Радиационная безопасность

1

2

3

4

5

6

 Нейтронные излучения, их характеристики и процессы взаимодействия с веществом. Защита от нейтронного излучения. Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра, вторичное излучение нейтрона, когда он сталкивается с каким-либо ядром или электроном, оказывает сильное ионизирующее воздействие.  В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ1), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). Среди медленных нейтронов различают тепловые нейтроны с энергией менее 0,2 эВ. Наиболее вероятная скорость движения таких нейтронов при комнатной температуре составляет 2200 м/с.  При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии,  выше, чем у альфа- или бета-частиц. длина пробега нейтронов промежуточных энергий - около 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани, показатели для быстрых нейтронов – соответственно 120 м и 10 см. обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов (нейтр./см2 • с). Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы. применяют воду, парафин, полиэтилен. хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронное излучение сопровождается гамма-излучением, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь — вода и т. д. В ряде случаев для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроксидов тяжёлых металлов, например, железа Fe(OH)3.

7

Гамма излучения. их проникающая и ионизирующая способность, процессы взаимодействия с веществом. Защита от гамма-излучения. Гамма-излучение (?-излучение) - электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны. испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01–3МэВ) и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения.  Источники – Цезий-137 Гамма-кванты не имеют ни заряда, ни массы покоя и поэтому распространяются в воздухе со скоростью света (300 000 км/с). Ионизирующая способность гамма-квантов в воздухе в тысячи раз меньше, чем альфа-частиц, = 2–3 пары ионов/см пути. Проникающая способность: в воздухе десятки и сотни метров. Например, средняя длина пробега гамма-кванта с энергией 1 МэВ составляет в воздухе 122 м, а в тканях человека 14 см. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

• Фотоэффект — энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным).

• Комптон-эффект — гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.

• Эффект образования пар — гамма-квант в поле ядра превращается в электрон и позитрон.

• Ядерный фотоэффект — при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.

Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

8

Ренгтгеновские излучения, их характеристики. Использование в медицине, технике. защита от рентгеновского излучения. Рентгеновским называется электромагнитное излучение с длинами волн от 0,001 до 50 нанометров. энергия рентгеновских квантов лежит в диапазоне от 10–100 эВ до 1–100 МэВ. Длина волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов. Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) и комптоновского рассеяния При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов. Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д). В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии - для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ) - определение структуры ДНК. может быть определён химический состав вещества - анализируемое вещество облучается электронами, при этом атомы ионизируются и излучают характеристическое рентгеновское излучение. В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы. Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии Ограничить это воздействие призваны средства защиты от рентгеновского излучения. Средства защиты подразделяют на стационарные (двери, ставни, окна), передвижные (ширмы) и индивидуальные (фартуки, воротники, шапки и т.п.). Свинец, Барит, Резина рентгенозащитная , Стекло рентгенозащитное, Линолеум антистатический для рентгеновских и операционных блоков

9

Физические основы зашиты от ионизирующих излучений. Закон ослабления интенсивности гамма и нейтронного излучения в веществе Слой половинного ослабления вещества. Защита от ионизирующих излучений может осуществляться путем использования следующих принципов: - использование источников с минимальным излучением путем - перехода на менее активные источники, уменьшение количества изотопа; - сокращение времени работы с источником ионизирующего излучения; - отдаление рабочего места от источника ионизирующего излучения; - экранирование источника ионизирующего излучения. Для однородной среды ослабление узкого пучка фотонов происходит по экспоненциальному закону Бугера (закон ослабления излучения): I =    , где I – интенсивность гамма-излучения на глубине х в веществе; - интенсивность гамма-излучения при входе в вещество;  линейный коэффициент ослабления, измеряемый в см–1. Результат взаимодействия электромагнитного излучения с веществом может характеризоваться также слоем половинного ослабления, представляющим собой толщину слоя D , при прохождении которого интенсивность лучей ослабляется в два раза, т. е. I = Iо/2: D = ln 2/m = 0.693/m  Толщина слоя половинного ослабления убывает с возрастанием длины волны излучения.

10

Мощность экспозиционной дозы (МЭД) фотонного излучения  - отношение приращения экспозиционной дозы dХ за интервал времени dt к этому интервалу времени:  = dt/dХ  1 Кл/(кг*с) или 1 А/кг (А - ампер). Чаще употребляютсямкА/кг в СИ и внесистемные 1 Р/ч или 1 мкР/ч. Мощность поглощенной дозы  – отношение приращения поглощенной дозы dD за интервал времени dt к этому интервалу:  = dt/dD. измеряется в греях в секунду (1 Гр/c = 1 Дж/(кг * с), а внесистемная единица  1 рад/c.

11

12

 Естественные источники ионизирующих излучений, космические излучении (первичное а вторичное), излучение земного происхождения. Вклад естественных «источников в дозу облучения человека.       Ионизирующими излучениями называются излучения, которые способны прямо или косвенно ионизировать среду (вещество), то есть создавать в ней заряженные атомы и молекулы – ионы разного знака.  Естественными природными источниками ионизирующих излучений являются высокоэнергетические космические частицы, солнечная радиация, которые при взаимодействии с атмосферой Земли, теряя свою энергию, порождают радиоактивные изотопы и большое количество вторичных излучений.  Космическое излучение — электромагнитное или корпускулярное излучение, имеющее внеземной источник; подразделяют на первичное (которое, в свою очередь, делится на галактическое и солнечное) и вторичное.  Различают первичное и вторичное космические излучения. Излучение, приходящее непосредственно из космоса, называют первичным космическим излучением. Исследование его состава показало, что первичное излучение представляет собой поток элементарных частиц высокой энергии, причем более 90% из них составляют протоны с энергией примерно 109— 1013 эВ, около 7% — a-частицы и лишь небольшая доля (около 1%) приходится на ядра более тяжелых элементов (Z >20).  С приближением к Земле интенсивность космического излучения возрастает, что свидетельствует о появлении вторичного космического излучения, которое образуется в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов земной атмосферы. Во вторичном космическом излучении встречаются практически все известные элементар­ные частицы. При h<20 км космическое излучение является вторичным; с уменьшением h его интенсивность понижается, поскольку вторичные частицы по мере продвижения к поверхности Земли испытывают поглощение.

Внешнему облучению человек подвергается также и за счет естественных радионуклидов земного происхождения, т.е. радионуклидов рядов урана и тория и 40К,  

13

ехногенные источники излучений, их характеристика и вклад а дозу облучения человека. Фон от искусственных источников. Техногенные(искусственные) источники излучений  - источник ионизирующего излучения, специально созданный для его полезного применения или являющийся побочным продуктом этой деятельности.  Естественный радиационный фон          200 мбэр/год Стройматериалы                     140 мбэр/год Медицинские исследования                   140 мбэр/год Бытовые предметы                          4 мбэр/год Ядерные испытания                        2.5 мбэр/год Полёты в самолётах                        0.5 мбэр/год Атомная энергетика                         0.2 мбэр/год Телевизоры и мониторы                0.1  мбэр/год  Основной вклад в загрязнение от искусственных источников вносят различные медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Основной прибор, без которого не может обойтись ни одна крупная клиника — рентгеновский аппарат, но существует множество других методов диагностики и лечения, связанных с использованием радиоизотопов.  Следующий источник облучения, созданный руками человека — радиоактивные осадки, выпавшие в результате испытания ядерного оружия в атмосфере, и, несмотря на то, что основная часть взрывов была произведена ещё в 1950-60е годы, их последствия мы испытываем на себе и сейчас.  Один из наиболее обсуждаемых сегодня источников радиационного излучения является атомная энергетика. На самом деле, при нормальной работе ядерных установок ущерб от них незначительный. Дело в том, что процесс производства энергии из ядерного топлива сложен и проходит в несколько стадий. 

14

 Воздействие радона, калия-40 и других радионуклидов на человека, животных и растительный мир. Попадая в организм человека, радон способствует процессам, приводящим к раку лёгких. Распад ядер радона и его дочерних изотопов в легочной ткани вызывает микроожог, поскольку вся энергия альфа-частиц поглощается практически в точке распада. Особенно опасно (повышает риск заболевания) сочетание воздействия радона и курения. Считается, что радон — второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких преимущественно бронхогенного (центрального) типа. Рак лёгких, вызванный радоновым облучением, является шестой по частоте причиной смерти от рака[5]. Радионуклиды радона обусловливают более половины всей дозы радиации, которую в среднем получает организм человека от природных и техногенных радионуклидов окружающей среды. В настоящее время во многих странах проводят экологический мониторинг концентрации радона в зданиях, так как в районах геологических разломов его концентрации в помещениях зданий могут носить ураганный характер и существенно превышать средние значения по остальным регионам. В жилых помещениях родон выделяется из воды, при сжигании природного газа, из стен, установленных в нижних этажах зданий. Период полураспада - 3,8 суток, является альфа-активным радионуклидом, представляющим опасность при внутреннем облучении. Допустимая норма не более 100 БК/м3 воздуха. Хорошая защита от радона принудительная вентиляция. Попавшие в организм радионуклиды распределяются или равномерно по всему телу (калий, цезий) или концентрируются в отдельных органах и тканях (стронций, радий — в костях, йод — в щитовидной железе).

Воздействие радионуклидов, единовременно поступивших внутрь организма, с течением времени уменьшается за счет радиоактивного распада и биологического выведения из организма естественным путем. Например, некоторые долгоживущие радионуклиды: йод-131, цезий-137 не накапливаются в организме, а сравнительно быстро выводятся из него.

15

 Методы регистрации ионизирующих излучений. Основные методы регистрации ионизирующих излучений: -ионизационный — регистрируются ионы, образованные излучением -сцинтилляционный — регистрируются световые вспышки, возникающие в специальном материале -калориметрический — регистрация по тепловому воздействию. См. Болометр. -химический  -фотографический -термолюминесцентный (ТЛД) ионизационный, основанный на свойстве, способности этих излучений ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений; Сцинтиляционный, регистрирующий вспышки света, возникающие в сцинтиляторе (детекторе) под действием ионизирующих излучений, которые фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) преобразуются в электрический ток. Измеряемый анодный ток ФЭУ (токовый режим) и скорость счета (счетчиковый режим) пропорциональны уровням радиации;

Люминисцентный, базирующийся на эффектах радиофотолюминисценции (ФЛД) и радиотеримолюминисценции (ТЛД). В первом случае под действием ионизирующих излучений в люминофоре создаются центры фотолюминисценции, содержащие атомы и ионы серебра, которые при освещении ультрафиолетовым светом вызывают видимую люминисценцию, пропорциональную уровням радиации. Дозиметры ТЛД под действием теплового воздействия (нагрева) преобразуют поглощенную энергию ионизирующих излучений в люминицентную, интенсивность которой пропорциональна дозе ионизирующих излучений;

Фотографический — один из первых методов регистрации ионизирующих излучений, позволивший французскому ученому Э. Беккерелю открыть в 1896 г. явление радиоактивности. Этот метод дозиметрии основан на свойстве ионизирующих излучений воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. По степени почернения (плотности) можно судить об интенсивности воздействующего на пленку ионизирующего излучения с учетом времени этого воздействия;

Химический, основанный на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений. Известно значительное количество различных веществ, изменяющих свою окраску (степень окраски) или цвет в результате окислительных или восстановительных реакций, что можно соизмерять со степенью или плотностью ионизации. Данный метод используют при регистрации значительных уровней радиации;

Калориметрический, базирующийся на измерении количества теплоты, выделяемой в детекторе при поглощении энергии ионизирующих излучений, поглощаемая веществом, в конечном итоге преобразуются в теплоту при условии, что поглощающее вещество является химически инертным к излучению и это пропорционально интенсивности излучений; 

16

Детекторы ионизирующих излучений, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, ионизационные камеры, принцип их действия, устройство, характеристика и область применения. Детектор ионизирующего излучения - устройство, предназначенное для обнаружения и измерения параметров элементарных частиц высокой энергии, таких как космические лучи или частиц, рождающихся при ядерных распадах или в ускорителях. Газовые сцинтилляционные счетчики используют свет, излученный атомами, которые возбуждаются в процессе взаимодействия с ними заряженных частиц и затем возвращаются в основное состояние. Времена жизни возбужденных уровней лежат в наносекундном диапазоне. Световыход в газовых сцинтилляторах в силу их низких плотностей сравнительно невысок. Однако в качестве газовых сцинтилляторов могут также применяться сжиженные инертные газы. Сцинтилляционный счётчик, прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, g-квантов), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Принцип действия состоит в следующем: заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны. Фотоны, попадая на катод ФЭУ, выбивают электроны, в результате чего на аноде ФЭУ возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется. Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, g-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и g-квантов с атомами сцинтиллятора. Ионизационная камера, прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера представляет собой воздушный или газовый электрический конденсатор, к электродам которого приложена разность потенциалов V. При попадании ионизирующих частиц в пространство между электродами там образуются электроны и ионы газа, которые, перемещаясь в электрическом поле, собираются на электродах и фиксируются регистрирующей аппаратур

17