Одиниці вимірювання радіоактивних випромінювань та їх дози
Лабораторно-практичне заняття №4
Дослідження і оцінка радіоактивного забруднення об’єктів у навколишньому середовищі
Тема:Техногенні небезпеки та їх наслідки.
Мета: вивчити теоретичний матеріал теми, засвоїти методики вимірювання радіоактивного забруднення, дати відповіді на питання для контролю та самоконтролю.
Теоретичні відомості
Радіоактивне забруднення в атмосфері – це наявність радіоактивних речовин в кількостях, які перевищують рівень природного вмісту на поверхні і в об’ємах, в тілі людини, в побуті і на виробництві, в навколишньому середовищі.
З курсів хімії і фізики відомо, що на початку таблиці Менделєєва знаходяться особливо “міцні” і найбільш поширені у Всесвіті елементи, в ядрах яких число протонів дорівнює числу нейтронів (це водень, гелій, вуглець). У кінці таблиці ядра сильно збагачені нейтронами: число нейтронів в важких ядрах перевищує число протонів більш ніж в 1,5 рази. Наприклад, в ядрі урану 23892U на 92 протони приходиться 238–92=146 нейтронів. Такі ядра (нукліди) нестабільні і самочинно розпадаються з виділенням енергії. При цьому їх атомний номер і масове число змінюються. Такий процес називається радіоактивністю, а самі елементи – радіоактивними. До них відносяться уран, торій, радій, калій та інші.
Так, з атома урану-238, в ядрі якого протони і нейтрони ледве утримуються разом силами зчеплень, час від часу виривається компактна група 3 4-х частин – двох протонів і двох нейтронів (α-частинка). Уран перетворюється в торій −234, з торію-234 один з нейтронів перетворюється в протон і вилітає неспарений електрон з атома (β-випромінювання) і утворюється протантиній-234 і т. п.
|
|
|
При кожному такому акті розпаду (самочинних перетворень) вивільняється енергія, яка і передається далі у вигляді випромінювання ядром частинки, яка складається з 2-х протонів і 2-х нейтронів, − це α-випромінювання; відрив електрона, як у випадку розпаду торію-234, − це β-випромінювання. Часто нестабільний нуклід виявляється настільки збудженим, що випромінювання не призводить до повного зняття збудження, тоді він викидає порцію чистої енергії (фотон світла), яка називається γ-випромінювання (γ-квантом).
Відомо, що альфа-випромінювання (a) представляє собою потік позитивно заряджених частинок (тобто двічі іонізованих ядер гелію – іонів Не++), які рухаються із швидкістю » 20 000км/с. Вони мають дуже велику іонізуючу і малу проникну здатність. Пробіг a-частинок в повітрі не перевищує 11см, а в м’яких тканинах він вимірюється мікронами. Наприклад, листок паперу вже затримує a-промені.
a-випромінювання не представляє небезпеки до того часу, поки радіоактивні елементи, які випромінюють a-частинки, не проникнуть всередину організму через відкриту рану, з їжею або з повітрям.
|
|
|
Бета-випромінювання (b) – це потік від’ємнозаряджених частинок (електронів). Їх швидкість наближається до швидкості світла, тобто дорівнює 3×108м/с. Іонізуюча здатність їх менша ніж a-частинок, а проникна здатність висока (проникають через шар алюмінію товщиною до 0,5мм; в повітрі їх пробіг становить до декількох метрів, в тканини організму проникає на глибину 1-2см). Вплив на організм людини цього випромінювання, і відповідно захист, залежить від енергії – частинки, що випромінюється. Для різних радіонуклідів вона є різною.
Гамма-випромінювання (g) – це потік фотонів із дуже малою довжиною хвилі і, отже, з дуже великою енергією. Іонізуюча здатність низька, а проникна – перевищує проникну здатність a-, b-променів і навіть рентгенівських (проникають через товщу свинцю в декілька сантиметрів). У повітрі проникає на сотні метрів, біологічні тканини проходить наскрізь. Отже, створюється так зване іонізуюче випромінювання, яке має здатність проникати через матеріали різної товщини, а також іонізувати повітря і живі клітини організмів.
|
|
|
Іонізація – це процес утворення іонів, тобто акт розділення електрично нейтрального атому на дві протилежно заряджені частини – позитивний іон і від’ємний електрон.
Процес утворення позитивного іона полягає у вириванні електрона з електронної оболонки нейтрального атома, для чого необхідно затратити деяку енергію. Електрон, вирваний із ядра в результаті іонізації, "прилипає" до нейтрального атома чи нейтральної молекули, утворюючи негативний іон. Іони, що виникли, зникають в результаті рекомбінації – процесу з’єднання негативних та позитивних іонів, в якому утворюються нейтральні атоми або молекули.
Отже, іонізуючим називається випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення іонів різних знаків.
Джерелом іонізуючого випромінювання (ІВ) є природні та штучні радіоактивні речовини та елементи (уран, радій, цезій, стронцій та ін.). Джерела ІВ широко використовуються в атомній енергетиці, медицині (для діагностики та лікування).та в різних галузях промисловості (для дефектоскопії металів, контролю якості зварних з’єднань, боротьби з розрядами статичної електрики, пошуку корисних копалин та ін.).
Одиниці вимірювання радіоактивних випромінювань та їх дози
|
|
|
Радіоактивне випромінювання є одним із видів ІВ. Радіоактивні елементи, радіонукліди утворюють випромінювання в момент перетворення одних атомних ядер в інші. Вони характеризуються періодом напіврозпаду (П.П.) – часом, за який розпадається половина ядер даного нукліда (від секунд до млн. років). Це означає, що за два періоди залишиться чверть радіоактивних ядер, за три – одна восьма і т. д.
Іонізуюча здатність радіоактивних елементів (радіонуклідів) характеризується їх активністю (числом радіоактивних розпадів за одиницю часу). За одиницю активності радіонукліду в системі СІ прийнято одне ядерне перетворення за секунду (розп/с). Ця одиниця називається беккерелем (бк) – 1 Бк = 1 розп/с. Позасистемною одиницею вимірювання активності являється Кюрі (Кі).
Кюрі – це одиниця радіоактивності, яка визначається як кількість будь-яких радіоактивних ядер, в яких проходить 3,7×1010 (37 млрд.) розпадів за секунду.
Міра дії ІВ в будь-якому середовищі залежить від енергії випромінювання й оцінюється дозою ІВ. Доза ІВ визначається для повітря, речовини і біологічної тканини. Відповідно розрізняють дозу поглинання (поглинуту і еквівалентну) та експозиційну дозу.
І. Доза поглинання Dn визначається:
Dn = dE ∕ dm, (7.1)
де dE – середня енергія, яка передана випромінюванням речовині в деякому елементарному об’ємі, Дж;
dm – маса речовини в цьому об’ємі, кг.
Поглинута доза характеризує енергію ІВ, що поглинається одиницею маси опроміненої речовини.
За одиницю поглинутої дози випромінювання в системі СІ прийнято джоуль на кілограм (Дж/кг) – це грей. Грей – це така поглинута доза випромінювання, при якій 1 кг речовини поглинає енергію в 1 Дж (1 Гр = 1 Дж/ кг). Застосовується і позасистемна одиниця рад (1 рад = 0,01 Гр= 0,01 Дж ∕ кг).
Проте поглинута доза ІВ не враховує того, що вплив на біологічний об’єкт однієї і тієї ж дози різних видів випромінювань неоднаковий. Так, при однаковій дозі поглинання α-випромінювання значно небезпечніше ніж β- або γ- випромінювання. Щоб врахувати цей ефект, введено поняття еквівалентної дози. За одиницю вимірювання еквівалентної дози в системі СІ прийнятий зіверт (Зв). Зіверт дорівнює поглинутій дозі в 1 Дж∕кг. Позасистемною одиницею являється бер (біологічний еквівалент рада). 1 бер = 0,01 Зв. Потужність еквівалентної дози в системі СІ вимірюється в Зв ∕с, в позасистемній одиниці в бер ∕ с.
Вплив α-, β-, γ-променів на біологічні об’єкти характеризується відносною біологічною ефективністю (ВБЕ) коефіцієнтом якості опромінення – К; для α-променів Кα = 20; β-, γ-променів Кβ,γ = 1.
Коефіцієнт якості К враховує те, що при однаковій поглинутій дозі α-випромінювання значно небезпечніше (приблизно в 20 разів) ніж β- чи γ-випромінювання. Отже, еквівалентна доза Некв. визначається як добуток поглинутої дози Dn та коефіцієнта якості даного випромінювання Кя:
Некв. = Dn ∙ Кя (7.2)
У зв’язку з тим, що різні частини тіла людини (органи, тканини) мають різну чутливість до опромінення, дози опромінення слід враховувати з різними коефіцієнтами. Якщо помножити еквівалентні дози на відповідні коефіцієнти і підсумувати їх по всіх органах, матимемо ефективну еквівалентну дозу. Вона показує сумарний ефект впливу радіоактивних випромінювань для організму і вимірюється в зівертах.
Не.еф. = ∑ Некв ∙ Кчутл., (7.3)
де Не.еф. – ефективна еквівалентна доза;
Некв. – еквівалентна доза;
Кчутл. − коефіцієнт, який враховує, чутливість різних тканин до опромінювання. Ці три поняття описують тільки індивідуально одержані дози.
II. Доза опромінювання.
Для характеристики дози по ефекту іонізації, який є в повітрі, використовується так звана експозиційна доза (х) рентгенівського і g-випромінювання. Доза опромінювання – це кількість заряду, який виникає в результаті іонізації маси повітря. Доза опромінювання Do визначається:
Do = dQ ∕dm,
де dQ – повний заряд іонів одного знаку, що виникають у малому об’ємі повітря; dm – маса повітря в цьому об’ємі, кг.
За одиницю експозиційної дози в системі СІ прийнято кулон на кілограм (Кл ∕ кг) – це експозиційна доза фотонового випромінювання, при якій корпускулярна емісія в сухому атмосферному повітрі масою 1кг виробляє іони, які несуть заряд кожного знаку, рівний 1 Кл. Позасистемною одиницею являється рентген (Р).
Рентген – це доза рентгенівського або g-випромінювання, під дією якого в 1 см3 сухого повітря при нормальних умовах (t = 00С, Р = 760 мм.рт.ст.) утворюються іони, які несуть 1 електростатичну одиницю кількості електрики кожного знаку (дозі в 1 Р відповідає утворення 2,08×109 пар іонів в 1 см3 повітря). Потужність експозиційної дози в системі СІ вимірюється в кулонах на кілограм за годину; в позасистемній одиниці – в рентгенах за годину (Р/г). 1Р = = 2,58∙10-4 Кл ∕ кг.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 723; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!