Защ.нас-я в ЧСdoc3

(приложение 2); f — коэффициент депонирования, показывающий долю поступления радионуклида в критический орган при данном пути введения; — эффективная постоянная скорости выведения.

лида из организма в процессе минерального обмена (см.

мя от момента Введения изотопа в критический орган до момента расчета Р^ (величины t и Т ^ подставляются в формулу в одних и тех же единицах); - эффективная энергия альфа-частиц и бста-частиц, передаваемая критическому органу (см. приложение 10).

После перемножения формула (1.89) примет вид:

Ра р = 5,9 • Ю - • Ат 0 • Ехм, • ехр(-0,693 • t/T^) . (1.90)

Для альфа- и бета-активных радионуклидов поглощенная доза излучения £>ар может быть описана следующими формулами:

• создаваемая в органе или ткани за время t после однократного поступления:

60

D^ = 73,8 • E ^ • Am0. T ^ [1 - exp(-0,693 • t/T^)] (1.93) [D^] - рад, [Am0] = мкКи/г, [t] = сут;

• создаваемая в органе или ткани при хроническом поступлении Ап0 за время t[cym], от начала поступления:

Из формулы (1.92) следует, что поглощенная доза D^

Аналогичные соотношения можно использовать также для приближенной оценки поглощенной дозы от внутреннего облучения гамма-активными радионуклидами. Однако вклад гамма-излучающих радионуклидов оценить гораздо сложнее, так как процессы поглощения зависят не только от энергии излучения, но и от геометрической формы критического органа. В этом случае отдельные критические органы аппроксимируют геометрическими фигурами типа сферы, цилиндра и т.п. и вводят понятие эффективного радиуса R и геометрического фактора G (см. приложение 11). Соотношение, аналогичное (1.88), будет иметь вид:

или ткани за время t, [сут], после однократного поступления, вычисляется по формулам:

61

Я С Я = 9 Д - Г « Г • G • Z • р • А^ • Т ^ • еЩ-0,693 • t / T ^ (1.99

• [ D ? ] = Гр, [Am0]= Бк/кг,

32 • 10"3 • Г • G • Z • р • A^ • T ^ • exp(-0,693 • t/Г^) ( 1.1

рад, [A,J= мкКи/г.

Средняя поглощенная доза Dy , создаваемая в органе или ткани при хроническом поступлении Ат 0 за время tj [сут], от начала поступления вычисляется по формулам:

D C / = 9,4 • 10ю • Г • G • Z • р • Ain0 • Т ^ • {t - ^ , 6 9 3 ) А}, (1.10

[ DyP ] - Гр. [Аш0]= Бк/кг, А = [1 - ехр(-0,693 V Т^)];

D,P= 32 10а • Г • G • Z • р • А^ • Т ^ • {t - Т ^ б Э З ) -А}, (1.102

[ D , P ] = рад, [Ат0]= мкКи/г, А = [1 - ехр(-0,693 t/ Т^)].

При вычислении дозы внутреннего облучения также удобно использовать дозовые коэффициенты.

Выражение для оценки годовой мощности дозы имеет вид:

•ингаляционный путь:

El.h, В. - дозовые коэффициенты, [Зв/Бк].

Численные значения дозовых коэффициентов представлены в приложении 9.

62

1.2.6.Основные способы обнаружения

иизмерения ионизирующих излучений

Для решения задач радиационной безопасности необходимо знать основные характеристики ионизирующих излучений. Известно, что все ионизирующие излучения взаимодействуют со средой и вызывают изменения ее физических и химических свойств. Это и используется для обнаружения и измерения характеристик ионизирующих излучений.

Наиболее распространенные способы регистрации: фотографический, химический, полупроводниковый, сцинтилляционный, биологический, ионизационный.

Фотографический способ — основан на потемнении фотоэмульсии под воздействием ионизирующих излучений (разновидность химического).

Химический способ - базируется на измерении концентрации ионов воды, которые появились в результате ее облучения ионизирующими излучениями. Можно использовать свойство некоторых веществ изменять свой цвет под воздействием излучений.

Полупроводниковый способ - основан на том, что некоторые полупроводники изменяют свое сопротивление под воздействием ионизирующих излучений.

Сцинтилляционный способ — базируется на том, что некоторые вещества под воздействием ионизирующих излучений испускают фотоны видимого света.

Биологический способ - заключается в исследовании состава крови и структуры зубов.

Ионизационный способ — основан на ионизации газов.

Наиболее распространенными способами являются ионизационный и сцинтилляционный. Для регистрации каждого вида заряженных частиц и гамма-квантов по вызываемому ими ионизационному эффекту применяют счетчики или ионизационные камеры определенного типа и конструкции. Это обусловлено тем, что величина ионизации зависит от вида излучения, его энергии и природы поглощения. Основным элементом в каждом способе регистрации излучений является детектор.

63

• r-j Детектор - это чувствительный элемент, пред- \1 назначенный для преобразования энергии ионизирую-

Ущего излучения в другой вид энергии, удобный для

°регистрации и измерений.

Взависимости от используемого вещества различают твердотельные, жидкостные и газовые детекторы. По форме выдаваемой информации они делятся на аналоговые и дискретные.

Работа детекторов ионизирующих излучений определяется различными характеристиками. Наиболее употребительными являются: эффективность счетчика, мертвое время, рабочее напряжение.

Под эффективностью детектора понимают вероятность того, что попавшая в объем счетчика (камеры) частица будет зарегистрирована.

Под мертвым временем детектора понимают минимальное время между пролетом двух следующих одна за другой частиц, регистрируемых отдельно.

Рабочее напряжение - это такое напряжение на электродах, при котором его незначительные колебания не должны искажать результаты регистрации.

Иногда учитывают время запаздывания (промежуток времени от появления частицы в детекторе до появления импульса на его выходе) и диапазон измеряемых энергий (область энергий детектируемых излучений, в которой сохраняются свойства детектора).

Сущность ионизационного способа показана на рисун ке 1.16.

Рис. 1.16. Принцип ионизационного метода детектирования

64

В состав схемы входит конденсатор, размещенный в герметичной колбе (1), наполненной газом, миллиамперметр (2), источник питания постоянного тока (3), усилитель (4) и выключатель (5). Если замкнуть цепь при отсутствии ионизирующих излучений, то конденсатор в колбе зарядится от источника. Если емкость конденсатора небольшая, а инерционность стрелочного прибора значительная, то стрелка прибора практически останется на нуле, так как после импульса тока конденсатор окажется заряженным, а цепь разомкнутой.

При облучении колбы ионизирующим излучением в ней произойдет ионизация газа. Чем больше интенсивность облучения, тем больше ионизация газа, тем больше ток пройдет по цепи. Прибор может быть отградуирован в соответствующих единицах, тогда можно регистрировать и измерять ионизирующие излучения.

Чувствительность такого прибора не всегда может оказаться достаточной, чтобы измерять малые уровни радиации. Поэтому используют различные участки вольтамперной характеристики (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Вольтамперная характеристика ионизационного детектора

На практике чаще используют участки характеристики 1, 2, 4, Работа на соответствующем участке характеристики зависит от типа детектора, его конструкции и приложенного напряжения.

65

В зависимости от подаваемого напряжения двухэлектродный промежуток может работать: в режиме ионизационной камеры, пропорционального счетчика или счетчика Гей гера-Мюллера.

Ионизационные камеры - это газоразрядные детекторы, работающие при напряжениях, соответствующих участку 1 вольтамперной характеристики. Принципиальная схема ионизационной камеры показана на рис. 1.18.

Рис. 1.18. Принципиальная схема ионизационной камеры

(1 Частица, пролетая в пространстве между электродами, ионизирует атомы и молекулы газа. Затрачивая энергию Е, она создает No пар ионов. Связанные с ними заряды обоих знаков имеют величину с^ каждый. Если за время t в объем камеры влетело п таких частиц, то суммарный заряд Qo каждого знака е, вызванный ими, будет:

Если напряжение между электродами равно нулю, то возникшие ионы быстро рекомбинируют, в результате чего

a Q9 = 5 • 101 5 Кл.

При малой интенсивности излучения ток в цепи очень мал и его измерение представляет трудность. Поэтому чувствительность такого прибора при малых плотностях излучений недостаточна.

66

Вольтамперная характеристика зависит от конструктивного исполнения ионизационной камеры. Наибольшее распространение получили камеры цилиндрической и плоской форм.

Цилиндрические ионизационные камеры конструктивно

представляют собой систему, состоящую из пустотелого электропроводящего цилиндра и коаксиально расположенного электропроводящего стержня. Внешний электрод соединяется с положительным полюсом источника питания камеры.

Плоские ионизационные камеры, конструктивно выполняются в виде прямоугольной коробки (рис. 1.18), внутри которой размещается стержень или пластина. Внутренняя поверхность коробки покрывается слоем графитового порошка для обеспечения электропроводности. Стержень или пластина являются отрицательным электродом, а слой графита - положительным электродом камеры.

Конденсаторные ионизационные камеры предназначены для измерения дозы облучения. Конструктивно такие камеры представляют собой трубку из электропроводящего материала, которая является отрицательным электродом камеры. Внутри трубки расположен металлический стержень, являющийся положительным, электродом камеры и конденсатора. Для расширения пределов измерения параллельно электроду подключается конденсатор с высококачественным диэлектриком. Конденсаторные камеры используются в качестве дозиметра комплектов ДП-24, ДП-22В.

Пропорциональные счетчики — это газоразрядные детекторы, работающие при напряжениях, соответствующих участку 2 вольтамперной характеристики. Принципиальная схема счетчика показана на рис. 1.19.

Рис. 1.19. Принципиальная схема пропорционального счетчика

67

В этих приборах первично созданные ионы за счет энергии электрического поля вызывают на пути к электродам дополнительную ионизацию газа. Очевидно, что граничное напряжение между областью ионизационной камеры и областью пропорционального счета создает такое электрическое поле, в котором электроны на длине свободного пробега приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов (молекул) газа, наполняющего счетчик.

Если каждая созданная первичной частицей пара ионов на пути к электродам образует К новых пар ионов, то общий заряд Q каждого знака, возникающий в объеме в результате пролета одной частицы, будет:

где К - коэффициент газового усиления.

Коэффициент газового усиления в области пропорционального счета зависит лишь от приложенного напряжения. Поэтому при данном напряжении импульс на выходе счетчика пропорционален энергии, затраченной частицей на ионизацию. Горящий в пропорциональном счетчике несамостоятельный разряд прекращается при устранении излучений.

Широко распространены цилиндрические пропорциональные счетчики, в которых возле анода, изготовленного в виде тонкой нити, создается сильное электрическое поле. Вторичная ионизация, происходящая в этой области, обуславливает усиление тока. Таким образом, пропорциональные счетчики более чувствительны, чем ионизационные камеры.

Счетчики Гейгера-Мюллера - это газоразрядные детекторы, работающие при напряжениях, соответствующие участку 4 вольтамперной характеристики, называемому областью Гейгера.

Для того чтобы создать условия для развития газового разряда при сравнительно невысоких напряжениях, рационально использовать неоднородные электрические поля и низкое давление газа, примерно 100-200 мм рт. ст. Поэтому счетчики Гейгера-Мюллера изготавливают в виде цилиндрического катода, на оси которого расположен тонкий проволочный анод.

68

При попадании частиц в цилиндр' в газе образуются свободные электроны, которые движутся к нити. Вблизи нити напряженность электрического поля велика и электроны ускоряются настолько, что начинают ионизировать газ. По мере приближения к нити число электронов возрастает лавинообразно, возникает коронный разряд, распространяющийся вдоль нити. Этот разряд обрывается включением большого сопротивления R = 10s-10® Ом (не самогасящийся счетчик Гейгера) либо введением специального состава газовой смеси инертного газа с примесью паров спирта или другого многоатомного газа (самогасящийся счетчик Гейгера).

В отличие от ионизационной камеры и пропорционального счетчика, в счетчике Гейгера величина тока не зависит от количества первично созданных ионов, а обуславливается приложенным напряжением и величиной сопротивления, включенного последовательно в цепь разрядного промежутка. Таким образом, счетчик ГейгераМюллера пригоден лишь для счета частиц.

Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтилляционного детектора и пересчетного устройства. Схема сцинтилляционного детектора и фотоумножителя показана на рис. 1.20.

Рис. 1.20. Схема сцинтиллятора и фотоумножителя

69