- •Введение
 - •1 Краткие сведения из атомной и ядерной физики
 - •1.1 Строение атома
 - •1.2 Атомное ядро, изотопы
 - •1.3 Радиоактивность и радиоактивный распад
 - •1.4 Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля ионизирующего излучения
 - •2 Доза излучения. Единицы дозы излучения
 - •2.1 Поглощенная доза
 - •2.2 Эквивалентная доза
 - •2.3 Эффективная эквивалентная доза облучения
 - •2.4 Коллективная эквивалентная доза облучения
 - •2.5 Экспозиционная доза фотонного излучения
 - •2.6 Гамма – постоянная радионуклида
 - •3.1 Цезий
 - •3.3 Стронций-90
 - •3.4 Трансплутониевые радионуклиды
 - •4 Радиоактивные материалы и окружающая среда
 - •4.1 Естественная радиация
 - •4.1.1 Космическое излучение
 - •4.1.2 Земное излучение
 - •4.2 Изменение естественного радиоактивного фона
 - •4.2.1 Использование излучений в медицине
 - •4.2.1.1 Медицинская диагностическая рентгенография
 - •4.2.1.2 Диагностическая радиационная медицина
 - •4.3 Испытания ядерного оружия
 - •4.4 Промышленные процессы и естественные радионуклиды
 - •4.5 Радиация и атомная энергетика
 - •4.5.1 Производство электроэнергии на АЭС в условиях нормальной эксплуатации
 - •4.5.1.1 Добыча и переработка урановых руд
 - •4.5.1.2 Производство ядерного топлива
 - •4.5.1.3 Эксплуатация реакторов
 - •4.5.1.4 Переработка ядерного топлива
 - •4.5.1.5 Транспортировка радиоактивных материалов
 - •4.5.1.6 Долговременные перспективы
 - •5 Обстановка после Чернобыльской аварии
 - •5.1 Авария и аварийные меры на площадке
 - •5.2 Последствия аварии на ЧАЭС
 - •6 Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути облучения организма человека
 - •6.1 Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ
 - •6.2 Пути внешнего облучения
 - •6.3 Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов
 - •6.3.1 Ингаляционное поступление радионуклидов
 - •6.3.2 Поступление радионуклидов с продуктами питания
 - •6.4 Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и содержания радионуклидов в продуктах питания
 - •6.4.1 Допустимые уровни годовой суммарной эффективной дозы
 - •6.5 Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания
 - •7 Взаимодействие заряженного излучения с веществом
 - •7.1 Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом
 - •8 Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом
 - •8.1 Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
 - •8.2 Ослабление излучения в веществе
 - •8.3 Фотоэффект
 - •8.4 Комптон-эффект
 - •8.5 Эффект образования пар
 - •9 Ионизационный метод регистрации излучения
 - •9.1 Принципы регистрации излучения
 - •9.2 Физические основы газовой проводимости
 - •9.2.1 Подвижность ионов
 - •9.2.1.1 Рекомбинация ионов
 - •9.3 Вольт–амперная характеристика газового разряда
 - •9.4 Ионизационные камеры. Принципы работы и общие характеристики
 - •9.4.4 Импульсные камеры
 - •9.5 Пропорциональный счетчик
 - •9.5.1 Принцип действия
 - •9.5.2 Механизм газового разряда
 - •9.5.3 Рабочие характеристики
 - •9.5.4 Конструкция и применение пропорциональных счетчиков
 - •9.6.1 Особенности газового разряда
 - •9.6.2 Рабочие характеристики
 - •10 Сцинтилляционные детекторы
 - •10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора
 - •10.2 Фосфоры
 - •10.2.1 Органические монокристаллы
 - •10.2.2 Жидкие фосфоры
 - •10.2.3 Пластики
 - •10.2.4 Неорганические монокристаллы
 - •10.3 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
 - •10.3.1 Особенности регистрации излучений
 - •11 Полупроводниковые детекторы
 - •11.1 Зонная теория проводимости
 - •11.2 Примесные полупроводники
 - •11.4 Диффузионно-дрейфовые детекторы
 - •12 Спектрометрия излучений
 - •12.1 Основные виды спектрометров и их характеристики
 - •12.2 Энергетические спектрометры
 - •12.3 Методы построения спектрометров
 - •13 Методы дозиметрии
 - •13.1 Термолюминесцентные дозиметры
 - •13.2 Фотографический метод дозиметрии
 - •13.2.1 Сенситометрические характеристики фотографических материалов
 - •14 Методы отбора и подготовки проб для радиометрических измерений
 - •14.1 Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования почв
 - •14.2 Полевое агрохимическое и радиологическое обследование почв
 - •14.2.1 Выделение элементарных участков
 - •14.3 Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
 - •14.4 Формирование объединенных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
 - •14.5 Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения радионуклидов не проводилась обработка почвы
 - •14.6 Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов для агрохимических анализов
 - •14.7 Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов
 - •15 Математическая обработка результатов измерений
 - •15.1 Методы и средства измерения
 - •15.2 Погрешность измерения действительных величин
 - •15.3 Статистическая точность измерения
 - •Список литературы
 
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования
«Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»
Ю. М. Жученко
Радиационные методы измерений в биогеохимических
объектах
Учебное пособие
для студентов 5 курса специальности 1-31 01 01 02 «Биология
(научно-педагогическая деятельность)»
Гомель 2008
  | 
	СОДЕРЖАНИЕ  | 
	
  | 
Введение...................................................................................................................  | 
	5  | 
|
1  | 
	Краткие сведения из атомной и ядерной физики .....................................  | 
	6  | 
1.1  | 
	Строение атома ...............................................................................................  | 
	6  | 
1.2  | 
	Атомное ядро, изотопы ..................................................................................  | 
	9  | 
1.3  | 
	Радиоактивность и радиоактивный распад..................................................  | 
	11  | 
1.4Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля
ионизирующего излучения ....................................................................................  | 
	17  | 
|
2  | 
	Доза излучения. Единицы дозы излучения .............................................  | 
	20  | 
2.1  | 
	Поглощенная доза.........................................................................................  | 
	20  | 
2.2  | 
	Эквивалентная доза ......................................................................................  | 
	21  | 
2.3  | 
	Эффективная эквивалентная доза облучения..............................................  | 
	23  | 
2.4  | 
	Коллективная эквивалентная доза облучения .............................................  | 
	24  | 
2.5  | 
	Экспозиционная доза фотонного излучения ...............................................  | 
	25  | 
2.6  | 
	Гамма – постоянная радионуклида. .............................................................  | 
	27  | 
3  | 
	Основные делящиеся и радиоактивные материалы и их свойства .....  | 
	29  | 
3.1  | 
	Цезий .............................................................................................................  | 
	31  | 
3.2  | 
	Йод.................................................................................................................  | 
	32  | 
3.3  | 
	Стронций-90 ..................................................................................................  | 
	33  | 
3.4  | 
	Трансплутониевые радионуклиды ...............................................................  | 
	34  | 
4  | 
	Радиоактивные материалы и окружающая среда..................................  | 
	36  | 
4.1  | 
	Естественная радиация .................................................................................  | 
	36  | 
4.2  | 
	Изменение естественного радиоактивного фона ........................................  | 
	40  | 
4.3  | 
	Испытания ядерного оружия........................................................................  | 
	42  | 
4.4  | 
	Промышленные процессы и естественные радионуклиды ........................  | 
	43  | 
4.5  | 
	Радиация и атомная энергетика ...................................................................  | 
	45  | 
5  | 
	Обстановка после Чернобыльской аварии..............................................  | 
	48  | 
5.1  | 
	Авария и аварийные меры на площадке ......................................................  | 
	48  | 
5.2  | 
	Последствия аварии на ЧАЭС ......................................................................  | 
	53  | 
6  | 
	Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути  | 
	
  | 
облучения организма человека ..........................................................................  | 
	60  | 
|
6.1  | 
	Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ ........................................  | 
	61  | 
6.2  | 
	Пути внешнего облучения ............................................................................  | 
	62  | 
6.3  | 
	Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов .......................  | 
	63  | 
6.4Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и
содержания радионуклидов в продуктах питания ................................................  | 
	69  | 
|
6.5  | 
	Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания..............  | 
	72  | 
7  | 
	Взаимодействие заряженного излучения с веществом ..........................  | 
	78  | 
7.1  | 
	Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом ......................  | 
	78  | 
7.2  | 
	Взаимодействие β-частиц с веществом .......................................................  | 
	84  | 
8  | 
	Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом ...............  | 
	93  | 
  | 
	2  | 
	
  | 
8.1  | 
	Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение ......................  | 
	
  | 
	94  | 
||||
8.2  | 
	Ослабление излучения в веществе...............................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	94  | 
||
8.3  | 
	Фотоэффект...................................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	99  | 
8.4  | 
	Комптон-эффект .........................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	101  | 
8.5  | 
	Эффект образования пар  | 
	............................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	103  | 
|
9  | 
	Ионизационный метод регистрации излучения....................................  | 
	
  | 
	
  | 
	105  | 
|||
9.1  | 
	Принципы регистрации излучения ............................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	105  | 
||
9.2  | 
	Физические основы газовой ..............................................проводимости  | 
	
  | 
	
  | 
	108  | 
|||
9.3  | 
	Вольт–амперная характеристика ...................................газового разряда  | 
	
  | 
	
  | 
	111  | 
|||
9.4  | 
	Ионизационные камеры. ...Принципы работы и общие характеристики  | 
	115  | 
|||||
9.5  | 
	Пропорциональный счетчик.......................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	124  | 
||
9.6  | 
	Счетчик Гейгера–Мюллера........................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	130  | 
||
10  | 
	Сцинтилляционные детекторы ...............................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	140  | 
||
10.1  | 
	Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного  | 
	
  | 
|||||
детектора...............................................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	140  | 
|
10.2  | 
	Фосфоры......................................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	142  | 
10.3  | 
	Фотоэлектронный умножитель ......................................................(ФЭУ)  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	148  | 
||
11  | 
	Полупроводниковые детекторы ..............................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	153  | 
||
11.1  | 
	Зонная теория проводимости .....................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	153  | 
||
11.2  | 
	Примесные полупроводники ......................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	155  | 
||
11.3  | 
	Поверхностно–барьерные .........................................................детекторы  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	160  | 
||
11.4  | 
	Диффузионно-дрейфовые ........................................................детекторы  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	160  | 
||
12  | 
	Спектрометрия излучений.......................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	163  | 
||
12.1  | 
	Основные виды спектрометров ...............................и их характеристики  | 
	
  | 
	
  | 
	163  | 
|||
12.2  | 
	Энергетические спектрометры...................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	168  | 
||
12.3  | 
	Методы построения спектрометров...........................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	170  | 
||
12.4  | 
	Спектрометры  | 
	с  | 
	линейным  | 
	энергетическо–амплитудным  | 
	
  | 
||
преобразованием ..................................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	170  | 
|
13  | 
	Методы дозиметрии ..................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	174  | 
|
13.1  | 
	Термолюминесцентные дозиметры ...........................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	174  | 
||
13.2  | 
	Фотографический метод ........................................................дозиметрии  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	181  | 
||
14  | 
	Методы отбора и подготовки проб для радиометрических  | 
	
  | 
|||||
измерений ............................................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	188  | 
|
14.1  | 
	Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования  | 
	
  | 
|||||
почв  | 
	..................................................................................................................  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	189  | 
14.2  | 
	Полевое агрохимическое ...........и радиологическое обследование почв  | 
	
  | 
	190  | 
||||
14.3  | 
	Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при  | 
	
  | 
|||||
агрохимическом и радиологическом ...........................................обследовании  | 
	
  | 
	
  | 
	192  | 
||||
14.4  | 
	Формирование  | 
	объединенных  | 
	почвенных  | 
	образцов  | 
	при  | 
	
  | 
|
агрохимическом и радиологическом ...........................................обследовании  | 
	
  | 
	
  | 
	194  | 
||||
14.5  | 
	Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения  | 
	
  | 
|||||
радионуклидов не проводилась ..............................................обработка почвы  | 
	
  | 
	
  | 
	195  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	3  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
14.6  | 
	Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов  | 
	
  | 
для агрохимических анализов .............................................................................  | 
	197  | 
|
14.7  | 
	Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов ......  | 
	198  | 
15 Математическая обработка результатов измерений ...........................  | 
	201  | 
|
15.1  | 
	Методы и средства измерения ...................................................................  | 
	201  | 
15.2  | 
	Погрешность измерения действительных величин...................................  | 
	203  | 
15.3  | 
	Статистическая точность измерения .........................................................  | 
	206  | 
Список литературы ............................................................................................  | 
	210  | 
|
4
Введение
Противорадиационная защита человека и природной среды требует особой заботы и внимания в связи с широким и крупномасштабным использованием атомной энергии. Поэтому важное значение приобретают количественные характеристики поля ионизирующего излучения, формируемого различными источниками, а так же физические величины, определяющие характеристики источников излучения и последствия воздействия ионизирующего излучения на объекты живой и неживой природы, методы и средства их измерения.
Применяемая человеком атомная энергия, принося несомненную пользу, таит в себе, к сожалению, потенциальную опасность, реализуемую в аварийных ситуациях, источником возникновения которых оказываются либо недостаточная квалификация ответственных лиц, либо преступная небрежность и халатность. Анализ радиационных инцидентов, случившихся в разных странах, показывает, что большая часть из них обусловлена именно этими причинами. Это подтверждают и наиболее крупные аварии, такие, как авария на американской АЭС в 1979 г., авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г., инциденты на границе при попытке перевозки радиоактивных материалов.
В этой связи острым является вопрос об уровне профессиональной культуры, необходимым элементом которой должно быть понимание природы опасных факторов, сопутствующих развитию новых технологий, и тех реальных последствий, которые они могут вызвать. Пути повышения профессиональной культуры разнообразны, но все они связаны с подготовкой и повышением квалификации кадров в области радиационного контроля, важнейшей составляющей которого является радиометрия, спектрометрия и дозиметрия ионизирующих излучений.
5
