Защ.нас-я в ЧСdoc3

Используют также кратные единицы: мегакюри 1 МКи = •= 110е Ки и дольные - милликюри 1 мКи = 10~3 Ки; микрокюри 1 мкКи = 10~6 Ки.

Радиоактивные вещества могут быть сосредоточены в массе вещества, в определенном объеме или на некоторой поверхности. Поэтому в дозиметрической практике часто используют величину удельной, поверхностной или объемной активности или концентрации радиоактивных веществ в воздухе, жидкости и в почве.

Удельную, объемную и поверхностную активность мож-

Ku/км2 и в дробных единицах; Ау может быть известна в Бк/м3 или Ки/м3, Бк/л и др.

В нормах радиационной безопасности НРБ-2000 дополнительно введены еще несколько единиц активности, которыми удобно пользоваться при решении задач радиационной безопасности.

Активность минимально значимая (МЗА) - актив-

ность открытого источника ионизирующего излучения в помещении или на рабочем месте, при превышении которой требуется разрешение органов санитарно-эпидемиологичес- кой службы Министерства здравоохранения Республики Беларусь на использование этих источников, если при этом также превышено значение минимально значимой удельной активности.

20

Активность минимально значимая удельная (МЗУА) -

удельная активность открытого источника ионизирующего излучения в помещении или на рабочем месте, при превыше- нии которой требуется разрешение органов санитарно-эпиде- миологической службы Министерства здравоохранения Республики Беларусь на использование этого источника, если при этом также превышено значение минимально значимой активности.

Активность эквивалентная равновесная (ЭРОА) дочерних продуктов изотопов радона 222Rn и 220Rn - взвешенная сумма объемных активностей короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона - 218Ро (RaA); 214РЬ (RaB); 212Pb (ThB); 212Bi (ThC) соответственно:

где A - объемные активности дочерних продуктов изотопов радона и тория.

Основной закон радиоактивного распада можно представить графически (рис. 1.3). Он выражает уменьшение количества радиоактивных ядер с течением времени. Теоретически кривая экспонента никогда не может слиться с осью абсцисс, но на практике можно считать, что примерно через 5 периодов полураспада основная масса радиоактивного вещества распадается, а через 10-20 периодов полураспада распадается полностью.

Рис. 1.3. График уменьшения числа распадающихся ядер от времени в периодах полураспада

21

Связь между массой радионуклида и его активностью

На практике часто необходимо определять массу радионуклида по известной активности и наоборот.

Известно, что масса одного грамм-моля вещества (радионуклида) численно равна массовому числу М, выраженному в граммах. С другой стороны, число атомов в

где величина at используется, если активность выражена в

1.1.4. Закон спада радиоактивности продуктов ядерного деления

Продукты деления ядерного горючего образуются при ядерном взрыве и при работе ядерного реактора на атом-

22

ной электростанции. При этом во время ядерного взрыва на разных этапах радиоактивного распада возникает около 300 различных радионуклидов, большинство из которых являются короткоживущими. Суммарная активность смеси продуктов деления для бета-частиц через одну минуту после ядерного взрыва может быть определена по формуле

В течение первых 100-160 суток после ядерного взрыва или аварии на АЭС с выбросом радиоактивных веществ изменение радиоактивности на радиоактивно зараженной местности приближенно описывается законом Вэя-Вигнера:

где А{, А2 - активности излучения радионуклидов, соответствующие моментам времени tt, t2 после начала радиоактивного заражения местности; п - показатель степени, характеризующий величину спада активности излучения во времени, зависящей от изотопного срстава радионуклидов.

Для аварии на АЭС с выбросом радиоактивных веществ п = 0,4-0,86, для ядерного взрыва п = 1,2.

При известной паре начала отсчета А„ и t0 можно получить зависимость изменения активности от времени:

где Aq и At - активность осколков деления ко времени tQ и t после взрыва. По мере увеличения времени, прошедшего после ядерного взрыва, активность осколков деления быстро падает примерно так: при семикратном увеличении времени активность падает в 10 раз.

При аварии на АЭС с выбросом радионуклидов из активно^ зоны количество и состав радионуклидов будет другим. Обычно количество радионуклидов не превышает 40-60, так как большинство короткоживущих радионуклидов в реакторе уже распалось. Но происходит накопление радионуклидов, период полураспада которых соизмерим со сроком жизни человека и более. Кроме того, количество ядерного горючего в атомном реакторе измеряется тоннами, в то время как масса ядерного взрывчатого вещества боеприпаса исчисляется килограммами. По этой причине

23

количество выброшенных радионуклидов при аварии может быть значительным, а время распада большим. На рис. 1.4 приведено сравнение законов спада радиоактивности для ядерного взрыва, и при аварии на АЭС с выбросом радиоактивных веществ.

На графике (рис. 1.4) момент начала выпадения радиоактивных осадков принят за нулевой (t = 0). По прошествии примерно одного часа, в течение которого из атмосферы на поверхность земли в районе взрыва выпадает основная масса радиоактивных осадков, активность радиации достигает максимума и затем начинается ее снижение.

Рис. 1.4. Зависимость активности зараженности местности от времени, прошедшего с момента начала радиоактивного заражения после аварии на АЭС и ядерного взрыва

Показатель скорости спада активности п на практике определяется после замера в одной и той же точке активности в различные моменты времени не менее двух раз. А величину п определяют по формуле, которая получена после логарифмирования выражения (1.31):

Примечание. Формулы (1.31) и (1.32) справедливы и для случая, когда вместо активности рассматривается мощность дозы. Поэтому величину а можно вычислить и в случае, если имеется прибор для измерения мощности дозы.

24

Вопросы для самоконтроля

1.Понятие радионуклида.

2.Почему ядра одних изотопов претерпевают радиоактивный распад, а другие нет?

3.Охарактеризуйте явление радиоактивности (примеры альфа-распада и бета-распада).

4.В чем заключаются особенности спада радиоактивности по основному закону радиоактивного распада?

5.Пересчитайте 5 Ки/км2 в Бк/кг и 5 Ки в Бк.

6.Пересчитайте 100 Бк/кг в Ки/м2.

1.2.ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕТОДЫ

ИЗМЕРЕНИЙ

1.2.1. Краткая характеристика ионизирующих излучений

Атом электрически нейтрален. Это означает, что положительный заряд протонов, находящихся в ядре, компенсируется отрицательным зарядом электронов, образующих электронные оболочки. Если один из орбитальных электронов с помощью внешней силы выбивается с орбиты и покидает атом, то есть становится свободным, то атом превращается в положительный ион. Свободный электрон может участвовать в некоторых физических и химических процессах. Процесс образования ионов разных знаков называется ионизацией. i

Ионизирующее излучение (ИИ) — это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в этой среде ионов разных знаков и свободных радикалов. Каждый атом характеризуется своим значением энергии ионизации.

25

Ионизирующее излучение делят на корпускулярное и фотонное.

Корпускулярное излучение — это поток частиц с массой, отличной от нуля (электроны, позитроны, протоны, нейтроны, альфа-частицы).

Фотонное излучение — это электромагнитное излучение (гамма-излучение, характеристическое излучение, тормозное излучение, рентгеновское излучение, аннигиляционное излучение).

Не всякое электромагнитное излучение является ионизирующим. Энергия фотона вычисляется по формуле: Е = hv (постоянная Планка h = 6,626210"84 Дж/с, v — частота электромагнитных колебаний). Радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет и почти весь диапазон ультрафиолетового излучения не вызывают ионизацию, из-за недостаточной энергии, чтобы преодолеть энергию связи электрона с ядром. В лучшем случае они вызывают возбуждение атомов (перевод орбитального электрона на более удаленную орбиту). Но ионизирующими излучениями являются жесткое излучение ультрафиолетовой части спектра, рентгеновское и гамма-излучение.

Альфа-излучение - это поток альфа-частиц, испускаемых при радиоактивном распаде, а также при ядерных реакциях и превращениях. Альфа-частицы обладают сильной ионизирующей и незначительной проникающей способностью. В воздухе они проникают на глубину 2 - 9 см, а в биологической ткани — 0,02—0,06 мм, задерживаются листом бумаги, тканью одежды. Альфа-излучение особо опасно при попадании его источника внутрь организма с пищей или с вдыхаемым воздухом.

Бета-излучение - это поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при бета-распаде. Энергия бета-частиц колеблется в больших пределах, а проникающая способность в воздухе может составлять от нескольких сантиметров до 3 метров. В биологической ткани они проникают на глубину до 2 см, одеждой задерживается только частично. Их ионизирующая способность значительно меньше, чем у альфа-час- тиц. Бета-излучение опасно для здоровья человека, как при внешнем, так и при внутреннем облучении.

26

д а е м ы х при ядерных взрывах. Их пробег в воздухе и проникающая способность занимают промежуточное положение между альфа- и бета-излучением.

Нейтронное излучение - поток нейтронов, наблюдае- мых при ядерных взрывах, особенно нейтронных боепри- пасов, при работе ядерного реактора, при спонтанном делении ядер тяжелых радиоактивных элементов. Послед- ствия его воздействия на окружающую среду зависят от начальной энергии нейтрона, которая может меняться в пределах 0,025-300 МэВ.

Гамма-излучение - электромагнитное излучение, возникающее в некоторых случаях при альфа- и бета-распа- де, аннигиляции частиц, при возбуждении атомов и их ядер, торможении частиц в электрическом поле (длина волны 10"8 -10-а см).

Проникающая способность гамма-излучения значительно больше, чем у вышеперечисленных видов излучений. Глубина распространения гамма-квантов в воздухе в ряде случаев может достигать сотен и тысяч метров. Ионизирующая способность (косвенная) значительно меньше, чем у вышеперечисленных видов излучений. Часть гамма-кван- тов проходит через биологическую ткань, не причиняя ей вреда, другая - поглощается ею.

Тормозное излучение - фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое заряженной частицей при уменьшении кинетической энергии за счет ее торможения электрическим полем. Воздействие на окружающую среду такое, как и гамма-излучения.

Характеристическое излучение - фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома. Такое излучение возникает в возбужденном атоме, то есть в котором орбитальный электрон получил дополнительную энергию извне и перешел на более удаленную орбиту. Стремясь к равновесию, через некоторое время (примерно через 10~8 с), электрон вернется на свою орби-

27

ту, при этом будет выделена энергия Е = hv (постоянная Планка h = 6,6262Ю~34 Дж/с, v - частота гамма-кван- та) в виде фотона, который и представляет собой характеристическое излучение. Воздействие на биологическую ткань аналогично гамма-излучению.

Аннигиляционное излучение - фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы и античастицы (например, позитрона и электрона). Воздействие на биологическую ткань аналогично гамма-излучению.

Рентгеновское излучение - фотонное излучение (длина волны 10~9-10~12 м), состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения, генерируемого рентгеновскими аппаратами. В отличие от гамма-излучения оно обладает такими свойствами, как отражение и преломление, его энергия невелика и не превышает 0,2 МэВ. Поэтому оно менее опасно для здоровья и используется для диагностики заболеваний человека.

1.2.2. Основные характеристики поля излучения

Исследования радиационного излучения показали, что оно имеет сложный состав. Ионизирующая способность означает способность излучений ионизировать атомы и молекулы вещества, а проникающая способность — проникать в вещество на некоторую глубину.

При описании взаимодействия ионизирующего излучения с веществом необходимо знать пространственно-вре- менное распределение излучения в рассматриваемой среде. Это распределение излучения в среде называется полем

излучения.

В дозиметрии и при расчете толщины экранов защиты от ионизирующего излучения и его поля широко используются такие физические величины, как поток частиц и гамма-квантов, плотность потока частиц и гамма-кван- тов, флюенс (перенос) ионизирующих частиц и энергии ионизирующего излучения.

Для определения перечисленных величин вводится понятие элементарной сферы. Элементарная сфера - это такая сфера,

28

•д границах объема которой характеристики поля излучения практически постоянны. Поперечное сечение сферы представляет собой круг, центр которого совпадает с центром сферы и который сориентирован в пространстве так, что нормаль к этому сечению совпадает с направлением движения частицы.

Потоком ионизирующих частиц называют отношение количества ионизирующих частиц dN, которые проходят через данную поверхность за интервал dt, к этому интервалу:

Единицей измерения потока ионизирующих частиц в системе СИ является с"1, (част./с, 1/с).

Поток энергии ионизирующего излучения - это отношение суммарной энергии (за исключением энергии покоя) dE всех ионизирующих частиц, которые падают на данную поверхность за интервал времени dt, к этому интервалу:

Единицей измерения потока энергии ионизирующего излучения в системе СИ является Ватт (Вт), то есть такой поток энергии ионизирующего излучения, при котором через данную поверхность за 1 с проходит излучение с энергией в 1 Дж.

Плотность потока ионизирующих частиц - это отношение потока ионизирующих частиц dF, которые попадают в элементарную сферу, к площади центрального сечения dS этой сферы:

Единицей измерения плотности потока частиц в системе СИ является с"1 на м 3, то есть такая плотнос+ь потока частиц, при которой в сферу с площадью центрального сечения 1 м2 за 1 с попадает одна частица (с1 - м~2 или част.Дм2 • с).

Плотность потока энергии (интенсивность) ионизирующего излучения — это отношение потока энергии ионизирующего излучения dFB которая попадает в объем

29