
- •Введение в теорию переноса и физику защиты от ионизирующих излучений
- •Содержание
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Виды ионизирующих излучений
- •2.1.2. Токовые характеристики полей излучений.
- •Глава 3. Взаимодействие излучений с веществом
- •§ 3.1. Типы взаимодействий излучений с веществом.
- •3.1.1. Поглощение.
- •3.1.2. Ионизация и возбуждение.
- •3.1.3. Рассеяние.
- •3.1.4. Ядерные реакции.
- •§ 3.2. Эффективные поперечные сечения взаимодействия.
- •3.2.1.Микроскопические и макроскопические эффективные поперечные сечения взаимодействия.
- •3.2.2. Дифференциальные и интегральные эффективные поперечные сечения взаимодействия
- •§ 3.3. Взаимодействия фотонов с веществом.
- •5. Образование фотонейтронов.
- •3.3.1. Фотоэлектрическое поглощение.
- •3.3.2. Комптоновское рассеяние.
- •3.3.3.Процесс образования электрон-позитронных пар.
- •3.3.4. Характеристическое излучение.
- •3.3.5. Когерентное рассеяние.
- •3.3.6.Аннигиляционное излучение.
- •3.3.7. Тормозное излучение.
- •3.3.8. Образование фотонейтронов.
- •3.3.9. Макроскопичекие эффективные поперечные сечения взаимодействия фотонов с веществом.
- •§ 3.4. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •3.4.1. Качественная картина взаимодействия нейтронов.
- •3.4.2. Формула Брейта-Вигнера
- •3.4.3. Радиационный захват.
- •3.4.4. Упругое рассеяние.
- •3.4.5. Неупругое рассеяние.
- •3.4.6. Кинематика рассеяния нейтронов
- •3.4.7. Специфика рассеяния тепловых нейтронов
- •3.4.8. Дифференциальные микроскопические поперечные сечения рассеяния
- •3.4.9. Ядерные реакции.
- •3.4.10. Полные эффективные микроскопические поперечные сечения взаимодействия нейтронов с веществом.
- •§ 3.5. Взаимодействия заряженных частиц с веществом.
- •3.5.1.Взаимодействия тяжелых заряженных частиц с веществом.
- •3.5.2. Взаимодействия электронов с веществом.
- •Глава 4. Дозовые характеристики полей излучений.
- •§ 4.1. Основные базисные дозовые характеристики полей излучений
- •4.1.1 Поглощенная доза
- •4.1.2.Керма.
- •4.1.3. Эквивалентная доза.
- •4.1.4. Эффективная доза.
- •4.1.5. Ожидаемая эффективная (эквивалентная) доза.
- •4.1.6. Доза эффективная (эквивалентная) годовая
- •4.1.7. Коллективная эффективная доза
- •4.1.8.Предотвращаемая эффективная доза
- •§ 4.2. Фантомные дозовые характеристики полей излучений
- •4.2.1. Показатель эквивалентной дозы.
- •4.2.2. Амбиентная эквивалентная доза.
- •§ 4.3. Связь между дифференциальными и дозовыми характеристиками полей излучений при внешнем облучении.
- •4.3.1. Фотонное излучение.
- •4.3.2.Заряженные частицы.
- •4.3.3.Нейтроны.
- •§ 4.4. Удельные дозиметрические характеристики полей излучений при внешнем облучении.
- •§ 4.5. Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей излучений при внутреннем облучении.
- •4.5.1. Однокамерная модель оценки дозы.
- •4.5.2. Многокамерные модели оценки дозы.
- •4.5.3. Модель «удельной активности».
- •§ 4.6. Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей фотонов при внешнем облучении.
- •Глава 5. Характеристики источников ионизирующих излучений
- •§ 5.1. Радионуклиды, как источники излучений
- •5.1.1. Активность и постоянная распада радионуклида
- •5.1.2. Схемы радиоактивных превращений
- •§ 5.2. Радионуклиды, как источники отдельных видов излучений.
- •5.2.1. Источники α-частиц.
- •5.2.2. Источники β-частиц и электронов.
- •Электронный (β-- распад):
- •5.2.3. Источники γ-излучения.
- •5.2.4. Источники нейтронов.
- •Основные характеристики (α,n)-источников нейтронов.
- •239Pu - α –Be (справа) источниками нейтронов.
- •Характеристики (γ,n)-источников нейтронов.
- •§ 5.3. Дозовые характеристики радионуклидов, как источников γ- излучения.
- •5.3.1. Керма – постоянные радионуклидов.
- •5.3.2. Керма – эквивалент радионуклидов.
- •§ 5.4. Установки для получения излучений.
- •5.4.1.Источники заряженных частиц.
- •5.4.2. Источники фотонного излучения.
- •5.4.3. Источники нейтронного излучения.
- •Значения констант формулы 5.28.
- •Доля запаздывающих нейтронов деления на 1 деление
- •Глава 6. Основные принципы нормирования и нормы радиационной безопасности.
- •§ 6.1. Биологические эффекты радиационного воздействия.
- •6.1.1. Детерминированные соматические поражения.
- •6.1.2. Стохастические соматические и генетические поражения.
- •6.1.3. Действие радиации на окружающую среду.
- •§ 6.2. Уровни фонового облучения человека.
- •6.2.1. Уровни естественного радиационного фона.
- •Концентрация естественных радионуклидов в почвах и создаваемые ими мощности поглощенной дозы на поверхности .
- •Среднемировые данные по рациону питания и скорости дыхания
- •Среднегодовые эффективные дозы радиации от различных источников естественного фона, мкЗв/год
- •6.2.2. Технологически повышенный естественный радиационный фон.
- •Концентрации естественных радионуклидов в различных строительных материалах, Бк/г и мощность поглощенной дозы в воздухе, нГр/ч х10
- •6.2.3. Искусственный радиационный фон.
- •Типичные значения эффективных доз пациентов при различных процедурах, мЗв
- •6.2.3. Дозовые нагрузки от всех источников радиационного фона.
- •§ 6.3. Принципы нормирования дозовых пределов.
- •6.3.1.Основные принципы нормирования радиационного фактора воздействия.
- •6.3.2.Концепция приемлемого риска.
- •1) Концепция нулевого риска;
- •2) Беспороговая концепция;
- •3) Концепция приемлемого риска.
- •Классификация источников риска
- •6.3.3. Экономические подходы к нормированию
- •§ 6.4 . Нормы радиационной безопасности. Основные дозовые пределы.
- •6.4.1. Пределы доз.
- •Коэффициенты риска для разных категорий облучаемых лиц, х10-5 (чел-мЗв)
- •6.4.2.Требования по ограничению облучения в условиях радиационной аварии
- •Критерии для принятия неотложных решений в начальном периоде радиационной аварии
- •6.4.3. Принципы расчетов предельно допустимых уровней и потоков ионизирующих излучений.
- •Параметры, используемые в нрб-99/2009 для оценки доз излучения.
- •Среднегодовые допустимые плотности потоков излучений для лиц из персонала при облучении, см-2 с-1
- •Значенияудельных дозовых коэффициентов, предела годового поступления с воздухом и допустимой среднегодовой объемной активности в воздухе отдельных радионуклидов для персонала.
- •6.4.4. Комбинированное воздействие излучений.
- •Рекомендуемая литература
- •Используемые константы и обозначения.
Параметры, используемые в нрб-99/2009 для оценки доз излучения.
параметр |
персонал |
население |
время облучения в течение года, час |
1700 |
8800 |
объемом вдыхаемого воздуха V, 103 м3/год |
2,4 |
1-<1 года; 1,9 - (1-2 года); 3,2 - (2-7 лет); 5,2 - (7-12 лет); 7,3-(12-17 лет); 8,1 - >17 лет |
Масса потребляемой питьевой воды М, л/год |
0 |
730 |
приведенными в § 4.3 и § 4.4 соотношениями между плотностью потока частиц данной энергии и величиной эффективной дозы.
Принимая нормируемую продолжительность работы персонала 1700 час/год, значение ПДД для персонала 20 мЗв/год, равномерное в течение указанного времени облучение, получаем величину допустимой среднегодовой мощности эффективной дозы для персонала 3,27 нЗв/с.
Пользуясь
приведенными в табл.4.3 значениями
удельных эффективных доз и подставляя
в формулу (4.24) вместо
предельно допустимую мощность эффективной
дозы, получим среднегодовую допустимую
плотность потока – ДППперс
нейтронов
и фотонов разных энергий.
Так, при облучении всего тела быстрыми нейтронами со средней энергией 2 МэВ величина ДППперс меняется примерно от 8 до 18 см-2с-1, тепловыми нейтронами от 430 до 1000 см-2с-1,, а для фотонов с энергией 1 МэВ от 730 до 1000 см-2с-1 в зависимости от углового распределения падающего на тело излучения. Учитывая неопределенность величин, обусловленную угловым распределением падающего излучения, при неясном угловом распределении для целей обеспечения радиационной безопасности необходимо использовать минимальные из полученных значений ДППперс.
Необходимо отметить, что при облучении отдельных органов (кожа, хрусталики глаз) нормируются значения эквивалентной дозы для данного органа, поэтому расчет ДППперс проводится исходя из нормируемой мощности эквивалентной дозы для этих органов. Это существенно сказывается на величинах ДППперс, что наглядно видно из представленных в табл. 6.21 данных по ДППперс для фотонов с энергией 1Мэв и электронов и β-излучения с той же энергией.
Таблица 6.21
Среднегодовые допустимые плотности потоков излучений для лиц из персонала при облучении, см-2 с-1
Вид излучения |
Все тело |
Кожа |
Хрусталики глаз |
Фотоны с Е=1 МэВ |
730 – 1010* |
15500 |
4900 - 6530 |
Электроны с Е=1 МэВ |
|
230 - 260 |
80 - 330 |
β-излучение со средней энергией 1 МэВ |
|
165 |
|
*Получено исходя из эффективной дозы
Видно, что ДППперс отличаются в разы, а для фотонов даже на порядки в зависимости от облучаемого органа.
Предельно допустимые концентрации радионуклидов в воде, воздухе и продуктах питания.
Описанные в § 4.5 подходы к расчету эффективных доз внутреннего облучения позволяют, исходя из значения ПДД и параметров табл.6.20, рассчитывать допустимые концентрации радионуклидов в элементах окружающей среды и их допустимое поступление в организм человека.
В частности, в НРБ-99/2009 приведены рассчитанные для лиц из персонала предельные годовые поступления – ПГПперс, и допустимая среднегодовая удельная активность радионуклидов в воздухе-ДОАперс
Предел годового поступления (ПГП) - уровень поступления данного радионуклида в организм в течение года, который при монофакторном (отдельный радионуклид, один из путей поступления) воздействии приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему пределу годовой дозы.
Следует отметить, что в отличие от упрощенного подхода, описанного в §4.5, для получения величин использовались более точные многокамерные модели миграции и накопления радионуклидов в отдельных органах человека при поступлении радионуклидов ингаляционным путем, частично отраженные в разделе 4.5.2 §4.5.
Расчеты выполнены для аэрозолей с логарифмически нормальным распределением частиц по активности при медианном по активности аэродинамическом диаметре 1 мкм и стандартном геометрическом отклонении, равном 2,5. В расчетах использована модель органов дыхания МКРЗ.
Химические формы радиоактивных аэрозолей и их химические соединения разделены на три типа в зависимости от скорости перехода радионуклида из легких в кровь:
- тип "М" (медленно растворимые соединения): при растворении в легких веществ, отнесенных к этому типу, наблюдается компонента активности радионуклида, поступающая в кровь со скоростью 0,0001 сут-1;
- тип "П" (соединения, растворимые с промежуточной скоростью): при растворении в легких веществ, отнесенных к этому типу, основная активность радионуклида поступает в кровь со скоростью 0,005 сут-1;
- тип "Б" (быстро растворимые соединения): при растворении в легких веществ, отнесенных к этому типу, основная активность радионуклида поступает в кровь со скоростью 100 сут-1.
Для целей нормирования поступления радионуклидов через органы дыхания в форме радиоактивных газов выделены типы "Г" (Г1-Г3) газов и паров соединений некоторых элементов.
В основу расчетов величин ПГПперс, и ДОАперс в воздухе положены вычисленные удельные дозовые коэффициенты евозд (см. формулу (4.45)), т.е. эффективные дозы внутреннего облучения от единичного поступления радионуклидов в организм с вдыхаемым воздухом.
Как сильно сказывается тип радионуклида на рассчитанных величинах демонстрируют выборочные данные, приведенные в табл.6.22.
Разница в скорости перехода радионуклида из легких в кровь приводит к изменению ПГПперс в несколько раз, причем для быстрорастворимых аэрозолей предельное поступление выше, чем для медленнорастворимых. В значительно большей степени на рассматриваемые величины влияет форма радиоактивных газов. Здесь разница достигает порядков.
Таблица 6.22