7.3. Расчет защитного экрана от ионизирующего излучения Пример 35

Исходные данные:

Рассчитать экран для защиты оператора, находящегося на рас­стоянии 4 м от источника гамма–излучения активностью 250 мг–эквивалента радия. Экран выполнен из свинца.

Вариант "а".

Воздействие излучения на организм человека характеризуется поглощенной дозой излучения

где I_γ –полная гамма–постоянная данного радиоактивного изотопа, р·см²/мКи·ч.

C – активность источника, мКи , t – время действия облучения, ч;

R – расстояние от источника до объекта облучения, см. Переход от активности (микрокюри) к гамма–эквиваленту (в миллиграмм–эквивалентах радия Г) и наоборот производится, по соотношению с I_γ = Г·8,25, где 8,25 – ионизационная постоянная радия.

t = 41 – число часов работы в неделя.

При определении толщины экрана исходят из необходимости максимального ослабления интенсивности потока излучения. Для лиц категории А (персонал – профессиональные работники, непосредственно работающие о источниками ионизирующих излу­чений) предельно допустимая доза (ПДД), определяемая "Нор­мами радиационной безопасности НРБ – 76 и основными прави­лами работа с радиоактивными веществами и другими источни­ками ионизирующих излучений ОСП – 72/80 равна 100 мбэр/нед.

1 бэр – единица дозы любого вида, ионизирующего излучении в биологической ткани организма, которая вызывает такой же биологический эффект, как и дозы в 1 рад рентгеновского или гамма– излучения.

1 рад – внесистемная единица поглощенной дозы любого ионизирующего излучения: 1 рад = 0,01 Дж/кг.

Для гамма – излучения бэр численно равен I рентгену.

Следовательно, ПДД = 100 мр/неделю. Рассчитанная интенсив­ность излучения составляет 54 р/неделю, т.е. превышает допустимую в 54 · 0,1 = 540 раз. Значит экран должен обеспечивать ослабление интенсивности излучения в К = 540 раз. Поэтому:

Вариант "Б".

Расчетная доза излучения р/ ч,

где M – γ эквивалент изотопа в мг – экв Ra; 8,4 – γ – постоянная Ra при платиновом фильтре толщиной 0,5 мм, р·см²/мКи·ч.

R – расстояние от источника до рабочего места, см.

Предельно допустимая модность поглощенной дозы для опера­тора категории "А" - Р₀ = 0,1 р/неделю = 100 / t, мр/ч.

где: t – время работы в недели, при 6–часовок рабочем дне t = 30 часов.

Необходимая кратность ослабления

Необходимая кратность ослабления с учетом коэффициента запаса

где n – коэффициент запаса ≥2.

Толщина экрана для ослабления потока излучения в 3,9 раза определяется по формуле:

где  – линейный коэффициент ослабления излучения материалом экрана.

Для ослабления излучения с высоким атомным номером к высокой плотностью пригодны по своим защитным свойствам: а) нержавеющая сталь; б) чугун; в) бетон; г) вольфрам: д) свинец.

Примем энергию изотопа для р – излучения 3 MзB. По справочным данным [4] для энергии излучения Р = 3 МзВ определяем линейные коэффициенты ослабления (табл.8.с181):

для железа:  _ж = 0,259 см^–1;

для бетона: _б = 0,0853 см^–1;

для вольфрама: _в = 0,786 см^–1;

для свинца: _с = 0,48 см^–1.

Толщины экранов, рассчитанные для 3,9 кратного ослабления излучения при коэффициенте запаса 2 , из рассмотренных материалов будут равны:

а) железного:

б) бетонного:

в) вольфрамового:

г) свинцового:

Таким образом, для стационарного экрана наиболее практичными и дешевым будет бетонный экран толщиной не менее 24 см; для передвижных экранов могут быть использованы свинец толщиной не менее 4,3 см, железо толщиной не менее 8,0 см или вольфрам толщиной не менее 2,65 см; для разборного металлического экрана можно использовать металлические стрелообразные блоки (кирпичи из чугуна) с толщиной стенки не менее 8см.