Волинський національний університет імені Лесі Українки

Кафедра загальної фізики та методики викладання фізики

Інструкція до лабораторної роботи.

Тема: Вимірювання потужності дози рентгенівського і гама-випромінювання та бета- променів індивідуальними дозиметрами.

Мета:

Ознайомитись із особливостями будови та принципом роботи радіометра бета- гама випромінювання РКС-20.03 “Прип’ять” та методикою дозиметричних вимірювань за його допомогою.

Прилади і матеріали:

1. Радіометр бета- гама-випромінювання РКС-20,03”Прип”ять”.

2. Уранова руда.

Література:

1. Кабардин О.Ф. Практикум по ядерной физике. - М.: Просвещение, 1965.

2. Давидюк Г. Є., Калапуша Л. Р., Булатецький В. О. Посібник для лабораторних робіт з квантової фізики. - Луцьк.: Видавництво ЛДПІ ім. Лесі Українки, 1992, с. 93.

3. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. ІІІ. - М.: Наука, 1988.

4. Завацький В.І., Грейда Б.П., Зимовін А.І., Павлів Л.В., Чижик В.В. Соціальні та медико-біологічні особливості життєдіяльності дітей і дорослого населення, які постраждали внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС. – Луцьк.: Надстир’я, 1994, с.91.

Завдання:

1. Виміряти природний радіоактивний фон в лабораторії, на подвір’ї університету, біля бетонної стіни, гранітної глиби, дороги.

2. Виміряти потужність дози, яку створює уранова руда.

3. Дати відповіді на контрольні питання.

Теоретичні відомості:

Основною характеристикою радіоактивного випромінювання препарату є його активність.

Для кількісної оцінки дії іонізуючого випромінювання на різні об’єкти в дозиметрії вводять поняття дози випромінювання. Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.

Експозиційна доза є кількісною характеристикою рентгенівського випромінювання і γ-випромінюванням. Вона чисельно рівна відношенню сумарного заряду іонів одного знаку, створених в певному об’ємі повітря до маси повітря в цьому об’ємі. , (1) .

Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р). Це така експозиційна доза, при якій в результаті повної іонізації в 1 см³ сухого повітря (при 0⁰С і 760 мм. рт. ст.) утворюються іони, які мають сумарний заряд 1од. СГСq. В 1 см³ повітря масою 0,001293 г утворюється 2,08·10⁹ пар іонів. Тому 1Р=2,58·10^-4 або 1 =3880 Р. Дозу віднесену до часу називають потужністю дози: , ; позасистемна одиниця - це дуже велика одиниця, тому використовують менше значення ;

Вплив іонізуючого випромінювання на біологічні об’єкти залежить від енергії поглинутого випромінювання. Для характеристики цього показника використовують поглинуту дозу.

Поглинута доза – це відношення енергії, переданої випромінюванням речовини до маси цієї речовини. За одиницю поглинутої дози прийнято грей 1Гр=1 . (2).

В радіобіології використовується рад. Це така поглинута доза, при якій 1г речовини передається енергія будь-якого виду випромінюється в 100 ерг. 1 Гр=100 рад.

Між одиницями поглинутої і експозиційної дози рад і рентген існує співвідношення 1Р=88 .

В 1г повітря поглинається енергія 88 ерг при експозиційній дозі 1 Р. Х=0,88 Д , X=f·D (3).

Для води і м’яких тканин людини f=1. Отже, доза випромінювання в радах чисельно рівна відповідній експозиційній дозі в рентгенах. Для кісткової тканини f змінюється із збільшення енергії фотонів від 4,5 до 1. Проте різні типи випромінювання навіть при одній і тій же поглинутій дозі будуть чинити різну дію.

В дозиметрії прийнято порівнювати біологічні ефекти, зумовлені різним опроміненням з ефектами від рентгенівського та γ-випромінювання.

Коефіцієнт k, який показує в скільки разів ефективність біологічної дії даного випромінювання більша ніж рентгенівського або γ-випромінювання називають коефіцієнтом якості. В радіобіології його називають відносною біологічною ефективністю ВБЕ.

• Фотонне випромінювання, β-промені – 1;

• теплові нейтрони з Е<20 кеВ – 3;

• нейтрони з Е=0,1- 10 МеВ, протони з Е<10 МеВ – 10;

• α-випромінювання, важкі ядра віддачі – 20.

Вводять поняття еквівалентної дози D_екв=k·D (4).

Одиницею еквівалентної дози є Зіверт.

Позасистемною одиницею є Бер. 1Зв=100 Бер.

1 зіверт рівний такій поглинутій дозі будь-якого виду випромінювання, яка викликає в тканинах такий самий біологічний ефект, як 1 грей рентгенівського або гама- випромінювання:

1 Бер = 0,01 Зв ( 5)

Основну частину опромінення населення землі отримує від природних джерел радіації: річної дози від земних джерел і від космічних.

Рiвнi земної радіації різні в різних місцях земної кулі і залежать від концентрації радіонуклідів в різних ділянках земної кори. Наприклад в Індії (штат Керала ) біля 70 тис. людей живе в районі, де внаслідок виходу на поверхню мінералів, які містять торій річна доза природного опромінення в 10 разів більша від загальносвітової.

ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина отримує від природних джерел радіації надходить від радіоактивних речовин, що понадають в організм з їжею, водою і повітрям. Найбільш вагомим із усіх природних джерел радіації є важкий інертний газ радон. Він виділяється із земної кори. Особливий інтерес являє найбільш довго живучий ізотоп з періодом піврозпаду 3,83 доби. Деяка частина радону накопичується пиловими, аерозольними, смолистими відкладеннями в дихальних шляхах. Тому радонова небезпека різко збільшується для шахтарів і курців. Велику небезпеку для людини мають продукти розпаду радону і . Вони на відміну від радону хімічно активні, дуже міцно утримуються організмом і сильно діють на організм потужним небезпечним α-випромінюванням. Іншими джерелами радіації є вугілля, фосфати.

Людина створила також ряд штучних джерел радіації. За останні 40 років кожна людина піддавалася опроміненню радіоактивними осадами, які утворилися в результаті випробування атомної зброї в атмосфері.

Під дією радіоактивного випромінювання в тканинах людини відбувається збудження і іонізація атомів, яка приводить до розриву хімічних зв’язків в молекулах біологічних тканин, до запуску ланцюгових хімічних реакцій. Внаслідок цих явищ утворюються нові хімічні сполуки, дуже шкідливі для здоров’я людини.

Таблиця 2.

Генетичні	Соматикостохастичні	Соматичні
Мутація генів, хромосомів.	Скорочення тривалості життя. Лейкози . Пухлини різних органів і тканин. Пригнічення імунної системи організму.	Гостра променева хвороба. Хронічна променева хвороба. Локальна променева хвороба.

В 2936 р. в Гамбурзі був відкритий пам’ятник рентгенологам і радіологам всіх націй, які віддали життя, працюючи з іонізуючим випромінюванням. На пам’ятнику було зазначено 110 прізвищ. Без перебільшень можна сказати, що весь перший загін дослідників радіоактивних речовин і іонізуючого випромінювання, який загинув внаслідок шкідливої дії ядерної радіації, кожен рік зростає, особливо після Чорнобильської катастрофи.

Природний фон складається з 3 видів радіоактивного випромінювання: космічні промені, радіоактивні ізотопи в харчових продуктах і в Земній корі.

Фактори природного фону	Потужність дози (Бер/рік)
Космічні промені	0,04
Харчі	0,03
Земні породи	0,03
Природний фон	0,1

Науково-технічний прогрес привів до збільшення природного фону зв’язаного з телебаченням (на 0,004 Бер\рік), рентгенологічними дослідженнями ( на 0,01 Бер/рік), з транспортом (на 0,01 Бер/рік). Необхідно розрізняти два види опромінення людського організму: зовнішнє і внутрішнє. При зовнішньому опромінені найбільш небезпечними є радіоактивні промені, які мають велику проникну здатність. До них належать рентгенівські і гама-промені, потік нейтронів. Всі види опромінення не мають електричного заряду і тому глибоко проникають в організм людини. Особливо небезпечні нейтрони, які мають велику масу і тому створюють велику руйнівну дію (таб. 1). Заряджені частинки мають велику поглинальну здатність і затримуються в одязі і в роговому покритті шкіри. Тому при зовнішньому опромінені вони створюють дуже великий руйнівний ефект, але їх роль міняється при внутрішньому опромінені, коли радіоактивні нукліди з пилом попадають в організм людини.

Вченими було встановлено наступні максимальні дози опромінення:

для населення - 0,5 Бер\рік ( для електромагнітного опромінення 50мкР/год.);

для обслуговуючого персоналу ядерних реакторів (які працюють в даних умовах 8 років) - 5 Бер/рік;

одноразова доза опромінення (протягом короткого проміжку часу)-25 Бер/рік.

Всі ці допустимі дози були розраховані на основі теорії, де вважається, що доза 25-30 Бер, яку протягом життя може набрати людина, не впливає на стан здоров’я людини. Останні дослідження, зв’язані з ЧАС вносять великі поправки в цю теорію.

Внаслідок того, що в багатьох речовинах, особливо в гранітах, в різних мінералах знаходяться радіоактивні ізотопи, предмети виготовлені з цих речовин створюють додатковий радіоактивний фон.

Наприклад:

бетонні приміщення -0,4Бер/рік;

цегельний будинок -0,1 Бер/рік;

дерев’яний будинок -0,03 Бер/рік.