156281

10. При облучении дейтерия быстрыми нейтронами образуются один из изотопов гелия и нейтрон, а при облучении жесткими -лучами образуются два нуклона. Написать уравнения этих реакций.

11. Ядро радия-226 в цепи радиоактивных превращений потеряло пять-частиц и четыре -частицы. Написать уравнение ядерной реакции.

12.Написать полное и сокращенное уравнения для радиоактивного превращения тория-226 в полоний-210.

13.Сколько - и -частиц должно было бы потерять ядро висмута-209 для получения дочернего ядра элемента, принадлежащего к III группе, с массовым числом 201? Написать полное и сокращенное уравнения ядерной реакции.

Занятие 6. Атомная энергетика и биологическое действие ионизирующего излучения

Содержание занятия

Ядерный топливный цикл (ЯТЦ). Классификация атомных реакторов. Влияние АЭС и других предприятий топливного цикла на объекты окружающей среды при работе в штатном режиме и в случае аварийной ситуации. Проблема утилизации твердых, жидких и газообразных радиоактивных отходов (РАО). Работа с открытыми и закрытыми источниками ионизирующего излучения. Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения. Понятие внешнего и внутреннего облучения. Поглощенная доза, экспозиционная доза, эквивалентная доза, коллективная эквивалентная доза.

Типовые задачи

1.Найти энергию реакции 7Li(p, )4He, если известно, что средняя энергия связи на один нуклон в ядрах 7Li и 4He равна соответственно 5,60 и 7,06 МэВ.

2.Определить энергии следующих реакций: 3H(p, )4He; 14N( ,d)16O;

12C ( ,d)14N; 6Li(d,n )3He.

3. Какому топливному эквиваленту (в тоннах условного топлива – единица топливного эквивалента соответствует теплоте сгорания 1 т условного топлива, т.е. 7106 ккал или 2,91010 Дж) отвечает энергетический эффект

ядерной реакции

7Li + 2d = 24He + 1n + 14,9 МэВ в перерасчете на 1 г-атом изотопа лития?

11

4.По формуле А. Эйнштейна вычислить энергию E в джоулях, отвечающую массе 1 кг (с=3 108м/с). Выразить эту энергию числом топливных эквивалентов.

5.При распаде радионуклидов в земной коре выделяется энергия

4 10-6 Дж/см2 с. Скольким блокам АЭС с электрической мощностью 3000 МВт эквивалентна поверхность Земли? Радиус Земли равен 6370 км.

6.При делении урана выделяется приблизительно в 2106 раз больше энергии, чем при сжигании такого же количества угля. Современный реактор с электрической мощностью 3000 МВт требует в год около 1 т урана. Сколько урана, калия, тория (в кг) будет в золе при сжигании угля на аналогичной по

электрической мощности ТЭС, если 1 кг угля содержит урана-238 активностью 15 _ 250 Бк, калия-40 активностью 3 _ 440 Бк, тория-232 активностью 7 _ 100 Бк?

7.В настоящее время во всем мире для нужд коммунального хозяйства в год потребляется 250 км3 воды. Найти необходимую суммарную мощность в кВт источников излучения, используемых для обезвреживания этой массы воды до уровня стандартов на питьевую воду. Известно, что гибель патогенных микроорганизмов наблюдается при поглощении дозы излучения порядка

30 кГр.

8.Для получения мощных потоков быстрых нейтронов в реактор помещают дейтерид лития LiD, в котором медленные нейтроны реактора возбуждают реакцию 6Li(n, )3H + 4,80 МэВ. Возникающие ядра трития, в свою

очередь, возбуждают реакции: D(t,n)4He + 17,6 МэВ и 7Li(t,n)9Be + 10,4 МэВ, которые являются источниками быстрых нейтронов. Найти максимальную энергию этих нейтронов.

9. На некотором расстоянии от радиоактивного -источника, период полураспада которого 26 часов, мощность экспозиционной дозы в начальный момент времени составляет 72 мкКл/кг с, или 1 Р/с. Найти: а) экспозиционную дозу в мкКл/кг за 6 часов; б) время, за которое поглощенная доза в воздухе составит 150 мГр или 15 рад.

10.Сколько -частиц с кинетической энергией 4,0 МэВ, поглощенных в биологической ткани массой 1 г, соответствует эквивалентной дозе 0,5 бэр? Коэффициент качества равен 20.

11.На поверхность кожи площадью 2 см2 падает нормально 3,2104 - частиц с кинетической энергией 5,1 МэВ. Найти среднее значение поглощенной

иэквивалентной доз (мГр и мЗв) в слое, равном глубине проникновения частиц

в ткань. Иметь в виду, что пробег -частиц в биологической ткани в 815 раз меньше пробега в воздухе. Коэффициент качества равен 20.

12. Пучок -частиц от радиоактивного источника стронция-90 падает нормально на поверхность воды. Плотность потока 5,0104 частиц/см2 с. Найти поглощенную дозу в воде вблизи её поверхности за промежуток времени 60 минут. Среднюю кинетическую энергию частиц считать равной 1/3 Е макс.

12

13. У скольких человек могут быть выявлены соматико-стохастические последствия, а также проявиться генетические изменения в течение 10 лет, последовавших за аварией на подводной лодке, в результате которой экипаж, состоящий из 250 человек, получил коллективную эквивалентную дозу

12,5 чел.-Зв?

Часть 2. Лабораторные работы

Лабораторная работа 1. Определение мощности эквивалентной дозы (МЭД) естественного фона радиоактивного излучения дозиметром-радиометром ДРГБ – 01 – «ЭКО –1»

Цель работы: определить мощность эквивалентной дозы естественного фона с помощью портативного дозиметра-радиометра ДРГБ – 01 – «ЭКО _ 1».

Ход работы:

1.Ознакомиться с устройством и принципом работы портативного дозиметра-радиометра ДРГБ – 01 – «ЭКО – 1» (см. Приложение 1).

2.Провести проверку исправности работы прибора.

Включить прибор. Для этого установить переключатель «ВКЛ» в крайнее правое положение. На цифровом табло появится символ «F» _ режим служит для обнаружения и оценки уровня радиационной безопасности мощности эквивалентной дозы (МЭД) фона. Через 20 с на индикационном табло появится показание «F0,15». Прибор исправен. Выключить прибор.

3. Оценить уровень радиационной безопасности (МЭД):

А) Режим F (однократный)

-Включить прибор (перевести переключатель «BKJI» в крайнее правое положение). На цифровом табло должна появиться индикация «F0,00».

-Произвести однократное нажатие кнопки "РЕЖИМ РАБОТЫ".

Через 1 с должен наблюдаться процесс набора результата измерений, начиная с младшего разряда, который заканчивается через 20 секунд с одновременной подачей звукового сигнала (при условии её включения до окончания процесса набора информации).

-Результат измерения в микрозивертах в час (мкЗв/ч) удерживается на цифровом табло прибора до следующего включения.

13

- Повторное включение прибора в режиме F (однократный) должно быть выполнено после выключения (перевода переключателя «ВКЛ» в крайнее левое положение).

Примечание: Режим F (однократный) используется при осуществлении поисковых (оценочных) измерений с целью получения первичной (предварительной) информации о наличии источника ионизирующего излучения, резком повышении уровня естественного фона излучения, направлении излучения и, при необходимости, для выполнения измерений в местах, где затруднено непосредственное восприятие информации с цифрового табло прибора.

Б) Режим F (циклический)

-Включить прибор (перевести переключатель "ВКЛ" и крайнее правое положение). На цифровом табло должна появиться индикация - "F0,00". Через 20 с после включения прибора на цифровом табло должно появиться значение, соответствующее мощности эквивалентной дозы фотонного излучения (мкЗв/ч).

-По истечении 20 с, в течение которых индицируется результат предыдущего измерения, на цифровом табло появляется результат следующего измерения и т.д.

Примечание: Процессы, лежащие в основе существования и формирования полей ионизирующих излучений, носят случайный характер. В этом причина того, что результаты последовательных измерений отличаются друг от друга и могут при определенных условиях, например, при измерениях на уровне естественного радиационного фона, отличаться в 1,5 - 2 раза. Поэтому за результат измерений параметров поля ионизирующего излучения принимается величина, колеблющаяся относительно некоторого значения _ среднего арифметического значения результатов многократных измерений (не менее 10).

Вкачестве рекомендаций можно предложить:

1)при беглом контроле достаточно выполнить 5 последовательных измерений и определить среднее арифметическое значение;

2)для более точной оценки следует выполнить 15 измерений при неизменных внешних условиях (неподвижность прибора относительно исследуемого объекта) и определить среднее арифметические значение.

Пример. Показание на цифровом табло прибора "F0,15" означает, что значение мощности эквивалентной дозы фотонного излучения составляет 0,15 мкЗв/ч. Умножив это значение на 100, вы получите результат измерений в единицах МОЩНОСТИ ЭКСПОЗИЦИОННОЙ ДОЗЫ 15 мкР/ч.

14

Результаты измерения занести в таблицу:

Определение мощности эквивалентной дозы фонового излучения (мкЗв/ч)

При включенной звуковой сигнализации (переключатель в крайнем правом положении) сигнал сопровождает превышение уровня МЭД, равного 0,6 мкЗв/ч (60 мкР/ч).

5. Сравнить полученные данные с нормативами. Сделать вывод по работе.

Лабораторная работа 2. Измерение удельной активности

радионуклидных источников Cs-137 и Sr-90 в пробах дозиметромрадиометром ДРГБ – 01 – «ЭКО –1»

Цель работы: определить удельную активность источников Cs-137 и Sr-90 в пробах с помощью портативного дозиметра-радиометра ДРГБ – 01 – «ЭКО _ 1».

Ход работы:

1.Повторить принцип работы и устройство портативного дозиметрарадиометра ДРГБ – 01 – «ЭКО – 1» (см. Приложение 1).

2.Провести проверку исправности работы прибора.

15

Включить прибор. Для этого установить переключатель «ВКЛ» в крайнее правое положение. На цифровом табло появится символ «F» _ режим служит для обнаружения и оценки уровня радиационной безопасности (МЭД) фона. Через 20 с на индикационном табло появится показание «F0,15». Прибор исправен. Выключить прибор.

3. Измерить удельную активность радионуклидных источников:

А) Измерение удельной активности Cs-137 в пробе

-Подготовить пробу для анализа. Для этого исследуемый материал залить иди насыпать, предварительно измельчив, ровным слоем в чистую стеклянную банку вместимостью 0,5 л таким образом, чтобы его поверхность не доходила до края банки на 3-5 мм. Передвинуть приготовленную пробу на 1 - 1.5 м от места расположения прибора.

-Измерить удельную активность радионуклидного источника Cs-137 в фоне. Для этого, не снимая экран, включить прибор (переключатель «ВКЛ» в крайнем правом положении) и звуковую сигнализацию (переключатель в крайнем правом положении). После появления индикации на цифровом табло прибора, выполнить два последовательных нажатия кнопки «РЕЖИМ РАБОТЫ». На цифровом табло прибора

должна появиться информация о режиме фоновых измерений _ А.00,0 (индикация точки перед старшим разрядом), далее появляется последовательность чисел, начиная с 99,9, уменьшающихся во времени. По истечении времени фонового измерения (не более 520 с) подается кратковременный звуковой сигнал. На цифровом табло фиксируется трехзначное число, находящееся в области значений от 60,0 до 999 (кБк/кг), которое сохраняется до выполнения следующего измерения. Выключить прибор.

-Измерить удельную активность Cs-137 в пробе. Придвинуть прибор к пробе. Включить прибор. Провести измерение удельной активности, как указано в предыдущем пункте (см. измерение фона).

-Вычесть из показания удельной активности пробы значение удельной активности фона.

Пример. Показание на цифровом табло прибора, установленного на

16

горловину стеклянной 0,5л банки, заполненной крупой, "А01,5" означает, что значение удельной активности в объемной мере, состоящей из крупы (плотностью 1г/см3), составляет 1,5 кБк/кг.

Примечание. Для повышения точности измерений рекомендуем после измерения фона, не выключая, установить прибор на горловину стеклянной банки с пробой. Дополнительно выполнить одно нажатие кнопки "РЕЖИМ РАБОТЫ". На цифровом табло должна появиться информация о режиме измерения удельной активности пробы (исчезает точка перед старшим разрядом).

Б) Измерение удельной активности Sr -90 в пробе

- Обязательно снять экран с прибора, включить звуковую сигнализацию. После появления индикации на цифровом табло прибора, выполнить четыре последовательных нажатия кнопки "РЕЖИМ РАБОТЫ". Последующие операции выполняются аналогично требованиям пункта А (измерение фона и измерение пробы).

4. Результаты измерения занести в таблицу:

Определение удельной активности пробы (кБк/кг)

5. Сравнить полученные данные с нормативами. Сделать вывод по работе.

17

Лабораторная работа 3. Определение плотности потока -частиц от

загрязненной поверхности дозиметром-радиометром ДРГБ – 01 –

«ЭКО –1»

Цель работы: измерить плотность потока -частиц от загрязненной поверхности дозиметром-радиометром ДРГБ – 01 – «ЭКО –1».

Ход работы:

1.Подготовка пробы к измерению.

-Для выполнения измерений плотности потока -частиц прибором необходимо использовать строго выделенную пробу из общего объема исследуемого продукта или грунта.

Примером такой пробы может служить бытовая полиэтиленовая крышка диаметром 52 _ 82 мм, залитая или засы-

панная предварительно измельченным продуктом ровным слоем, отстоящим от края крышки на 2 _ 3 мм.

-Передвинуть приготовленную пробу на 0,5 м от места расположения прибора.

2.Определение плотности потока -частиц.

-Снять экран с прибора, включить звуковую сигнализацию.

- После появления индикации на цифровом табло выполнить шесть последовательных нажатий кнопки

«РЕЖИМ РАБОТЫ». На цифровом табло прибора появится информация о фоновых изменениях – «В.00.0» за время измерения не более 80 с.

- По окончании фонового измерения (подается звуковой сигнал) поместить прибор на приготовленную пробу таким образом, чтобы корпус прибора не касался поверхности пробы, но и величина зазора не превышала 1 см.

- Дополнительно выполнить одно нажатие кнопки

«РЕЖИМ РАБОТЫ». На цифровом табло прибора исчезает точка перед старшим разрядом. По истечении времени измерения (не более 80 с) подается кратковременный (не более 20 с) звуковой сигнал.

До выполнения следующего измерения на цифровом табло сохраняется значение плотности потока -частиц, испускаемых с поверхности пробы (1/с см2).

18

Повторное включение прибора в режиме измерения плотности потока -частиц должно быть выполнено после его выключения.

3. Результаты измерений занести в таблицу:

Определение потока -частиц с загрязненной поверхности

4. Сравнить полученный результат с нормативами. Сделать вывод.

Лабораторная работа 4. Измерение удельной активности изотопов урана-234, 238 в грунтах и горных породах-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением

Цель работы: провести радиохимическое выделение урана-234, 238 из грунтов или горных пород; измерить удельную активность урана-234, 238-спектрометрическим методом.

Методика предназначена для количественного определения удельной активности изотопов урана-234, 238 в пробах почв, грунтов или горных пород и может быть использована при радиоэкологических, геологохимических, поисково-разведочных и технологических исследованиях. Диапазон измеряемых значений 2–104 Бк/кг. Минимальное значение измеряемой удельной активности изотопов урана составляет 2 Бк/кг при аналитической навеске пробы 5,0 г. Методика основана на том, что атомные ядра изотопов урана при радиоактивном распаде испускают -частицы строго определенных энергий: уран-238 (4,195 МэВ; 4,145 МэВ); уран-234 (4,768 МэВ, 4,718 МэВ). Измерение и анализ -спектра счетного образца, содержащего выделенный из пробы уран, позволяет по энергии и интенсивности излучения идентифицировать его изотопы и определить активность исходя из известной активности предварительно введенного в пробу изотопного индикатора урана232 (5,320 МэВ; 5,260 МэВ) по следующему соотношению

19

А=Su А0/Sинд m, Бк/кг

где Su и Sинд – площади аналитических пиков определяемых изотопов урана234, 238 и изотопного индикатора урана-232, без фона; А0 – исходная активность изотопного индикатора урана-232, Бк;

m – исходная навеска пробы, кг.

Спектрометрическое детектирование -частиц осуществляют с помощью - спектрометра на основе ионизационной импульсной камеры, позволяющего преобразовывать энергию излучения в электрический импульс определенной амплитуды.

Методика предусматривает предварительную радиохимическую подготовку, которая включает:

1.Переведение навески пробы в раствор.

2.Введение изотопного индикатора.

3.Выделение определяемых изотопов урана, включая изотопный индикатор (все нуклиды урана в процессе радиохимической подготовки ведут себя одинаково и выделяются одновременно).

4.Отделение мешающих радионуклидов.

Приготовление электролитическим способом счетного образца и определение его удельной активности проводится на базе лаборатории радиологических исследований ИЭПС УрО РАН.

Оборудование и реактивы: азотная кислота 7М, 0,5М, 0,25М;

фтороводородная кислота 0,04М в 0,25М азотной кислоте; раствор карбоната натрия 2%; трибутилфосфат (ТБФ) 30% в толуоле; хлорная кислота (чда); азотная кислота (чда); фтороводородная кислота (чда); аттестованный раствор изотопного индикатора урана-232 с удельной активностью 0,3 – 0,4 Бк/см3; мерные колбы вместимостью 25 мл и 50 мл; мерные цилиндры на 50 мл и 100 мл; мерные пипетки на 1 мл и 2 мл; воронки для фильтрования; воронки делительные на 50 мл и 250 мл; стаканы химические на 250 и 500 мл; капельницы на 50 мл; тефлоновые чашки с крышками на 8 _ 100 мл; тефлоновые палочки длиной 100 мм; фарфоровые тигли на 30 мл; покровные стекла диаметром 90 мм; фильтр «синяя лента»; индикаторная бумага универсальная; муфельная печь; гомогенизатор лабораторный; минералогическое сито на 2 мм; весы технические.

Ход работы:

1. Перед началом ознакомиться с техникой безопасности и

особенностями работы с радиоактивными веществами. При себе иметь в

20