Прогнозируемые уровни облучения, при которых необходимо срочное вмешательство

Орган или ткань	Поглощенная доза в органе или ткани за 2 суток, Гр
Все тело	1
Легкие	6
Кожа	3
Щитовидная железа	5
Хрусталик глаза	2
Гонады	3
Плод	0,1

Закон ослабления интенсивности излучения, коэффициенты ослабления

Защита от - и β-излучений.

Геометрия широкого пучка -излучения. Фактор накопления

Расчет дозного поля от точечного -источника.

Расчет дозного поля от линейного -источника.

Метод расчета защиты от -излучения по кратности ослабления.

Защита от тормозного излучения точечного изотопного источника.

Защита от нейтронов. Ослабление плотности нейтронного потока в зависимости от толщины защиты и длины релаксации нейтронов.

Основные виды взаимодействия нейтронов с ядрами атомов

Взаимодействие нейтронов с веществом

Тканевая и эквивалентная доза нейтронов.

Тканевая доза - имеют ввиду поглощенную дозу в мягкой биологической ткани, стандартный весовой состав которой согласно ГОСТ, в %: водород — 10,1; углерод — 11,1; азот — 2,6; кислород — 76,2 по массовому составу.

Ионизирующее действие быстрых нейтронов.

Теория выведения быстрых нейтронов.

Все процессы взаимодействия нейтронов с ядрами тяжелых элементов можно рассматривать как поглощение в т.ч. замедление быстрых нейтронов.

Активация при облучении тепловыми нейтронами.

Радиационный (нейтронный) захват или реакция активации - это поглощение нейтрона ядром стабильного или радиоактивного нуклида с образованием нового изотопа исходного или другого радионуклида. Новое ядро неустойчиво и испытывает последующий электронный распад. Поэтому эту реакцию называют еще реакцией активации, а про стабильные нуклиды, претерпевшие подобные ядерные превращения в радионуклиды под действием нейтронов, говорят, что они испытывают наведенную радиоактивность. Реакция активации может быть записана:2759Co(n, g)2760Co.

Расчет биологической защиты ядерного реактора

Ядерный реактор, как источник ионизирующих излучений.

При работе реактора на мощности его активная зона является источником нейтронов и γ-излучения. Другие виды излучения, образующиеся в активной зоне, не выходят за его пределы. Активная зона остановленного реактора является в основном источником γ-излучения. В первом контуре реакторов ВВЭР и РБМК основное излучение короткоживущего нуклида 16N, образующегося под действием нейтронов с энергией выше 10 МэВ. Осколочная активность. Наведенная активность примесей.

Критерии выбора материалов, используемых при защите от ИИ.

Проектирование биологической защиты реактора.

Критерии для выбора материалов защиты

Материалы защиты

Методы расчета биологической защиты

Методы расчета защиты от -излучения

Способы зашиты от ионизирующих излучений

Основные критерии биологической опасности радионуклидов в случае внутреннего облучения

Пути поступления радионуклидов внутрь организма

Формирование дозы излучения инкорпорированных радионуклидов

Формирование дозы нейтронов в живой ткани

Методы регистрации излучения

Предмет дозиметрии и защиты

Основная задача дозиметрии - определение дозы излучения в различных материалах, средах и особенно в тканях живого организма с целью выявления, оценки и предупреждения возможной радиационной опасности для человека. Иначе, основная задача дозиметрии сводится к обеспечению радиационной безопасности при проведении работ в условиях ионизирующих излучений.

Основная задача в дозиметрии — определение поглощенной энергии в жизненно важных тканях организма человека.

Так как эффективный атомный номер этих тканей Ζэф = 7,42 близок к эффективному атомному номеру воздуха Ζэф = 7,64, то можно определять поглощенную энергию в тканях организма человека по результатам измерения ионизации, создаваемой рассматриваемым излучением воздухе.

Методы регистрации излучения

Методы регистрации излучения: ионизационные, сцинтилляционные, полупроводниковые, люминесцентные, фото-эмульсионные, химические, калориметрические и др.

Виды детекторов излучений и закономерности их работы

Традиционные детекторы радиации: ионизационные детекторы (ионизационные камеры, пропорциональные счётчики, счётчики Гейгера-Мюллера), сцинтилляционные и черенковские счётчики, полупроводниковые детекторы, химические детекторы, люминесцентные, фото-эмульсионные, калориметрические и др.

Виды ионизационных детекторов и закономерности их работы

ионизационные детекторы делятся на:

— ионизационные камеры — детекторы с низким значением напряженности электрического поля в чувствительном объеме, недостаточном для возникновения ударной ионизации,

— газоразрядные счетчики — детекторы с высоким значением напряженности электрического поля, использующие механизм газового усиления.

Ионизационный метод регистрации излучений. Основные положения.

Рекомбинация ионов после облучения не происходит, если в среде создать электрическое поле. В этом случае носители заряда будут дрейфовать вдоль поля, положительные в одну сторону, отрицательные - в другую. Движение зарядов является электрическим током, измерив который, можно определить величину заряда.

Ионизационная камера. Вольт-амперная характеристика ИК. Зависимость экспозиционной дозы в воздухе от тока насыщения.

Ионизационные камеры бывают:

токовые (интегральные), с помощью которых измеряют ионизационные токи от потока излучения (для измерения активности α-, β- и γ- препаратов, интенсивности α-излучения и мощности дозы от потока нейтронов, а также γ- и рентгеновского излучения)

импульсные, с помощью которых измеряют ионизацию, вызываемую отдельными частицами.

интегрирующие камеры (для измерения мощности дозы γ-, рентгеновского и жёсткого β- излучения, а также потока нейтронов)

Область Ома. В присутствии источника излучения в газе детектора, наряду с ионизацией, протекает рекомбинация. При небольших напряжениях, приложенных к электродам детектора, лишь малая часть зарядов достигает их, а остальные рекомбинируют. С увеличением напряжения возрастает скорость движения зарядов, уменьшается вероятность рекомбинации, все больше зарядов доходит до электродов и ионизационный ток растет пропорционально напряжению

Область ионизационных камер. По мере увеличения напряжения на электродах ток растет, и, наконец, разность потенциалов достигает такой величины, при которой практически все ионы, образованные в чувствительном объеме детектора, достигают электродов. Дальнейшее увеличение разности потенциалов не вызывает роста тока через детектор. В вольтамперной характеристике наблюдается плато, а ток через детектор в этом случае принято называть током насыщения.

Область газоразрядных счетчиков (область ударной ионизации). С увеличением напряженности электрического поля скорость дрейфа ионов будет возрастать. При достижении определенной разности потенциалов кинетическая энергия ускоренных в электрическом поле электронов на участке между двумя соударениями достигает величины, при которой электрон сможет вызвать ионизацию нейтрального атома. Вновь образованные электроны также будут ускоряться в электрическом поле и производить ионизацию атомов, таким образом возникает лавинообразный процесс.

Газовые счетчики. Зависимость величины импульса от напряжения. Коэффициент газового усиления.

Ионизационная камера представляет из себя герметичный объем, наполненный газом, в котором расположены два металлических электрода. Если повысить напряжение на электродах ионизационной камеры, то возникает явление, названное газовым усилением. Свободные электроны, двигаясь в электрическом поле, приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов газа, наполняющего камеру. При специальной форме электродов коэффициент газового усиления может достигать 10⁵. Конечный заряд остается пропорционален первичному, а значит, и энергии электрона, образованного частицей или гамма-квантом. Такие приборы называются пропорциональными счетчиками. Если материал корпуса ионизационной камеры имеет атомный номер, близкий к эффективному атомному номеру воздуха, заполняющего рабочий объем камеры, то его называют воздухо-эквивалентным

Полупроводниковые счетчики. Принцип действия.

Полупроводник в качестве детектора ионизирующих излучений выступает как аналог ионизационной камеры, чувствительным объемом которой является твердое тело. Под действием ионизирующего излучения в полупроводнике образуется свободные носители заряда. Если к полупроводнику, находящемуся в поле ионизирующего излучения, приложить разность потенциалов, то по изменению проводимости полупроводника можно делать вывод о наличии и интенсивности ионизирующего излучения. Энергия, необходимая на образование одной пары ионов соответствует ширине запрещенной зоны, то есть примерно на порядок ниже, чем в газовых ионизационных камерах.

Таким образом в одном и том же поле излучения ионизационный эффект в полупроводниковом детекторе будет примерно в 104 раз выше, чем в ионизационной камере, то есть полупроводниковые детекторы обладают высокой чувствительностью даже при малом чувствительном объеме.

Сцинтилляционные детекторы. Типы сцинтилляторов. Преимущества и недостатки.

Физическая основа сцинтилляционного метода — возбуждение и ионизация атомов и молекул вещества при прохождении через него заряженных частиц. Через определенное время они переходят в основное состояние, испуская световое излучение, спектр которого зависит от структуры энергетических уровней атомов и молекул вещества. Свечение связано с существованием центров люминесценции, обусловленных наличием каких-либо примесей.

Сцинтиляторы характеризуются следующими параметрами: • сцинтилляционной конверсионной эффективностью; • световым выходом; • временем высвечивания (колеблется в пределах 10^-9— 10^-5 с). • прозрачностью к собственному излучению. Световой выход χ — отношение числа фотонов световой вспышки к энергии ИИ, поглощенной в сцинтилляторе В большинстве сцинтилляционных счетчиков используется йодистый натрий, активированный таллием.

Физический и технический световые выходы ФЭУ. Коэффициент усиления ФЭУ.

Люминесцентные методы дозиметрии. Основные понятия.

Сущность метода заключается в том, что в некоторых веществах (люминофорах) образованные под действием ионизирующего излучения носители заряда (электроны и дырки) локализуются в центрах захвата, благодаря чему происходит накопление поглощенной энергии, которая может быть затем освобождена при дополнительном внешнем воздействии (возбуждении).

Чаще всего дополнительным возбуждением может быть либо освещение люминофора светом определенного спектра, либо его нагрев (фотолюминесценция и термолюминесценция).

Интенсивность люминесценции пропорциональна дозе облучения люминофора. Кривая высвечивания имеет несколько максимумов, зависящих от количества энергетических уровней, на которых располагаются ловушки, т.к. выход электронов из различных энергетических уровней происходит при различной энергии, переданной внешним воздействием. На практике доза облучения определяется по площади некоторых определенных пиков люминесценции или по высоте пика главного максимума.

Радиофотолюминесцентные дозиметры.

Механизм радиофотолюминесценции - в качестве люминофоров используется NaI, LiF, NaCl фосфатные стекла и т.п., активированные серебром (Ag). Серебро образует в люминофоре центры радиофотолюминесценции, которые люминесцируют под действием света. Под действием излучения электрон переходит в зону проводимости и захватывается электронной ловушкой.

Качество ФЛД тем выше, чем быстрее наступает максимальная люминесценция и чем дольше она сохраняется на этом уровне без заметного затухания. Некоторые типы ФЛД сохраняют информацию о дозе в пределах ± 10% в течение нескольких лет.

Термолюминесцентные дозиметры. Кривая термического высвечивания. Энергетический выход термолюминесценции.

В отличие от фотолюминесценции в ТЛД центры люминесценции разрушаются в процессе измерения. Для повторного использования ТЛД отжигают при высокой температуре около 400ºC, чтобы полностью избавиться от прежних центров люминесценции. ТЛД по сравнению с ФЛД имеют больший линейный диапазон измерения дозы, однако измерения можно проводить только 1 раз, а кроме того, для некоторых ТЛД многократность использования ограничена из-за снижения чувствительности детекторов вследствие укрупнения зерен детектора после отжигов.

Вследствие высокого эффективного атомного номера многие ТЛД (как впрочем и ФЛД) имеют большой ход с жесткостью и применяются со сглаживающими фильтрами.

Фотографический метод дозиметрии. Основные положения. Чувствительность материалов к облучению (S/X). Преимущества и недостатки метода.

Фотографический метод основан на свойстве ионизирующего излучения, воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. Для целей регистрации излучений используют рентгеновские пленки, представляющие собой чувствительную эмульсию, нанесенную с одной или двух сторон на целлулоидную подложку.

Основной составляющей эмульсии являются кристаллы бромистого или хлористого серебра (AgBr, AgCl) в слое желатина.

Оптической плотностью почернения называется величина S= lg Jo/J (7.48)

где: Jo — интенсивность видимого света, падающего на обработанную фотопленку.

J — интенсивность видимого света, проходящего через нее.

Преимуществами фотографического метода являются: • документальная регистрация результатов;

• невосприимчивость к внешним воздействиям (температура, вибрация и т д);

Недостатки: невысокая чувствительность (особенно при малых дозах); сложность обработки пленок;

высокий ход с жесткостью; значительная энергетическая зависимость чувствительности, необходимость процедуры проявления и денситометрирования. . Значительная погрешность может возникнуть из-за различия в условиях хранения и ношения. Кроме того, фотопленочные дозиметры чувствительны к климатическим условиям.

Химический метод дозиметрии. Преимущества и недостатки метода.

Число образующихся молекул или ионов (выход радиационно-химической реакции) пропорционально поглощенной дозе излучения: D =К С/ G ρ

где: D — доза излучения; К—коэффициент пропорциональности;

С — концентрация продукта радиационно-химической реакции;

ρ — плотность вещества, подвергшегося облучению;

G — (выход продукта) — выражается числом молекул атомов, ионов или свободных радикалов, образующихся или расходуемых при поглощении энергии 100 эВ.

Наиболее распространенной химической системой применяемой при дозиметрии ионизирующих излучений является раствор соли FeSO₄ в разбавленной серной кислоте.

Появление Fe³⁺ изменяет оптическую плотность раствора, которая измеряется спектрофотометром (прибором для измерения поглощения видимого света в различных областях спектра).

Методы регистрации нейтронов.

Нейтроны (особенно – тепловые) не относятся к ионизирующим излучениям, поэтому их регистрация стандартными методами радиометрии невозможна. Для нейтронов различных энергий используются различные методы.

Для регистрации нейтронов используют различные виды вторичных излучений, возникающих в результате ядерных реакций или рассеяния нейтронов на ядрах с передачей им энергии. Тепловые и надтепловые нейтроны регистрируют с использованием реакций ¹⁰В(n, )⁷Li, 6Li(n, )³Н, ³Не(n,р)³Н, а также деления тяжелых ядер ²³⁵U и ²³⁹Pu.

Пропорциональные счетчики. Если реакция с бором происходит внутри пропорционального счетчика, то результирующие ядра ⁴He и ⁷Li, разлетающиеся с энергией соответственно 1,6 и 0,9 МэВ, могут быть легко зарегистрированы.

Камеры с газовым заполнением BF₃ более эффективны, чем камеры с твердым слоем B₄C. Детектор тепловых нейтронов можно превратить в детектор быстрых, окружив его слоем замедлителя нейтронов, веществом с большим содержанием водорода (например, парафин).

Камеры деления. Для регистрации нейтронов любых энергий можно использовать деление тяжелых ядер в камерах деления, например ²³⁵U и ²³⁹Pu. Сечения деления для них изменяются незначительно в большом диапазоне энергий нейтронов и имеют наибольшие значения по сравнению с сечениями деления для других радионуклидов. Во избежание самопоглощения продуктов деления, делящееся вещество наносится тонким слоем (0,02 -- 2 мг/см²) на электроды ионизационной камеры, заполненной аргоном(0,5 -- 1,0 МПа). По сравнению с борными счетчиками камеры деления более долговечны и могут работать при высокой температуре, но менее чувствительны.

Сцинтилляционные счетчики. Органические сцинтилляторы, содержащие большое количество атомов водорода(например стильбен), обладают высокой эффективностью регистрации быстрых нейтронов.

В дозиметрии нейтронного излучения нашли применение твердотельные трековые детекторы в чувствительном объеме которых регистрируется число треков заряженных частиц.

Детекторы нейтронов прямой зарядки. Для измерения плотности потока нейтронов в активной зоне реактора применяются детекторы нейтронов прямой зарядки(ДПЗ). Эти детекторы основаны на первичных эффектах: захвате нейтронов и β-распаде (захват нейтронов сопровождается мгновенным испусканием g-излучения и эмиссией из возбужденных ядер высокоэнергетических электронов); выходе электронов отдачи и фотоэлектронов при поглощении внешнего g-излучения.

Индивидуальные дозиметры нейтронов. В качестве примера приведём индивидуальный аварийный дозиметр. Для определения доз при аварийных облучениях персонала, обслуживающего ядерные реакторы, критические сборки и другие системы, где имеется вероятность непредвиденных превышений критической массы, разработаны термолюминесцентные и трековые детекторы нейтронов, входящие в комплект индивидуальных аварийных дозиметров

Индивидуальный дозиметрический контроль

Погрешности, связанные с измерением ионизирующих излучений