Соотношения между единицами измерений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

___________________________________________________________

 

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ РАДИАЦИИ

Методические указания

К лабораторной работе №12

по курсу “Экология”

 

 

 

ПЕНЗА 2010

УДК 574(075)

0-62

 

В работе освещены методы современных оперативных мероприятий по определению уровня радиации на местности. рассматриваются общетеоретические вопросы физики ядра, дозы радиации и единицы измерения.

Работа направлена на повышение грамотности студентов в области радиационной защиты.

Работа подготовлена на кафедре «Экология и безопасность жизнедеятельности» и предназначена для студентов всех специальностей.

Ил.2, табл.5, библиогр. 5 назв.

Составители: И.Д. Горешник, О.Е. Безбородова

Научный редактор: Вершинин Н.Н., заведующий кафедрой «Экология и безопасность жизнедеятельности», д.т.н., профессор

Рецензент: В.В. Арбузов, профессор Российского государственного социального университета, академик МАНЭБ

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время разработаны многие перспективные направления применения атомной энергии в мирных целях. Определился обширный круг областей использования радиоактивных веществ и ионизирующих излучений. Открытие атомной энергии привело к развитию строительства атомных электростанций с использованием урана и тория. Известно свыше 900 искусственных радиоактивных изотопов, применяемых для дефектоскопии металлов и строительных материалов, при изучении структуры и износа материала, при разделении веществ и синтезе химических соединений, в аппаратах и приборах, выполняющих контрольно-сигнальные функции, в практике медицины и др

Умение пользоваться дозиметрами, оценивать измеренные величины, пользоваться нормативными документами играет большую роль в повышении безопасности человека при радиоактивном загрязнении производственной и природной среды.

Цель работы -ознакомить студентов с общими сведениями об ионизирующих излучениях, научить измерять мощность дозы облучения, пользуясь дозиметром ДБГ – 06Т; научить пользоваться нормативными документами; практическое использование результатов измерений для оценки степени радиационной опасности в реальной ситуации

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В природе есть небольшое количество химических элементов, ядра атомов которых распадаются самопроизвольно. Этот процесс сопровождается ионизирующим излучением в виде альфа (a), бета (b) и гамма (g)-излучений.

Самопроизвольный распад ядер атомов некоторых химических элементов назвали радиоактивностью, а сами элементы и их излучения - соответственно радиоактивными элементами и радиоактивными излучениями

Альфа-излучение -это поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20000 км/с. Они обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью. Пробег в воздухе не превышает 11 см. В мягких тканях человека пробег a-частиц измеряется микронами.

Бета-излучение - поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Их скорость приближается к скорости света. По сравнению с a-излучением они обладают большей проникающей способностью.

Гамма-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение. Оно обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.

Естественными радиоактивными элементами являются ряд тория, ряд урана и ряд актиния. В процессе их распада образуется целый ряд новых радиоактивных элементов, происходит испускание альфа-и бета- частиц, а также гамма-лучей. Для характеристики устойчивости ядер относительно распада пользуются понятием о периоде полураспада, равном времени, в течение которого исходное количество ядер данного вещества распадается наполовину. Период полураспада для различных радиоактивных элементов колеблется в огромных пределах: от 10⁹ лет до 10с.

Мера радиоактивности какого – либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени называется АКТИВНОСТЬЮ (А).

 

, где

 

dN – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений, происходящих за промежуток времени dt.

Единицей активности является беккерель (Бк).

Внесистемная единица активности - кюри (Ки).

Ионизирующие излучения имеют ряд общих свойств:

- способность проникать через материалы различной толщины;

- ионизировать воздух и живые клетки организмов.

 

Для оценки биологических эффектов при действии ионизирующих излучений на живые организмы принято использовать понятие ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ (D) – величины энергии ионизирующего излучения, переданной веществу

, где

de – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме;

dm – масса вещества в этом объеме.

В системе СИ за единицу поглощенной дозы принимается Грей ( Гр).1 Грей - это такая поглощенная доза, при которой 1 кг облучаемого вещества поглощает энергию в 1 Дж.

1 Гр = 1 Дж/кг.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад.

Для разных видов излучения биологический эффект, при прочих равных условиях (в т.ч. при одинаковой поглощенной дозе), оказывается различным. Основной величиной для оценки биологического действия излучения любого состава является эквивалентная доза. Эквивалентная доза - это поглощенная доза (Д) в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения (W).

 

где, D – средняя поглощенная доза в органе или ткани;

W – взвешивающий коэффициент.

 

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является Зиверт (Зв ). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада (БЭР).

Величины взвешивающих коэффициентов приведены в табл.1.

 

Таблица 1

Вид излучения	W
Рентгеновское и гамма-излучение
Бетта-излучение
Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ
Нейтроны с энергией меньше 20 КэВ
Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ

 

Последствия облучения зависят при данных условиях от органов и частей тела, подвергшихся облучению. Для учета этого фактора введено понятие ЭФФЕКТИВНОЙ ДОЗЫ (Е). Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения определенных последствий всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

, где

Н – эквивалентная доза в органе или ткани;

W – взвешивающий коэффициент.

Единицей эффективной дозы является зиверт (Зв).

Важным параметром, определяющим радиационную обстановку на территории, загрязненной гамма-излучающими радионуклидами, является ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА. Экспозиционная доза – это мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия, когда поглощенная энергия излучения в некотором объеме среды равна суммарной кинетической энергии ионизирующих частиц, образованных фотонным излучением в том же объеме среды:

В системе СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (кл/кг). Внесистемной, но широко используемой единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). Рентген – это такая доза гамма-излучения, при которой в 1см³ воздуха при нормальных физических условиях (температура воздуха равна 0⁰С, атмосферное давление равно 760 мм рт.ст.) образуется 2,08 х 10⁹ пар ионов.

Оперативный контроль радиоактивной обстановки, которая определяет опасность воздействия облучения, а также планирование мероприятий биологической защиты и ее эффективности, осуществляют по величине мощности дозы.

Мощность дозы - это доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час).

(мощность поглощенной дозы);

 

(мощность экспозиционной дозы);

 

(мощность эквивалентной дозы);

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЕДИНИЦАМИ ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 2.

Величина	Наименование и обозначение	Соотношение между единицами
Единица СИ	Внесистемная единица
Активность радионуклида в источнике	беккерель (Бк)	кюри (Ки)	1 Ки = 3,7·1010расп/с = 3,7·1010Бк 1 Бк = 1 расп/с 1 Бк = 2,7·10-11 Ки
Доза поглощенная	грей (Гр)	рад (рад)	1 рад = 1·10-2Гр 1 Гр = 1 Дж/кг 1 Гр = 100 рад
Доза эквивалентная	зиверт (Зв)	бэр (бэр)	1 бэр = 1рад = 1·10-2 Зв 1 Зв = 1 Гр = 100 бэр
Мощность эквивалентной дозы	зиверт в секунду (Зв/с)	бэр в секунду (бэр/с)	1 бэр/с = 1рад/с = 1·10-2 Зв/с 1 Зв/c = 1 Гр/c = 100 бэр/с
Доза эффективная	зиверт (Зв)	бэр (бэр)	1 бэр=1рад =1·10-2 Зв 1 Зв = 1 Гр =100бэр
Доза экспозиционная	кулон на килограмм (Кл/кг)	рентген (Р)	1 Р = 2,58·10-4Кл/кг 1 Кл/кг = 3,88·103 Р
Мощность экспозиционной дозы	ампер на килограмм (А/кг)	рентген в секунду(Р/с)	1 Р/с = 2,58·10-4А/кг 1 А/кг = 3,88·103 Р/с
Мощность поглощенной дозы	Грей в секунду (Гр/с)	Рад в секунду (рад/с)	1 Гр/с =100 рад/с 1 рад/с=0,01Гр/с

II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Биологическое действие радиоактивных излучений характеризуется ионизацией атомов и молекул организма, в результате чего происходит разрыв нормальных молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений. Это, в свою очередь, ведет к нарушению нормальных биологических процессов обмена веществ в живых клетках.

Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем облучении, так и при внутреннем облучении. Биологический эффект ионизирующих излучений зависит от величины суммарной дозы и времени воздействия излучения, от вида радиации, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма.

В случае неравномерного облучения организма человека необходимо учитывать различную радиационную чувствительность биологических тканей и органов. Условия неравномерного облучения могут возникнуть при проникновении в организм человека (или животного) иода-131. Этот радионуклид практически полностью сосредотачивается в щитовидной железе и основная дозовая нагрузка будет приходиться на этот орган. То же происходит при накоплении кальция-45, стронция-90, радона-226 - они концентрируются в минеральной части скелета и могут длительное время служить источником внутреннего облучения организма. Отсюда следует гигиеническое правило номер один - при выпадении даже слаборадиоактивных атмосферных осадков защищать свои выступающие “минеральные части скелета” - это прежде всего кости черепа, принимающие на себя основное количество осадков и при этом защищенные всего лишь тонким кожным покровом. Любой головной убор, а лучше зонт или другая защита от дождя, предохранит от ненужной дозы радиации.

Выделяют следующие виды радиационного воздействия на людей и животных:

- внешнее облучение при прохождении радиоактивного облака;

- внешнее облучение, обусловленное радиоактивным загрязнением поверхности земли, зданий, сооружений и т.д.;

- внутреннее облучение при вдыхании радиоактивных аэрозолей, продуктов деления (ингаляционная опасность);

- внутреннее облучение в результате потребления загрязненных продуктов питания и воды;

- контактное облучение при попадании радиоактивных веществ на кожные покровы и одежду.