Практическое занятие № 5 расчет защитных мероприятий от ионизирующих излучений

Цель практического занятия - закрепление полученных при изучении раздела «Ионизирующие излучения» (ИИ) теоретических знаний и формирование практических навыков расчета организационных и технических мероприятий по защите персонала и населения от воздействия радиоактивных излучений.

1.Общие сведения

Излучение в широком понимании - это самопроизвольный или обусловленный какими-либо причинами процесс испускания материальными веществами энергии.

В науке и технике часто используют устройства, являющиеся источником ионизирующего излучения (рентгеновские установки, томографы, мониторы ПК, электронные микроскопы и т. п.), представляющие опасность для человека.

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых с окружающей средой приводит к ее ионизации, т.е. образованию электрических зарядов противоположных знаков.

Существуют два вида ионизирующих излучений:

• корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа-, бета-, нейтронное излучение и др.);

• фотонное – электромагнитное излучение, обусловленное действием частиц с массой покоя, равной нулю. Возникает оно при ядерных превращениях или аннигиляции (взаимоуничтожении) частиц. Различают следующие виды фотонного излучения: тормозное, характеристическое, рентгеновское и гамма-излучение.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, испускаемых при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. Энергия -частиц не превышает нескольких мегаэлектрон-вольт (МэВ) (1МэВ = 10³кэВ = 10⁶эВ; 1эВ = 1,60206 10^-19Дж). Излучаемые -частицы движутся в среде практически прямолинейно со скоростью порядка 2  10⁷ м/с.

Вследствие своей большой массы эти частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии с веществом. Это обусловливает их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: α-частица при движении в воздушной среде образует на 1 см пробега несколько десятков тысяч пар ионов.

Для защиты от α-излучения применяют экраны из стекла, плексигласа толщиной в несколько миллиметров. Достаточной защитой от α-излучения является слой воздуха в несколько сантиметров.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Заряд β-частицы равен «-1». Масса β-частицы в 7,5 тыс. раз меньше массы α-частицы. В зависимости от природы источника β-излучений скорость этих частиц может достигать 0,99 скорости света. Энергия β-частиц составляет несколько МэВ, длина пробега в воздухе порядка 18 м, а в мягких тканях человеческого тела – 2,510^-2 м. β-частицы имеют более высокую проникающую способность, чем α-частицы (из-за меньших значений массы и заряда).

Для защиты от β-излучения используют материалы с малой атомной массой (например, алюминий), а чаще комбинированные (со стороны источника – материал с малой, а затем далее от источника – применяют материал с большей атомной массой).

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 кэВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кэВ) и быстрые нейтроны (от 500 кэВ до 20 МэВ). Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и атомной массы вещества, с которыми они взаимодействуют. Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью (она существенно выше, чем у α- или β-частиц) и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения.

Для защиты от нейтронного облучения применяют бериллий, графит и материалы, содержащие водород (парафин, вода). Для защиты от нейтронных потоков с малой энергией широко применяются бор и его соединения. Бетон также можно использовать для защиты от нейтронов.

Тормозное - излучение с непрерывным спектром, возникает при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Характеристическое – излучение с дискретным спектром, возникает при изменении энергетического состояния атомов. Рентгеновское излучение - совокупность тормоз­ного и характеристического излучений с энергией фотонов 1-1000 кэВ (килоэлектрон-вольт).

Гамма-излучение - фотонное излучение, которое принято рассматривать как поток частиц, называемых гамма-квантами, а не электромагнитных волн, т.к. его корпуску­лярные свойства (фотоэффект) преобладают над волновыми (дифракция, интерференция). Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью (за счет высокой энергии и малой длины волны). Ионизирующая способность γ-излучения меньше, чем у α- и β-излучения.

Для защиты от γ-излучений применяют материалы с большой атомной массой и высокой плотностью (свинец, вольфрам), а также более дешевые материалы и сплавы (сталь, чугун). Смотровые системы изготавливают из специальных прозрачных материалов, например, свинцовое стекло. Стационарные экраны выполняются из бетона и баритобетона.

Гамма-излучения оказывают сильное воздействие на биологический объект. Действие γ-лучей оценивается дозами излучения, являющимися количественными параметрами, позволяющими оценить степень и форму лучевых поражений организма человека.

Процесс поглощения веществом энергии под действием ионизирующего излучения называется облучением. Реакцию человека на облучение называют лучевой болезнью.