- •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
|
T1/ 2 |
T биол. |
|
|
T эфф. |
|
|
T биол. |
|
|
T1/ 2 |
|
|
(1.15)
Тэфф. может значительно отличаться от Т1/2 и Тбиол..
Тбиол., то Тэфф. = Тбиол. и если Т1/2 << Тбиол., то Тэфф. =
Нередко на практике требуется определить степень равновесности η(t) дочернего радионуклида по отношению к материнскому.
Допустим, что в радиоактивном препарате в начальный момент времени t = 0 активность материнского радионуклида была Q1(0) с
периодом полураспада |
T |
1 |
, активность дочернего Q2(0) с периодом |
|||
|
||||||
1/ 2 |
||||||
полураспада |
1 |
2 |
. Тогда через промежуток времени t для простой |
|||
/ 2 |
||||||
|
T |
|
|
|
|
|
изобарной цепочки степень равновесности дочернего радионуклида
по |
|
отношению |
|
|
|
|
к |
материнскому |
||
η(t) = Q2(t) / Q1(t) будет: |
|
T11/ 2 T12/ 2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
t |
1 |
|
|
0.693 |
|
|
|
t |
|
|
T1 / 2 |
2 |
1 e |
|
T11/ 2 |
T12/ 2 |
|
|
|
(1.16) |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
T1 / 2 T1 / 2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Откуда время t, при котором достигается равновесие материнского и дочернего радионуклидов (в практике η принимают
равным 0.97) будет: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
T |
1 |
|
T |
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
ln 1 |
1/ 2 |
|
1/ 2 |
T |
1 |
T |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
T |
1 |
|
|
|
1/ 2 |
1/ 2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.17) |
||
t |
|
1/ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0,693 |
|
T |
1 |
T |
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1/ 2 |
|
1/ 2 |
|
|
|
1.4 Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля ионизирующего излучения
Постановлением Госстандарта от 8 февраля 1984 г. утверждены «Методические указания РД 50–454–84; внедрение и применение ГОСТ 8.417–81 «ГСИ. Единицы физических величин в области ионизирующих излучений».
Наряду с Международной системой единиц используются внесистемные единицы активности и дозовые характеристики полей ионизирующих излучений.
Употребляемое количество радиоактивных веществ принято выражать не в единицах массы, а в единицах активности радионуклида. Объясняется это следующими причинами: если количество применяемых радиоактивных веществ очень мало,
17
измерение их массы часто представляет большие трудности; препараты обычно находятся в запаянных ампулах и не могут быть извлечены без серьезных затруднений; радиоактивные вещества часто используют в смеси с нерадиоактивными; одинаковые количества разных веществ обычно обладают различной активностью, которая со временем уменьшается.
Активность радионуклида в источнике – отношение числа dNo спонтанных ядерных переходов из определенного ядерноэнергетического состояния радионуклида, происходящих в данном его количестве за интервал времени dt, к этому интервалу:
Q |
|
dN 0 |
|
|
(1.18) |
dt |
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Самопроизвольное |
ядерное |
превращение |
называют |
радиоактивным распадом.
За единицу активности радионуклида в источнике в СИ принимают Беккерель (Бк). (Антуан Анри Беккерель (1852-1908)– французский физик, открыл радиоактивность солей урана.)
Беккерель равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один спонтанный переход из определенного ядерно-энергетического состояния этого радионуклида.
Применяют также дольные и кратные единицы мкБк, мБк, сБк,
КБк, МБк и др.
Внесистемная единица активности – Кюри (Ки).
(Пьер Кюри (1859—1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867 – 1934) – французские физики, открывшие радиоактивность полония и радия).
Кюри – это единица активности радионуклида в источнике, равная активности нуклида, в котором происходит 3,7 1010 актов распада в 1 с (активность 1 г 226Ra приближенно равна 1 Ки).
Внесистемная единица активности кюри связана с Беккерелем следующим образом:
1Ки = 3,7 1010 расп./с = 3,7 1010 Бк; 1Бк = 2,7 10–11 Ки.
В радиометрии применяются удельная Qm (Бк/кг), объемная Qv (Бк/м3), молярная Qmol (Бк/моль) и поверхностная Qs (Бк/м2) активности источников.
Между активностью (Бк) и массой радиоактивных веществ (г) существует определенная связь.
18
Если во взятом количестве радиоактивного вещества будет происходить в каждую секунду Q распадов, то общее число атомов N, дающее эту активность, будет равно активности вещества, деленной на постоянную распада λ, с-1, т. е. N = Q/λ:
N |
Q |
|
Q T1 / 2 |
|
|
0,693 |
|||
|
|
(1.19)
Общее количество радиоактивного вещества в граммах т, дающего активность вещества Q = 1 Бк, равно:
|
|
A |
|
|
m N |
|
|
|
|
|
L |
|
||
|
||||
|
|
0 |
|
где:
А – атомная масса данного радионуклида, г; Lo = 6,02 1023 (моль)-1 – число Авогадро; A/Lo – масса одного атома.
Подставляя данные, получаем массу вещества
(Бк):
(1.20)
(г) активностью Q
m Q |
T1 / 2 |
|
A |
24 |
Q A T1 / 2 |
0,693 |
23 |
2,4 10 |
|||
|
|
6,02 10 |
|
|
(1.21)
Активность
Q |
m |
|
24 |
|
|
|
2,4 10 |
|
Q (Бк) любого
|
|
4,17 10 |
23 |
|
|
|
|
|
|||
A T1 / 2 |
A T1 / 2 |
||||
|
радионуклида массой m (г) равна:
m |
(1.22) |
|
Пример
Определить массу 1 Бк 210Ро (T1/2 = 138 сут., A = 210).
Решение
По формуле (1.21) определяем:
23 15 г
m 0,24 10 210 138 24 60 60 6,01 10
Пример
Определить активность 1 г 226Ra (T1/2 = 1620 лет, A = 226).
Решение
По формуле (1.22) определяем:
|
4,17 1023 |
10 |
Бк |
|
Q |
|
3,61 10 |
||
226 1620 365 24 60 60 |
||||
|
|
|
19