Лабораторная работа № 66 основы дозиметрического контроля Цель работы:

1. Ознакомиться с основными радиационными величинами и единицами их измерения.

2. Изучить правила пользования прибором РКСБ-104 для измерения ионизирующих излучений.

3. Изучить влияние толщины защиты из алюминия на мощность эквивалентной дозы излучения радиоактивного препарата.

Теоретическое введение

Радиоактивностью называется превращение изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием различных частиц. Радиоактивность бывает естественная и искусственная. Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственная - у изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

Число нераспавшихся ядер N, оставшихся в процессе самопроизвольного распада, изменяется со временем по закону радиоактивного распада

N = N₀ ∙exp(-λ t), (1)

где  N₀ - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0.

λ - постоянная распада, связанная с периодом  полураспада Т_1/2 (временем, за которое распадается половина существовавших вначале ядер) формулой

 λ = ln2/T_1/2. (2)

Типы радиоактивности и характерные примеры соответствующих ядерных

реакций приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип радиоактивности	Изменение заряда ядра	Изменение массового числа	Пример реакции
α - распад	Z - 2	A - 4	ZXA → Z-2YA-4 + 2He4
β-- распад	Z + 1	A	0n1 → 1p1 + -1e0 + 0νe0
β+- распад	Z - 1	A	1p1 → 0n1 + +1e0 + 0νe0

Кроме частиц, в процессе распада атомных ядер испускается также жесткое γ-излучение.

Заряженные частицы и γ-лучи, проходя через вещество, теряют свою энергию преимущественно за счёт ионизации. При этом в тканях живых организмов происходят всевозможные нарушения вследствие разрыва ковалентных и водородных связей, а также из-за образования френкелевских пар дефектов (междоузельный ион и оставленная им вакансия) в результате многократной ионизации атомов с ионной или сильной ковалентной связью.

По характеру взаимодействия с веществом ионизирующие излучения, возникающие в процессе распада атомных ядер, делятся на излучения прямого и косвенного действия. К первым относятся заряженные  α- и  β-частицы, которые при прохождении через вещество вызывают возбуждение и ионизацию атомов, образуя на пути своего движения пары ионов и отрицательно заряженные электроны. Заряженные частицы быстро теряют свою энергию, поэтому не могут глубоко проникать в ткани организмов, и по этой причине их называют слабо проникающими излучениями. Так, например, α-частицы поглощаются листом бумаги (см. рис. 1). Проникающая способность β-частиц несколько выше – они поглощаются слоем алюминия толщиной ~3,0 мм.

К излучениям косвенного действия, проникающими в ткани на большую глубину, относятся излучения без электрического заряда: нейтроны, рентгеновское излучение и   γ-кванты. Эти частицы при взаимодействии с веществом могут создавать вторичные источники ионизирующего излучения, например за счёт эффекта Варли в веществах с ионной или сильной ковалентной связью.

Поглощение потока электронов с одинаковыми скоростями в однородном веществе подчиняется экспоненциальному закону

N = N₀∙exp(-μd), (3)

где N₀ и N – число электронов на входе и выходе вещества толщиной d,

μ – коэффициент поглощения.

Степень ослабления γ-излучения различными материалами см. в таблице 2.

Таблица 2

Толщина защиты (см) из различных материалов в зависимости от кратности ослабления k и энергии γ-излучения E, МэВ

Материал	Железо					Свинец				Бетон
Е, МэВ k		0,1	0,2	0,5	1,0	0,1	0,2	0,5	1,0	0,1	0,2	0,5	1,0
2		0,7	1,2	2,5	3,3	0,1	0,2	0,5	1,3	4,7	7,6	12,3	12,4
5		1,4	2,5	4,8	6,4	0,2	0,4	1,1	2,8	5,6	11,0	21,1	23,5
10		1,9	3,5	6,3	8,5	0,3	0,9	1,6	3,8	8,2	14,6	25,8	29,9
100		3,4	6,1	10,8	14,5	0,5	1,0	3,0	7,0	11,5	21,1	39,9	50,5

Для количественной характеристики различных величин, характеризующих процесс взаимодействия излучения с веществом, введены специальные единицы. Так, активность радиоактивного препарата в системе СИ измеряется в Беккерелях (Бк). 1 Бк соответствует одному ядерному распаду в секунду. Чаще используются внесистемная единица радиоактивности – Кюри (1 Ки = 3,7 ∙10¹⁰ к).

Загрязнение окружающей среды характеризуется плотностью радиоактивности, которая определяется по отношению к единице площади (Ки/км²) или к единице массы (Бк/кг).

Степень воздействия источников ионизирующего излучения на различные объекты характеризуется  дозой излучения.

Экспозиционная доза характеризует степень радиационного воздействия

электромагнитных излучений. В системе СИ за единицу экспозиционной дозы принята величина 1 Кл/кг. Более известна внесистемная единица - Рентген (Р) (1 Р = 2, ∙10^-4 Кл/кг). Рентген - это такая доза рентгеновского и гамма-излучения, при которой в 1 см³ сухого воздуха при 0 ^оС и давлении 760 мм рт. ст. образуется 2,08 ∙10⁹  пар ионов. Мощность дозы выражается в Р/час. На территории России естественный гамма-фон составляет ~ 8,7 мкР/час.

Поглощённая доза характеризует энергию, выделившуюся в единице массы вещества при торможении в нём заряженных частиц. В системе СИ за единицу поглощённой дозы принят 1 Грей (Гр). 1 Грей = 1 Дж/кг и соответствует энергии в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества. Часто используется внесистемная единица - рад (1 рад = 0,01 Гр).

Эквивалентная доза  учитывает качество излучения, поскольку разные виды излучений неравноценны по радиобиологическому воздействию на живые организмы. Для количественной оценки этого фактора введён коэффициент качества излучений (КК), произведение которого на поглощённую дозу и является эквивалентной дозой. Эквивалентная доза измеряется в Зивертах (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр - биологический эквивалент рентгена (1 бэр = 0,01 Зв).

Эквивалентная доза облучения от естественных источников на большей части территорий Земли составляет 1мЗв в год (0,1 бэр в год). В некоторых районах доза составляет от 28 до 120 мЗв в год (2,8 - 12 бэр в год).