18

Федеральное агентство по образованию

Ухтинский государственный технический университет

Кафедра промышленной безопасности и охраны окружающей среды

Изучение методов контроля ионизирующих излучений

и исследование поглощающих свойств различных

материалов

Методические указания

к лабораторной работе для всех специальностей по дисциплине

Безопасность жизнедеятельности

Ухта 2005

СОДЕРЖАНИЕ

1.	Общие сведения ……………………………………..…………..…..	3
1.1.	Радиоактивные излучения и их свойства ………………………….	3
1.2.	Поражение проникающей радиацией ……………………………...	5
1.3.	Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений …	7
1.4.	Конструкция и внешний вид прибора ……………………………..	9
1.5.	Защитные свойства материалов ……………………………………	10
2.	Условия проведения работы ………………………………………..	10
3.	Порядок выполнения работы ………………………………………	11
3.1.	Подготовка прибора ДП-5В к работе и проверка его работоспособности ……………………………………………………………..	11
3.2.	Определение вида излучения контрольного радиоактивного источника ………………………………………………………………	12
3.3.	Определение слоя половинного ослабления Дпол для различных материалов (преград) ……………………………………………….	12
3.4.	Проверка справедливости формулы (2) используя в эксперименте две преграды ……………………………………………………...	14
4.	Меры безопасности …………………………………………………	15
5.	Контрольные вопросы ………………………………………………	15
	Литература …………………………………………………………..	16

Цель работы: Изучить методы контроля ионизирующих излучений, научиться пользоваться приборами радиационной разведки, проверить способность различных материалов ослаблять интенсивность ионизирующих излучений.

1. Общие сведения

1.1. Радиоактивные излучения и их свойства

Излучение радиоактивных веществ состоит из трех видов: альфа, бета и гамма.

Альфа-лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц. Альфа-частицы являются ядрами химического элемента гелия, поскольку у них массовое число равно 4, а заряд – 2. Альфа-частицы по сравнению с другими видами излучений обладают сравнительно малой проникающей способностью в воздухе они проходят путь в несколько сантиметров.

Бета-лучи – это поток электронов, имеющих электрический заряд, равный единице, а массу в 1840 раз меньше массы атома водорода. Поэтому, бета-частицы обладают большей проникающей способностью, чем альфа-частицы. В воздухе они проходят путь в несколько метров.

Гамма-лучи имеют электромагнитную природу. Они представляют поток гамма-фотонов, которые по своей сущности аналогичны световым частицам и рентгеновским лучам. Однако, гамма-фотоны обладают значительно большей энергией по сравнению со световыми частицами. Гамма-лучи обладают очень большой способностью – в воздухе они проходят путь в несколько сотен метров.

Основные параметры, характеризующие ионизирующие излучения, доза и мощность дозы излучения, поток и плотность потока частиц.

Ионизирующая способность гамма-лучей характеризуется экспозиционной дозой излучения. Единицей экспозиционной дозы гамма-излучения является кулон на килограмм (Кл/кг). Согласно стандарту, кулон на килограмм – экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 1 кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака. В практике в качестве единицы экспозиционной дозы применяют несистемную единицу рентген (Р). Рентген – это такая доза (количество энергии) гамма-излучения, при поглощении которой в 1 см³ сухого воздуха (при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст.) образуется 2,083 миллиарда пар ионов, каждый из которых имеет заряд, равный заряду электрона.

1 Р = 2,58·10^-4 Кл/кг; 1 Кл/кг = 3876 Р или 1 Кл/кг ≈ 3900 Р.

Дозе 1 P соответствует поглощение 1 г воздуха 88 эрг энергии (8,8·10^-3 Дж/кг), а 1 г биологической ткани – 93 эрг (9,З х 10^-3 Дж/кг).

Единица мощности экспозиционной дозы — ампер на килограмм (А/кг), рентген в секунду (Р/с) и рентген в час (Р/ч). Ампер на килограмм равен мощности экспозиционной дозы, при которой за время, равное одной секунде, сухому атмосферному воздуху передается экспозиционная доза кулон на килограмм:

1 Р/с = 2,58·10^-4 А/кг;

1 А/кг= 3876 Р/с или 1 А/кг ≈ 3900 Р/с = 14·10⁶ Р/ч;

1 Р/ч = 7,167•10^-8 А/кг.

Процесс ионизации атомов нейтронами отличен от процесса ионизации гамма-лучами. Поток нейтронов измеряется числом нейтронов, приходящихся на квадратный метр поверхности, - нейтрон/м². Плотность потока - нейтрон/(м²·с).

Степень тяжести лучевого поражения главным образом зависит от поглощенной дозы. Для измерения поглощенной дозы любого вида ионизирующего излучения Международной системой измерений «СИ» установлена единица грэй (Гр); в практике применяется внесистемная единица — рад. Грэй равен поглощенной дозе излучения, соответствующей энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облучаемому веществу массой 1 кг. Для типичного ядерного взрыва один рад соответствует потоку нейтронов (с энергией, превышающей 200 эВ) порядка 5·10¹⁴ нейтрон /м²: 1 Гр=1 Дж/кг =100 рад= 10 000 эрг/г.

Распространяясь в среде, гамма-излучение и нейтроны ионизируют её атомы и изменяют физическую структуру веществ. При ионизации атомы и молекулы клеток живой ткани за счет нарушения химических связей и распада жизненно важных веществ погибают или теряют способность к дальнейшей жизнедеятельности.

1.2. Поражение проникающей радиацией

При воздействии проникающей радиации у людей и животных может возникнуть лучевая болезнь. Степень поражения зависит от экспозиционной дозы излучения, времени, в течение которого эта доза получена, площади облучения тела, общего состояния организма. Экспозиционная доза излучения до 50 – 80 Р (0,013—0,02 Кл/кг), полученная за первые четверо суток, не вызывает поражения и потери трудоспособности у людей, за исключением некоторых изменений крови. Экспозиционная доза в 200 – 300 Р, полученная за короткий промежуток времени (до четырех суток), может вызвать у людей средние радиационные поражения, но такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не вызывает заболевания. Здоровый организм человека способен за это время частично вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.

При установлении допустимых доз излучения учитывают, что облучение: может быть однократным или многократным. Однократным считается облучение, полученное за первые четверо суток. Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, является многократным. При однократном облучении организма человека в зависимости от полученной экспозиционной дозы различают четыре степени лучевой болезни.

Лучевая болезнь первой (легкой) степени возникает при общей экспозиционной дозе излучения 100 – 200 Р (0,026 – 0,05 Кл/кг). Скрытый период может продолжаться две-три недели, после чего появляются недомогание, общая слабость, чувство тяжести в голове, стеснение в груди, повышение потливости, может наблюдаться периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание лейкоцитов. Лучевая болезнь первой степени излечима.

Лучевая болезнь второй (средней) степени возникает при общей экспозиционной дозе излучения 200 – 400 Р, (0,05 – 0,1 Кл/кг). Скрытый период длится около недели. Лучевая болезнь проявляется в более тяжелом недомогании, расстройстве функций нервной системы, головных болях, головокружениях, вначале часто бывает рвота, понос, возможно повышение температуры тела; количество лейкоцитов крови, особенно лимфоцитов, уменьшается более чем наполовину. При активном лечении выздоровление наступает через 1,5—2 мес. Возможны смертельные исходы – до 20 %.

Лучевая болезнь третьей (тяжелой) степени возникает при общей экспозиционной дозе 400—600 Р (0,1 – 0,15 Кл/кг). Скрытый период – до нескольких часов. Отмечают тяжелое общее состояние, сильные головные боли, рвоту, понос с кровянистым стулом, иногда потерю сознания или резкое возбуждение, кровоизлияния в слизистые оболочки и кожу, некроз слизистых оболочек в области десен. Количество лейкоцитов, а затем эритроцитов и тромбоцитов резко уменьшается. Ввиду ослабления защитных сил организма появляются различные инфекционные осложнения. Без лечения болезнь в 20—70 % случаев заканчивается смертью, чаще от инфекционных осложнений или от кровотечений.

При облучении экспозиционной дозой более 600 Р (0,15 Кл/кг) развивается крайне тяжелая четвертая степень лучевой болезни, которая без лечения обычно заканчивается смертью в течение двух недель.

По многочисленным данным, собранным в Хиросиме и Нагасаки, отмечены следующие степени поражения людей после воздействия на них однократных доз излучения:

1100 – 5000 Р – 100% смертность в течение одной недели;

550 – 750 Р – смертность почти 100%; небольшое количество людей, оставшихся в живых, выздоравливает в течение примерно 6 месяцев;

400 – 500 Р – все пораженные заболевают лучевой болезнью, смертность около 50 %;

270 – 330 Р – почти все пораженные заболевают лучевой болезнью, смертность 20 %;

180 – 220 Р – 50 % пораженных заболевают лучевой болезнью;

130 – 170 Р – 25 % пораженных заболевают лучевой болезнью;

80 – 120 Р – 10 % пораженных чувствует недомогание и усталость без серьезной потери трудоспособности;

0 – 50 Р — отсутствие признаков поражения.

Если же период облучения будет больше четырех суток, то в облученном организме начинают протекать процессы восстановления пораженных клеток. Эффективность воздействия на организм человека однократной дозы излучения с течением времени после облучения составляет через: 1 неделю – 90 %, 3 недели – 60 %, 1 месяц – 50 %, 3 месяца – 12 %.

1.3. Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений

Для обнаружения и измерения радиоактивных излучений используют следующие методы: фотографический, химический, сцинтилляционный, ионизационный.

Фотографический метод основан на измерении степени почернения фотоэмульсии под воздействием радиоактивных излучений. Гамма-лучи, воздействуя на молекулы бромистого серебра, содержащиеся в фотоэмульсии, выбивают из них электроны связи. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее появлении.

Химический метод основан на определении изменений цвета некоторых химических веществ под воздействием излучений. Так, например, хлороформ при облучении распадается с образованием соляной кислоты, которая накопившись в определенном количестве, обесцвечивает краситель, добавленный к раствору хлороформа. Сравнивая окраску среды с имеющимся эталоном, можно определить дозу радиоактивных излучений.

Сцинтилляционный метод основан на том, что под воздействием радиоактивных излучений некоторые вещества испускают фотоны видимого света. Возникающие при этом вспышки света (сцинтилляции) могут быть зарегистрированы.

Ионизационный метод под воздействием излучений в изолированном объеме происходит ионизация газа: электрически нейтральные атомы (молекулы) газа распределяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этом объеме поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле. При наличии электрического поля в ионизированном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т.е. через газ проходит электрический ток, называемый ионизационным. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излучений.

Приборы, работающие на основе ионизационного метода, имеют принципиально одинаковое устройство (см. рис 1.).

	1 – газоразрядный счетчик; 2 – усилитель ионизационного тока; 3 – нагрузочное сопротивление; 4 – регистрирующее устройство (микроамперметр); 5 – источник питания.
Рисунок 1. Принципиальная схема работы дозиметрических приборов на основе ионизационного метода

1.4. Конструкция и внешний вид прибора

Прибор состоит из измерительного пульта (1) (рис. 2.), блока детектирования (3), соединённого с пультом при помощи гибкого кабеля (2) длиной 1,2 м. На блоке детектирования вмонтирован контрольный источник (4).

Рисунок 2. Прибор ДП-5В

Пульт состоит из следующих основных узлов: кожуха, основания, шасси, платы преобразователя, крышки отсека питания.

Кожух, основание и крышка отпрессованы из прессматериала, обладающего высокой механической прочностью.

На верхнюю лицевую часть кожуха (рис. 3.) выходят:

Рисунок 3. Вид прибора сверху

тумблер подсвета шкалы микроамперметра (1);

шкала микроамперметра (2);

переключатель поддиапазонов на 8 положений (3);

кнопка сброса показаний (4).

1.5. Защитные свойства материалов

Защитные свойства материалов характеризуются слоем половинного ослабления, при прохождении которого интенсивность излучения или нейтронов уменьшится в два раза.

Если защитная преграда состоит из нескольких слоёв различных материалов, то подсчитывают степень ослабления К для каждого слоя в отдельности и результаты перемножают:

, (1)

, (2)

где К – коэффициент ослабления одного защитного слоя материала;

К_осл – общий коэффициент защиты преграды, состоящего из i-го количества слоев различных материалов;

Н – толщина слоя материала;

Д_пол – толщина слоя материала, ослабляющего излучение в два раза.