
- •Основы радиационной безопасности. План лекции
- •I. Введение
- •II. Вопросы лекции
- •1. Явление радиоактивности
- •1.1. Строение атома
- •Электронная характеристика атомов (по таблице Менделеева)
- •1.2. Строение ядра атома
- •Сравнительная характеристика фотона и элементарных частиц атома
- •Некоторые физические величины
- •1.3. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
- •1.4. Природа ионизирующих излучений (ии)
- •Классификация ии
- •Рентгеновское излучение Бета-излучение Аннигиляционное излучение Нейтронное излучение Нейтринное излучение и другие и другие
- •1.5. Взаимодействие излучений с веществом
- •1.5.1. Взаимодействие альфа-излучений с веществом
- •1. 5.2. Взаимодействие бета-излучений с веществом
- •1. 5. 3. Взаимодействие гамма-излучений с веществом
- •1. 5. 4. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •1.6. Дозиметрические величины и их единицы
- •1. 6.1. Экспозиционная доза X
- •1. 6.2. Поглощенная доза d
- •1. 6. 3. Эквивалентная доза h
- •1. 6. 4. Эффективная доза e
- •1. 6. 5. Мощность дозы
- •2. Методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений
- •2.1. Ионизационный метод
- •2.1.1. Ионизационная камера –
- •2.1.2. Газоразрядный счетчик (грс)
- •2.2. Сцинтилляционный метод
- •2.3. Химический метод
- •2.4. Фотографический метод
- •2.5. Люминесцентный метод
- •3. Биологическое действие ионизирующих излучений
- •3.1. Механизм биологического действия излучения
- •3.2. Возможные последствия облучения людей
- •3.3. Особенности внутреннего облучения организма
- •4. Фоновое облучение человека, его источники
- •4.1. Структура фонового облучения человека.
- •4.2. Естественный (природный) радиационный фон.
- •4.3. Дозы от искусственных источников в окружающей среде и в быту.
- •Рентгеновское излучение и др. Излучения:
- •5. Чернобыльская катастрофа и ее последствия
- •5.1. Устройство и принцип работы ядерного реактора
- •Авария на Чернобыльской аэс 26 апреля 1996 года, ее причины и последствия
- •Данные о радиоизотопном составе Чернобыльского выброса
- •5.2.1. Состояние воздуха
- •5.2.2. Водные экосистемы
- •После Чернобыльской катастрофы
- •5.2.3. Почва, флора, угодья
- •5.2.4. Экономические последствия
- •5.2.5. Состояние здоровья населения
- •Общее количество и частота рождения детей с врожденными дефектами
- •6. Защита населения при радиационных авариях
- •Сравнительная оценка общего ущерба здоровью
- •6.1. Авария на аэс с выбросом радиоактивных веществ как один из видов чрезвычайных ситуаций (чс)
- •6.2. Основные мероприятия по защите населения и особенности защиты детей в случае аварийных ситуаций на аэс
- •Прогнозируемые уровни облучения,
- •Критерии для принятия решений об ограничении потребления загрязненных продуктов питания в первый год после аварии
- •Критерии для принятия решений об отселении и ограничении потребления загрязненных пищевых продуктов
- •Основные защитные мероприятия в случае радиационной аварии с выбросом радионуклидов
- •Предельные уровни мощности дозы
- •Рекомендации по проведению йодной профилактики
- •Лекарственные средства, содержащие стабильный йод,
- •Подготовка к эвакуации (отселению)
- •Эффективность использования предметов бытового назначения вместо респираторов
- •6.3. Порядок разработки подраздела Календарного плана основных мероприятий учебного заведения в случае чрезвычайных ситуаций (по защите учащихся и работников после радиационной аварии)
- •Календарный план (вариант) основных мероприятий, выполняемых при приведении средней школы № ___ в различные режимы функционирования при угрозе и возникновении чс
- •6.4. Расчеты доз внешнего облучения людей после радиационной аварии при их нахождении на улице, укрытии в помещениях и подвалах
- •7. Законодательство по радиационной безопасности
- •7.1. Закон рб «о правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской аэс» от 26.05.2012
- •Характеристика Чернобыльских зон загрязнения
- •7.2. Закон рб «о социальной защите граждан, пострадавших от катастрофы на Чернобыльской аэс»
- •7.3. Закон рб «о радиационной безопасности населения», его основные положения
- •Основные пределы доз облучения на территории Республики Беларусь
- •7.4. Республиканские уровни содержания радионуклидов цезий-137 и стронция-90 в пищевых продуктах и питьевой воде (рду-99)
- •7.5. Нормы радиационной безопасности «нрб-2000» в Республике Беларусь
- •Глава 3, ст.8. Ионизирующее излучение при воздействии на организм человека может вызвать 2 вида эффектов (болезней):
- •Глава 4, ст.17. Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:
- •Основные пределы доз
- •Глава 6. Ст.30. Эффективная доза облучения природными источниками облучения всех работников, включая персонал, не должна превышать 5 мЗв/год в производственных условиях.
- •Глава 8.Ст.35 – техногенное облучение в нормальных условиях должно быть таким, что годовая доза облучения не должна превышать аналогичные пределы доз (приложение 1), т.Е. 1 мЗв/год в среднем.
- •Глава 9 – ограничение природного облучения.
- •Глава 10 – ограничение медицинского облучения
- •Глава 12. Требования по контролю за выполнением норм.
- •Глава 13. Значение дополнительных уровней радиационного воздействия.
- •Значения дозовых коэффициентов, пределов годового поступления с воздухом и пищей, допустимой объемной активности во вдыхаемом воздухе и уровни вмешательства
- •8. Гигиенические аспекты радиационной безопасности
- •8.1. Принципы и мероприятия обеспечения радиационной безопасности
- •8.2. Способы защиты населения от внешнего и внутреннего облучения
- •8.2.1. Защита от ионизирующих излучений путем ограничения времени облучения
- •8.2.2. Защита от ионизирующих излучений путем увеличения расстояния до источника
- •8.2.3. Защита от воздействия ионизирующих излучений путем применения
- •8.2.4. Защита от ионизирующих излучений путем применения
- •8.2.5. Химико-биологические способы защиты от ионизирующих излучений (ии)
- •4) Употребление витаминов a, c, p, e, b и продуктов, богатых ими
- •Дезактивация как способ защиты от ионизирующих излучений
- •8.2.7. Защита от внутреннего облучения путем ограничения
- •8.3. Радиационная гигиена жилищ и рабочих мест
- •8.4. Ведение подсобного хозяйства, использование продукции леса, пчеловодство и рыболовство на радиоактивно загрязненных территориях.
- •8.4. 1. Ведение подсобного хозяйства
- •8.4. 2. Использование продукции леса, пчеловодство и рыболовство
- •Регламентация лесопользования на территориях, загрязненных радионуклидами
- •Допустимое содержание цезия-137 в продукции лесного хозяйства
- •8.5. Рациональное питание при проживании на радиоактивно загрязненных территориях
- •Б) Снижение радиоактивного загрязнения продуктов растениеводства в зависимости от способов обработки
- •Б) Способы переработки молока и степень снижения концентрации радиоцезия в конечном продукте из молока
- •III. Заключение
- •IV. Список использованной литературы
1.2. Строение ядра атома
1. Ядро состоит из
двух видов частиц: протонов
и нейтронов
,
массы которых примерно равны (m p≈1836
me,
m
n≈1839
me),
но протон имеет положительный заряд,
равный заряду электрона, а нейтрон –
нейтрален:
R нукл. ≈ 1,3 ·10 -15 м
- протон и нейтрон, как частицы ядра, имеют общее название – нуклон и, находясь в ядре, способны превращаться друг в друга, обмениваясь между собой тяжелыми квантами (π-мезонами), которые могут иметь положительный (π+ - мезон, m=273 me), отрицательный (π - - анти-мезон, m=273 me) или нулевой заряд (π0, m=264 me):
↔
+
π+
,
↔
+
π -
,
↔
+
π0 ,
↔
+
π 0 (Х.Юкава)
2. Имеются экспериментальные данные о том, что нуклон состоит из центральной части – ядра (керн нуклона) с размером порядка 10-17 -10-16 м, а вокруг ядра – атмосфера из пи-мезонов (π+ , π -, π0).
3. Основными показателями ядра являются:
- зарядовое число Z = числу протонов в ядре и порядковому номеру атома в таблице Менделеева;
- заряд протона e (элементарный положительный заряд);
- электрический заряд ядра = Ze;
- число нейтронов ядра N;
- массовое число ядра A = Z + N, выражает общее число нуклонов в ядре.
В настоящее время известны ядра с Z = 1 – 107 и A = 1 – 262 , которые обозначаются следующим образом:
, где
X – символ соответствующего химического элемента;
Z – зарядовое число ядра этого химического элемента;
A – массовое число ядра этого химического элемента, например
:
стронций – 90.
4. Классификация ядер
Изотопы – ядра одного и того же химического элемента, то есть имеющие одно и то же Z при разных A (при разных N), например:
- протий (легкий
изотоп водорода),
- дейтерий (тяжелый изотоп водорода),
- тритий (сверхтяжелый
изотоп водорода).
Природный водород представляет собой смесь 99,98% протия и 0,02% дейтерия.
В настоящее время известно около 300 устойчивых изотопов и свыше 1700 неустойчивых (радиоактивных) изотопов.
Изобары – ядра разных химических элементов, имеющие одно и то же A при разных Z,
например:
- бериллий,
- бор,
- углерод.
Четно-четные ядра – ядра, состоящие из четного число протонов и четного числа ней-
тронов.
Нечетно-нечетные ядра – ядра, состоящие из нечетного число протонов и нечетного
числа нейтронов.
Четно-нечетные ядра – ядра, состоящие из четного число протонов и нечетного числа
нейтронов.
Нечетно-четные ядра – ядра, состоящие из нечетного число протонов и четного числа
нейтронов.
5. Ядра не имеют четко выраженной границы, поэтому радиус ядра имеет условный смысл и величину, выражаемую следующей эмпирической формулой:
R я = R0A1/3, где
R0 = (1,3 – 1,7) ·10 -15 м;
A – массовое число ядра.
Форма ядра может быть как близкой к сферической, так и эллипсообразной.
6. Энергией связи ядра E св – называется разность между энергией нуклонов в ядре и их энергией в свободном состоянии, то есть, это такая энергия, которую надо сообщить ядру, чтобы разбить его на отдельные нуклоны:
E св = Δm c2, где
Δm = Zm p + Nm n – M я – дефект массы ядра, равный разности между массами протонов
и нейтронов ядра в свободных состояниях и массой ядра M я = M а– Zm e;
c – скорость света.
Кроме того, дефект массы ядра можно выразить и так:
Δm = M а– A
Δm = Zm H + Nm n – M а, где
M а – масса нейтрального атома, для которого определяется дефект массы;
A – массовое число ядра, для которого определяется дефект массы;
m H – масса а атома водорода.
Δm ≈ [0,0(A-100)2 - 64]·10-3 а.е.м. – экспериментальная формула.
Δm = E св / с2.
Дефект масс показывает, насколько масса ядра меньше суммы масс всех входящих в него нуклонов, когда они оказываются вне ядра, т.е. в свободном состоянии. Когда же эти нуклоны образуют ядро, то масса, равная дефекту их масс, превращается в энергию связи ядра, удерживающую ядро от распада.
7. В расчетах часто используют величину, называемую удельной энергией связи ядра, которая выражается формулой:
и является энергией связи, приходящейся на 1 нуклон ядра, которая определяет устойчивость ядра относительно распада.
Как вы помните, электрон в атоме водорода, находясь в нормальном состоянии на 1 энергетическом уровне, имел энергию связи = -13,6 эВ, удельная энергия связи нуклонов ядер химических элементов, находящихся в средней части таблицы Менделеева, составляет примерно 8,75 МэВ, т.е. громадную (по модулю) величину по сравнению с электронами.
Ядро может иметь различную энергию E я, которой и определяется его состояние:
E я = E св. = E мин E я > E мин E я = 0
●
●
○ ● ○
+ Δ1E ○
○ + Δ2E
○ ○
○ ● ○ ●
○ ○ ●
○ ● ○
○ ●
●
○ ● ○ ○ ○ ○
● ○ ○
Основное Возбужденное ● ○
состояние состояние Ядро распалось на нуклоны,
при Δ1E + Δ2E ≥ E св.
Рис. 8. Возможные состояния ядра атома
8. В ядре между его нуклонами учитываются 3 типа взаимодействия (сил):
а) сильное (определяется ядерными силами притяжения, действующими между нуклонами на
R ≈ 1,5 · 10 -15 м);
б) электромагнитное (определяется силами отталкивания между протонами);
в) слабое (за счет его происходит β-распад ядер и др. «медленные» распады.
В следующих таблицах приведены некоторые справочные данные:
Таблица 2
Сравнительная характеристика взаимодействий нуклонов
Тип взаимодействия |
Сравнительная величина |
Время протекания, сек |
Сильное Электромагнитное Слабое |
1 1/137 10 -14 |
10 -23 – 10 -22 10 -20 – 10 -18 10 -10 – 10 -8 |
P.s. Гравитационные силы между нуклонами так ничтожны (10 -38 ) по сравнению со всеми тремя другими силами, что в микромире они не учитываются.
Таблица 3