Лаба4

Федеральное агентство по образованию

Ульяновский государственный технический университет

ИЗМЕРЕНИЕ ФОНОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ И В ПОМЕЩЕНИЯХ УлГТУ И РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

УЛЬЯНОВСК 2005

2

Федеральное агентство по образованию Ульяновский государственный технический университет

ИЗМЕРЕНИЕ ФОНОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ И В ПОМЕЩЕНИЯХ

УлГТУ И РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Лабораторная работа №4 Методические указания

для студентов всех специальностей Издание второе

Составитель В.А. Цветков

Ульяновск 2005

3

УДК 613.648 (076) ББК 28. 7я 7

Измерение фоновых значений ионизирующих излучений на территории и в помещениях УлГТУ и расчет защиты из различных материалов: Лабораторная работа №4: методические указания для студентов всех специальностей / сост. В. А. Цветков. 2-е изд. – Ульяновск: УлГТУ, 2005. – 39 с.

Указания составлены в соответствии с учебными программами курса «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей.

Методические указания содержат основные сведения по ионизирующим излучениям, их биологическому воздействию, фоновому облучению человека, по нормам радиационной безопасности и мерам профилактики и защиты населения на радиоактивно загрязненной местности, а также порядок определения фонового значения с помощью прибора РКСБ-104, оценку обстановки при авариях и катастрофах на потенциально опасных радиационных объектах и расчет защитных экранов от ионизирующих излучений.

Методические указания могут быть использованы для самостоятельной работы студентов при подготовке и проведении лабораторных работ, подготовки к экзамену, в дипломном проектировании.

Работа подготовлена на кафедре « БЖД и промышленная экология».

УДК 504.1 (076) ББК 51.26 я7

Рецензент начальник штаба по делам ГО и ЧС Ленинского района г. Ульяновска И. Д. Воробчук

© В.А. Цветков, составление, 2002 © В.А. Цветков, составлено, 2005 с изм. © Оформление. УлГТУ, 2005

4

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №4 «Измерение фоновых значений на территории и помещениях УлГТУ

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

«Измерение фоновых значений на территории и в помещениях УлГТУ и расчет защиты из различных материалов»

Введение Ядерная энергетика является сегодня примером конверсии военно-

промышленного комплекса. Запасы ядерного топлива, мощность предприятий, количество квалифицированных специалистов, заделы строительно-монтажных работ по площадкам АЭС таковы, что атомная энергетика уже сегодня может стать основой обеспечения энергией значительного числа регионов России.

АЭС поставляют электроэнергию потребителям России в районах, наиболее удаленных от источников органического топлива. В основном это промышленно развитые регионы: Центральный (включая Москву) – 25%, Северо-Западный

–50%, Кольский полуостров – 70%, Центрально-Черноземный район – 80%.

Внастоящие время находится в эксплуатации 29 энергоблоков на девяти АЭС. Установленная мощность составляет 21,242 МВт.

С точки зрения обеспечения уровня ядерной и радиационной безопасности АЭС, энергоблоки первого поколения, разработанные и построенные до выхода отечественных нормативных документов по безопасности в атомной энергетике, не полностью соответствуют современным требованиям безопасности и в целях доведения до приемлемого уровня безопасности требуют модернизации и реконструкции.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что возможность аварий и чрезвычайных ситуаций на объектах ядерной промышленности, энергетики возможны, поэтому знания, полученные студентами при изучении теоретических вопросов данной лабораторной работы, позволяют иметь представление о воздействии ионизирующих излучений и порядке защиты в условиях чрезвычайной ситуации.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1.Изучить теоретическую и экспериментальную части лабораторных рабо-

ты.

1.2.Получить практические навыки по измерению и оценке фоновых значений ионизирующих излучений.

1.3.Произвести расчет защиты из различных материалов от ионизирующих излучений.

6

2.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1.Изучить правила по технике безопасности при выполнении лабораторной работы.

2.2.Ознакомиться с теоретической частью работы и оформить лабораторную работу без экспериментальных данных.

2.3.Изучить порядок работы с прибором РКСБ – 104 и измерить фоновое значение ионизирующих излучений в месте, указанном преподавателем.

2.4.Произвести расчет защитного слоя от ионизирующих излучений по варианту указанному преподавателем.

2.5.Изучить теоретическую часть, оформить лабораторную работу и сдать зачет по лабораторной работе.

3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Среди вопросов, представляющих научный интерес, немногие приковывают к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду.

Вспомним ряд определений.

ИЗОТОП − химический элемент, ядро атома которого содержит одинаковое число протонов, но различное число нейтронов [3].

НУКЛИД − вид атомов с данным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером

Z [2].

Процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом (радиоактивность), а сам такой нуклид – радионуклидом.

Радиоактивность – это процесс самопроизвольного выделения энергии с постоянной скоростью, присущей данному виду ядер (радионуклидов) [5].

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в другой нуклид; сопровождающееся испусканием ионизирующего излуче-

ния [2].

Радионуклид – нуклид, обладающий радиоактивностью [2].

Активность А радиоактивного вещества – число спонтанных (произвольных) ядерных превращений dN в этом веществе за малый промежуток времени dt, деленное на этот промежуток [1].

А=dN/dt.

Единица измерения А в единицах СИ – беккерель, Бк. Внесистемная – Кюри, Ки.

Один беккерель равен одному распаду в секунду (см. приложение, табл. П 2).

7

Ионизация − это акт разделения электрически нейтрального атома на две противоположно заряженные частицы: отрицательный электрон и положительный ион [5].

Ионизирующее излучение - излучение, энергия которого достаточна для ионизации облучаемой среды.

Облучение − процесс взаимодействия излучения со средой [5]. Ионизирующее излучение - любое излучение, взаимодействие которого

со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков [1]. В результате радиоактивности и ионизации возникают три вида излуче-

ния: альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение, а также имеет место несколько отличное от выше названных специфическое рентгеновское излучение.

Чем же они отличаются друг от друга и насколько опасны для человека? Альфа частицы (α-частицы), образующиеся при α-распаде, представляют собой поток ядер гелия (Не).

Вследствие большой ионизирующей способности пробег α- частиц очень мал. В воздухе он составляет не более 10 см и до 0.1мм в биоткани (живой клетке). Они полностью поглощаются листом бумаги ( рис. 1).

Рис. 1 Проникающая способность излучений

Поэтому с точки зрения внешнего облучения α-частицы не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контактного воздействия их на кожные покровы тела и слизистую оболочку глаз. Однако при попадании их внутрь организма с воздухом, пищей и водой они могут оказать существенное поражающее действие на слизистую оболочку желудка и другие органы.

Бета-частицы (β-частицы) – высокоэнергетические электроны, обладают в сотни раз меньшей ионизирующей способностью, чем α-частица. Вследствие

8

этого они распространяются в воздухе до 10 - 20 м, в биоткани − на глубину 5 − 7 мм, в дереве − до 2.5 мм, алюминии − до 1 мм. Скорость их распространения различна и зависит от величины энергии β-частиц.

Одежда человека почти наполовину ослабляет действие β-излучения. Оно практически полностью поглощается оконными или автомобильными стеклами, бортом автомашины и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Но при контакте с кожными покровами и попадании внутрь организма они также опасны, как и α-излучение.

Обладая относительно небольшой ионизирующей способностью (в тысячи раз меньшей α-излучения), гамма-излучение (γ− квант электромагнитной энергии) распространяется в воздухе на расстояние в несколько сот метров. Оно свободно проникает сквозь одежду, тело человека и через значительные толщи материалов. Поэтому гамма − излучение называют проникающим [5].

Для оценки проникающей способности гамма − излучения введено понятие «слой половинного ослабления», т. е. слой материала, ослабляющий излучение в два раза. Так для свинца он ориентировочно составляет 2 , бетона − 10, грунта − 14, воды − 23, полиэтилена − 24, древесины − 33 см. Гамма−излучение представляет основную опасность для человека, как источник внешнего облучения.

Для оценки воздействия ионизирующих излучений используется понятие

«доза» [3].

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения. Экспозиционная доза − это доза излучения в воздухе. Она характеризует потенциальную опасность воздействия излучения при общем и равномерном облучении тела человека

(рис. 2).

Экспозиционная доза Дэкс − полный заряд d Q ионов одного знака, возникающий в воздухе при полном торможении всех электронов, которые были образованы фотонами в малом объеме воздуха, деленный на массу воздуха в этом объеме [1,17].

9

Рис. 2. Связь поля, дозы, радиобиологического эффекта

Единица экспозиционной дозы в СИ − кулон, деленный на килограмм

(Кл / кг).

Внесистемной единицей экспозиционной дозы, широко применяемой в медицине и работах по радиационной защите, является рентген (Р).

Внесистемной единицей мощности экспозиционной дозы (уровня радиации) является рентген в час (Р / ч), производные единицы : миллирентген в час (мР / ч) − 10 -3 Р/ч, микрорентген в час (мк / Р/ч) − 10 -6 Р/ч. Эти единицы широко используются при измерениях в дозиметрических приборах.

Величину мощности экспозиционной дозы Рэкс можно рассчитать по формуле [18]. :

где А − активность источника, мКи; Кγ гамма − постоянная изотопа, Р· см2/ (ч·мКи) (приложение, таблица 9);

t- время обучения, ч;

R − расстояние от источника до рабочего места, см.

Поглощенная доза более точно характеризует воздействие ионизирующих излучений на биологические ткани. Поглощенная доза излучения Д − отношение средней энергии dW, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества - в этом объеме:

10

Для характеристики поглощенной дозы в Международной системе единиц (СИ) используется единица грей (Гр). Внесистемной единицей поглощенной дозы излучения является рад. Достоинство рада как дозиметрической единицы в том, что его можно использовать для измерения дозы любого вида излучений в любой среде.

Однако биологическое действие излучений зависит не только от поглощенной дозы, но и от того, на какую глубину это излучение может проникать в биологические ткани, от величины линейной потери энергии. Поэтому для оценки биологического действия ионизирующего излучения используется эквивалентная доза.

Эквивалентная доза ионизирующего излучения − произведение поглощенной дозы Д излучения в биологической ткани на коэффициент качества k (см. табл. П 1 в прил. ) этого излучения в данном элементе биологической тка-

ни [17]:

Коэффициент качества излучения − безразмерный коэффициент k, на который должна быть умножена поглощенная доза рассматриваемого излучения для получения эквивалентной дозы этого излучения [2].

Для смешанного излучения

где индексы i относятся к компонентам излучения разного качества (a, b, g и др.).

В качестве единицы эквивалентной дозы в единицах СИ используется единица зиверт (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр (биологический эквивалент рентгена).

1 Зв = 100 бэр.

Для b и g − излучений 1 бэр = 1 рад = 1 Р. Для a излучений 1 бэр = 20 рад.

Для общей оценки биологического действия ионизирующих излучений при неравномерном облучении различных участков тела или органов человека введено понятие «эффективная эквивалентная доза» (Дээд.). Величина этой дозы равна поглощенной дозе излучения данного участка тела (органа), умноженной на соответствующий коэффициент перерасчета: для половых желез − 0.25, красного костного мозга и легких - 0.12, щитовидной железы − 0.3 и т. д., все тело − 1.0. Например, доза излучения щитовидной железы в 200 бэр соответствует Дээд = 200 × 0.03 = 6 бэр, т.е. в данном случае облучение щитовидной железы дозой 200 бэр эквивалентно биологическому действию на организм в целом дозы 6 бэр.