- •Основные виды загрязнений.
- •Коллективная доза облучения человека за счет различных антропогенных источников.
- •Физико-технологические основы радиационного контроля.
- •Понятие о дозах ионизирующих излучений
- •Понятие о радиационном фоне
- •Основные составляющие дозы облучения человека
- •Штатная работа ядерных станций
- •Взаимодействие излучения с веществом
- •Пробеги α-частиц
- •Пробеги β-частиц
- •Эффекты воздействия на организм
- •Трудности исследований
- •Номинальный коэффициент риска
- •Аналитическая формулировка модели риска (оон)
- •Методика для практической оценки риска
- •Методика фао для оценки индивидуального дозы для продуктов питания.
Понятие о радиационном фоне
Радиационный фон (РФ) – ионизирующее излучение от природных источников космического и земного происхождения, а так же от использования радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.
РФ воздействует на все население Земного шара.
Общий радиационный фон различают как сумму трех составляющих:
1) естественный фон (ЕРФ) – излучение, которое действует на человека на поверхности Земли от природных источников космического и земного происхождения.
2) технологически измененный естественный радиационный фон (ТИЕ РФ) - ионизирующее излучение от природных источников, претерпевши изменения в результате деятельности человека.
3) искусственный радиационный фон (ИРФ) – обусловлен радиоактивностью продуктов ядерных взрывов, отходов ядерной энергетики и ядерной промышленности.
Основные составляющие дозы облучения человека
1 класс – внешние
2 класс – внутренние
Внешние:
1. Космическая радиация на поверхности Земли:
-первичные космические лучи (тепловое излучение) n и p из космоса;
- вториное (мягкое) ē, позитроны и γ-кванты.
2. Облучение от Земли и строительных материалов- 2*108.
Внутренние:
1. Дыхание
-изотопы: Pb210, Bi, Rn, Po$
2. K40, немного γ-лучей (15*106, U238)
3. Флюорография, рентген ≈12%.
Штатная работа ядерных станций
Взаимодействие излучения с веществом
1. Взаимодействие заряженных частиц с веществом
а) потери на ионизационном возбудителе;
б) потери на тормозное излучение;
в) потери на излучение Вавилова-Черенкова:
R – глубина или проникновение
для тяжелых частиц
Формула бета-Блока
– идеальные радиационные потери ( в единицах заряда ē).
, где V- скорость света в вакууме 2,99*103
he – ρ ē в веществе (электронная плотность)
средняя потенциальная мощность: I=13,5 Эв. Z
Пробеги α-частиц
Энергия α-частиц (МЭв) |
4 |
6 |
8 |
10 |
Воздух, см |
2,5 |
4,6 |
7,4 |
10,6 |
Биологическая ткань (мкм) |
31 |
56 |
96 |
130 |
Al, мкм |
16 |
30 |
48 |
69 |
Пробеги β-частиц
Энергия (МЭв) |
0,05 |
0,5 |
5 |
50 |
500 |
воздух |
4,1 |
160 |
2*103 |
1,7*104 |
6,3*104 |
вода |
4,7*10-3 |
0,19 |
2,6 |
19 |
78 |
Al |
2*10-3 |
0,056 |
0,96 |
4,3 |
8,6 |
Pb |
5*10-4 |
0,02 |
0,30 |
1,25 |
2,5 |
Классификация n по E
E |
Тип n |
<0,05 эВ |
тепловые (5800К) |
0,05эВ-1кэВ |
медленные |
>1кэВ |
быстрые |
n+He3 → H3 +p+0,76 мэВ
n+N14 → C14 +p+0,63 мэВ
n+Li6 → H3 +α+4,76 мэВ
n+B10 → Li7 +α+2,79 мэВ
I(x)=I0e-Nσx= e-Σx
σ – полное сечение
- длина свободного пробега нейтрона в веществе.
[σ]=M2
[N]=M-3
Nσ=M-1
Σ=Nσ
Материал |
E En=4мэВ |
E En=15мэВ |
пресс (????) |
6,3 |
15,2 |
Al |
14,1 |
15,9 |
Pb |
15,0 |
15,5 |
Плотность потока n на S. R от точечного источника.
Защита от n – бетон.
Взаимодействие рентгеновского и ??? излучения с веществом
3 процесса.
Взаимодействие с телом и тканью.
h=6,6*10-34 Дж*с
c = 2,99*106 м/с
1. Фотоэффект
ρ – плотность вещества поглотителя.
2. Комптон-эффект (?????)
3. Эффект рождение пар е+, е-
Диаграмма Р. Фейнмана
для Z=5-6
h=3
Комптон-эффект (?????)
Для Z=11-12
h=2,8
Ex>>2moc2 x=βNZ2hγ
I(x)=Ioe-μx
μ=τ+σ+x
Класс |
Вид |
Облучение (Гр; Рад) |
Эффект |
простейшие |
амебы |
103; 105 |
ДЛ50 |
ракообразные |
дафнии |
65; 6500 |
ДЛ100 |
рыбы |
карась |
13-15; 1300-1500 |
ДЛ50/30 |
земноводные |
лягушки |
6-7; 600-700 |
ДЛ50/30 |
птицы |
куры |
6-8; 600-800 |
|
млекопитающие |
морские свинки |
3-3,5; 300-350 |
|
обезьяны |
4,5-5,5; 450-550 |
||
человек |
4-5; 400-500 |
Область применения радиационных технологий |
Используемые дозы облучения |
1. Уничтожение патогенов (стафилококки, сальмонеллы. В мясе, рыбе, птице. |
3-4 кГр |
2. Дезинфекция зерновых (убивает насекомых) |
1-2 кГр |
3. Очистка трав, специй и сухих овощей |
1-3 кГр |
4. Для дезинфекции медицинского инструмента |
≈10 рентген |
Облучение любого пищевого продукта в общей дозе до 10 кГр не представляет такой опасности и не несет никаких проблем в отношении пищевой ценности.
10 кГр =10
1Гр=88рентген≈100рентген
Элемент |
Заряд Z |
% отк по веществу |
|
мягкая ткань |
кость |
||
Водород |
1 |
10,2 |
6,4 |
Углерод |
6 |
12,3 |
27,8 |
Азот |
7 |
3,5 |
2,7 |
Кислород |
8 |
73 |
41 |
Na, Mg, P, S, Ca – тоже присутствуют, но их менее 1% каждого.
Ca –в костях ≈14,7%
K и Na только в мягких тканях.
Два процесса лежат в основе биологического действия излучения.
1 процесс – процесс ионизации атомов
2 процесс – процесс возбуждения атомов (под действием излучения).
Количество поглощенной энергии (доза)-мера действия.
Первые 3 фазы – быстрое изменение.
Два – медленная фаза (молекулярных химические изменения переходят в нарушение в клетках →затем нарушение в органах и в организме в целом).
Первая – физическая фаза.
Время пролета через клетку излучения ( 10-13 – 10-14 с)
Вторая – химико-физическая. Длительность 10-10 с.
Образуются свободные радикалы, которые взаимодействуют с тканью и дают начало вторичным распадам.
Третья – химическая фаза. Длительность 10-6 с. Образовавшиеся радикалы вступают в реакцию с органическими молекулами клеток, что приводит к изменению биологических свойств молекул. Эти три фазы определяют дальнейшее развитие лучевого поражения.
Четвертая – Биологическая. Химическое изменения преобразуются в клеточные изменения. Ядро клетки наиболее чувствительно к излучению +повреждается ДНК.
В результате облученная клетка либо погибает либо становится неполноценной в функциональном отношении. Это ведет к болезням. Время четвертой фазы – может растянуться на годы.
Фазы |
Физическая |
Химико-физическая |
Химическая |
Биологическая |
τ |
10-13 – 10-14 с |
10-10 с |
10-6 с |
1 суток- 50 лет |
Радиолиз
H2O +hν →H+OH+ē… →OH+OH+ +O2