный реестр правовых актов Республики Беларусь. 2000. № 35. 8/3037.

17.Научное решение чернобыльских проблем / Комитет по проблемам последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС при Совете Министров Беларуси, институт радиологии. Мн.: РНИУП «Институт радиологии», 2003.

18.Николайчук Л.В., Владимиров Э.В. Противорадиационное питание. Мн.: Современное слово, 2003.

19.Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСП-2002). Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 22 февраля 2002 г. № 6 // Национальный реестр правовых актов Республики Беларусь. 2002. № 35. 8/7859.

20.Обеспечение жизнедеятельности людей в чрезвычайных ситуациях /Российский государственный педагогический университет им. А.М.Герцена. Вып.1. Чрезвычайные ситуации и их поражающие факторы. Сост.: А.Г.Аболян и др., 2004.

21.Основы радиационной безопасности /Учреждение образования «Витебская государственная академия ветеринарной медицины». Витебск, 2004.

22.Основы медицинских знаний /под ред. В.П. Сытого. Мн.: БГПУ, 2007.

Размещено на Allbest.ru