- •Мониторинг радиоактивных загрязнений
- •1 Цель работы
- •2 Ключевые положения
- •2.1 Ионизирующие излучение и единицы их измерений
- •2.2 Действие радиации на организм человека
- •3 Ключевые вопросы
- •4 Домашнее задание
- •5 Практическое задание
- •Примеры практических заданий
- •Примеры ситуационных заданий
- •6 Содержание отчета
Практическая работа №8
Мониторинг радиоактивных загрязнений
1 Цель работы
Выучить особенности влияния радиации на живые организмы, виды ионизирующих излучений, единицы измерения доз, поглощенных организмом человека во время пребывания на загрязненной местности.
Получить практические навыки в расчете величин поглощенных доз и оценке влияния величины полученной человеком дозы на его здоровье и жизнь.
2 Ключевые положения
Одним из самих опасных экологических последствий антропогенной деятельности человека есть радиоактивные загрязнения.
Основными источниками радиоактивных загрязнений могут быть:
ядерные взрывы (испытание атомного оружия, аварии и катастрофы, с ядерными боеприпасами);
выбросы радиоактивных веществ (РВ) во время аварий на атомных электростанциях;
выбросы РВ во время аварий на предприятиях во время производства, переработки, хранения, перевозки, захоронения ядерного топлива и РВ;
выбросы РВ во время аварий в научно-исследовательских и проектных институтах, которые имеют ядерные реакторы;
выбросы РВ во время аварий на объектах транспорта, которые используют ядерные энергетические установки.
В наше время наибольшую опасность представляют аварии на атомных электростанциях.
Радиоактивные загрязнения местности могут значительно изменить условия существования живых существ и вызывать существенные последствия.
Мониторинг радиоактивных загрязнений имеет целью определить степень опасности и предложить необходимые меры профилактики, а также способы защиты человека и ликвидации экологически опасных последствий.
2.1 Ионизирующие излучение и единицы их измерений
Радиоактивные загрязнения вызывают облучение живых организмов в результате влияния на них ионизирующих излучений.
Название “ионизирующие излучение” совмещает разные по своей природе виды излучений. Подобие между ними в том, что все они имеют высокую энергию, реализуют свое биологическое действие через эффекты ионизации и следующее развитие химических реакций в структурах клетки, которые могут привести к ее гибели.
Ионизирующее излучение существовало на Земле задолго до появления человека, и было в Космосе еще к появлению Земли. Однако его негативное влияние на живые организмы было обнаружено случайно только в конце прошлого века французским ученым Анри Беккерелем. Он обнаружил на фотографической пластинке под действием прикрытой кусками минерала, который содержит уран, следы каких-то излучений (1896 год).
Этим явлением заинтересовалась Мария Кюри. В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что излучение урана связано с его превращением в другие элементы. Они назвали один из элементов радием (радий в переводе значит – “излучающий”).
Так появилось понятие “радиоактивность”.
Ионизирующим излучением (ИИ) называется квантовое (электромагнитное) и корпускулярное (что состоит из элементарных частиц) излучение, под воздействием которого в газообразной, жидкой или твердой среде из нейтральных атомов и молекул образуются ионы (позитивные и негативные частицы).
К квантовому ИИ относятся: ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
К корпускулярному: альфа-излучение, бета и потоки частиц (нейтронов, протонов и др.)
Количественной характеристикой излучения является активность, которая оценивается количеством распадов в единицу времени.
В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду – беккерель (роз/с). Внесистемной единицей является кюри (Ки). Один кюри характеризует активность такого количества радионуклидов, в котором 37 млрд. распадов в секунду. Это отвечает активности одного грамму радия (но для урана-238 – 3 тонны, для кольбата-60 – 0,001 г.)
Дозы ионизирующих излучений.
Мера действия ИИ в какой-либо среде зависит от величины поглощенной энергии излучения и оценивается дозой ИИ. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы.
Экспозиционная доза (Д) характеризует ионизирующую способность излучения в воздухе.
В системе СИ за единицу дозы принят Кл/кг – это такая доза излучения, при которой в 1кг сухого воздуха образуются ионы, которые несут 1 Кл электричества каждого знака. Для характеристики этой дозы практически используют внесистемную единицу – рентген (Р). Один Р – это такая доза гамма-излучения, под воздействием которой в 1 куб. см воздуха образуется 2.08 млрд. пар ионов. 1Р=2,5810-4 Кл/кг.
Экспозиционная доза характеризует потенциальные возможности ионизирующего излучения.
Поглощенная доза (Дп) характеризует энергию ИИ, которая поглощена единицей массы облученной среды.
В системе СИ за единицу поглощенной дозы принято – Дж/кг, а также внесистемная единица – рад. Практически применяются, грей (Гр) и рад (рад).
1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Один рад – это такая поглощенная доза, при которой один грамм вещества поглощает энергию в 100 эргов независимо от вида энергии излучения.
Живая ткань поглощает 93% энергии излучения, потому 1 рад=0,93Р. Практически принимают равенство экспозиционной и поглощенной дозы, то есть 1 рад = 1 Р.
Эквивалентная доза Де определяет биологическое влияние на организм человека разных видов ионизирующих излучений, и служит для оценки радиационной опасности. Эквивалентная доза приводит биологический эффект любых видов ИИ к влиянию, которое вызывается гамма лучами
Де=кДп (8.1)
где к – коэффициент качества излучения, которое показывает, в сколько раз биологический эффект данного вида излучения отличается от такого же действия гамма-излучения.
Для рентгеновского излучения к=1, для нейтронного потока к=10, для альфа частиц к=20, то есть альфа излучения в 20 раз более опасно, чем гама или рентгеновское излучение.
Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является – зиверт (Зв). Один Зв отвечает поглощенной дозе один Дж/кг (для гамма-излучения). Практически используют внесистемную единицу бэр (биологический эквивалент рентгена):
1 бэр=0,01 Дж/кг; 1 бер=0,01 Зв; 1 Зв=100 бэр.
Поглощенная и экспозиционная дозы, отнесенные к единице времени, определяют уровень радиации (мощность дозы) зараженной местности. Мощность дозы характеризует увеличение дозы в единицу времени.
Уровень радиации (мощность дозы) измеряется, как правило, в рентген/час, рад/час, бэр/час.
Величина поглощенной дозы зависит от уровня радиации загрязненной местности и времени пребывания на ней.
При приближенных расчетах, когда допускают, что уровень радиации не изменяется за время пребывания на загрязненной местности, величину дозы определяют, как
(8.2)
где Дп – величина поглощенной дозы; Р – уровень радиации зараженной местности; tпер - время пребывания на зараженной местности. Более точно величину поглощенной дозы можно рассчитать, если измерять уровень радиации в начале (Рн) и в конце (Рк) пребывания на зараженной местности
. (8.3)
По величине поглощенной дозы можно оценить влияние на человека ИИ. Чем выше поглощенная доза, тем более негативными для человека могут быть последствия облучения.