Самостоятельная работа № 8

ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Цель работы: познакомиться с алгоритмом дозиметрических расчетов доз облучения от природных источников ионизирующего излучения.

Задача 1. Космическое излучение образует у поверхности земли на широте Луганской области в среднем N = 24 пары ионов в объеме воздуха V = 1 см³ за время t = 10 с. Определить экспозиционную дозу облучения, полученное человеком в данной местности в течение года.

Решение

Сначала следует определить массу воздуха в данном объеме. Для этого запишем уравнение состояния идеального газа

из которого найдем массу воздуха при нормальних условиях

кг,

где μ = 29·10^-3 кг/моль – молярная масса воздуха, Р = 10⁵ Па – атм. давление, R = 8,31 Дж/(кг·К) – универсальная газовая постоянная.

Суммарный заряд ионов одного знака, которые образуются в указанном объеме, определяем по формуле

Кл,

де е = 1,6·10^-19 Кл – единичный электрический заряд.

Далее находим мощность дозы облучения

А/кг.

Экспозиционную дозу, полученную человеком при ионизации воздуха космическим излучением, можно найти по формуле

Кл/кг,

де t₁ – время, за которое определяется экспозиционная доза, с.

Полученный результат выразим в рентгенах, воспользовавшись (8.4)

мР.

Задание для самостоятельной работы № 8

На расстоянии r₁ от точечного источника γ-излучения мощность экспозиционной дозы равна Х. Определить время t, в течение которого можно находиться на расстоянии r₂ от данного источника, если предельно допустимая экспозиционная доза равна D = 5,16·10^-6 Кл/кг. Поглощением γ-квантов в воздухе пренебречь. Данные для расчета взять из табл. 8.4.

Таблица 8.4

№ варианта	r1, cм	r2, м	Х · 10-6, А/кг
1	20	2	3,0
2	25	3	3,5
3	30	4	3,0
4	20	5	4,5
5	20	6	4,0
6	25	7	6,0
7	30	7	4,0
8	20	8	3,0
9	25	5	4,0
10	30	6	3,0
11	20	7	4,5
12	25	8	4,0
13	30	5	3,3
14	20	6	4,0
15	25	7	3,0
16	30	8	4,0
17	20	5	3,5
18	25	6	4,0
19	30	7	4,0
20	20	8	3,5
21	25	5	4,5
22	30	6	3,5
23	20	7	2,8
24	25	8	5,0
25	30	5	4,0
26	20	6	3,5
27	25	7	3,0
28	30	8	2,5
29	20	5	4,0
30	25	6	4,5

Практическое занятие № 8

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

Цель работы: познакомиться с конструкцией и принципом действия дозиметра, усвоить методику измерения радиационного фона на рабочих местах, научиться определять эффективную дозу облучения.

Приборы и инструменты: дозиметр ДКГ-01Д «Гарант».

Теоретическая часть

Радиационная безопасность населения– система мероприятий по защите не только современного человечества, но и будущих поколений от вредного действия ионизирующего излучения (ИИ).

ИИ при взаимодействии со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Наиболее опасным для человека является γ-излучение при внешнем облучении и α-излучение – при внутреннем. Источники ИИ делятся на естественные и искусственные.

Естественный радиационный фон(ЕРФ) – доза излучения, создаваемая космическими лучами и природными радионуклидами, содержащимися в земле, воде, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека. ЕРФ присутствует везде и всегда, его уровень в разных регионах колеблется относительно некоторого среднего значения, зависит от высоты территории над уровнем моря и геологического строения конкретного района. Нормальным считается уровень внешнего облучения тела до 0,2 мкЗв/ч (до 20 мкР/ч), а максимальным безопасным – 0,5 мкЗв/ч (до 50 мкР/ч).

Поглощенная доза облучения накапливается в организме, ее суммарное значение за всю жизнь не должно превышать 0,1 – 0,7 Зв, где верхняя граница интервала относится к жителям высокогорных районов и районов с повышенной естественной радиоактивностью почв, подземных вод и горных пород.

Годовые показатели облучения организма человека на уровне моря от различных природных источников имеют следующий вид: космическое излучение – 0,3 мЗв/год (на высоте 2 км втрое больше); почва и горные породы – 0,5 мЗв/г (на гранитах около 1 мЗв/год); строительные конструкции зданий – 0,3 мЗв/год; еда – до 0,02 мЗв/год; питьевая вода – до 0,01 мЗв/год (при ежедневном потреблении 2 литров); воздуха – 0,2...20 мЗв/год (радон и продукты его распада).

Кроме природных существуют также разовые облучения: флюорография, рентген легких – до 3 мЗв, рентгеновский снимок у зубного врача – 0,2 мЗв, перелет на самолете – 0,005...0,020 мЗв/ч (основной вклад от солнечной радиации при полете на высоте около 10 км, максимальные значения в период солнечной активности), сканеры (интроскопы) в аэропортах - до 0,001 мЗв за один акт проверки.

ИИ, применяемое в медицине для диагностики и лечения (флюорография, рентгенография и компьютерная томография) при чрезмерном применении может нанести вред здоровью, поэтому установлена максимальная эффективная доза облучения от данных источников – 1 мЗв.

Кроме медицины природные и искусственные источники ИИ (γ- и рентгеновского излучения, нейтронов), в том числе и большой мощности, применяются для физических, физико-химических и биологических исследований, для дефектоскопии (контроля качества внутренней структуры материалов), при поисках полезных ископаемых, скважинных исследованиях и т.д.

Для работы с источниками ИИ нужна надежная биологическая защита персонала, четкое соблюдение норм радиационной безопасности. Человеческий организм не способен с помощью своих органов чувств воспринимать наличие радиоактивных веществ и их излучения, поэтому необходимы специальные измерительные приборы – дозиметрическая и радиометрическая аппаратура.

Радиометры– используются для измерения плотности потока и мощности доз ионизирующего излучения, а также активности радионуклидов.

Спектрометрыпредназначены для изучения распределения излучений по энергии, заряду и массам, то есть для детального анализа образцов материалов, являющихся источниками ИИ.

Дозиметры– применяют для измерения индивидуальной эквивалентной дозы и мощности доз рентгеновского, β - и γ-излучений в диапазоне энергий от 0,05 до 3 МэВ. Наиболее распространенными моделями дозиметров является ДКГ и ДКС (индивидуальные), МКС (дозиметр-радиометр), по классу точности и опциями они делятся на бытовые и профессиональные, по конструкции – на переносные и стационарные.

В качестве детектора радиации обычно применяют счетчик Гейгера-Мюллера, β-фильтр изготавливается двухслойным из меди и свинца, защищая со всех сторон датчик. Широкий диапазон измерений и высокая точность и надежность в работе характерные только для приборов профессионального класса, но их цена значительно выше, чем у бытовых моделей. Для радиометрических приборов характерно значительное рассеяние отсчетов (до 40%), поэтому для уменьшения погрешности результатов хотя бы до 15% увеличивают количество и время опытов.

Производители уменьшают погрешность приборов за счет повышения чувствительности, увеличивая количество и качество детекторов ионизирующего излучения (газоразрядных счетчиков или различных видов сцинтилляторов) в радиометрических приборах.

Дополнительные погрешности приборов также вызывают: температура, отличная от комнатной (меняет параметры электрической схемы на 15%), повышенная влажность и конденсат (на 10%), степень заряженности батареи (на 10%), вариации космического излучения. Все упомянутые факторы вместе образуют интегральную погрешность.

Периодическая поверка и калибровка приборов радиационной безопасности проводится один раз в год – это стандартный временной интервал для аппаратуры. Бытовые радиометры и дозиметры поверке не подлежат – их можно сверить по новым, недавно купленным или только поверенным приборам, проводя параллельные замеры в режиме повышенной точности, «на ровном поле».

Результаты измерений, полученные с помощью бытовых приборов, не могут быть использованы для официальных заключений государственными органами. Для этого нужна профессиональная и сертифицированная аппаратура, которая получила государственную поверку, и квалифицированный специалист, способный правильно провести измерения, выполнить расчеты и оформить результаты.

Рис. 8.2 – Дозиметр ДКГ-01Д

Для выполнения лабораторной работы используется дозиметр ДКГ-01Д «Гарант» (рис. 8.2), он разработан в 2008 году с использованием современной элементной базы и программных решений. Назначение данного прибора – измерения эквивалентной мощности γ-излучения, эквивалентной дозы γ-излучения, работа в качестве датчика при мониторинге местности, работа в качестве съемного блока детектирования в многоканальных системах.

Данный дозиметр измеряет γ-излучения в широком диапазоне мощностей доз. Благодаря высокой чувствительности детектора результат измерений на уровне естественного фона может быть получен за довольно короткое время. ДКГ-01Д оборудован большим графическим дисплеем, который дает возможность различать информацию с расстояния более десяти метров.