В начало

Определение уровня радиации (Лабораторная работа)

 

Цель работы: ознакомление студентов с общими сведениями об ионизирующих излучениях, научить измерять дозы облучения, пользуясь различными дозиметрами; научить пользоваться нормативными документами; практическое использование результатов измерений для оценки степени радиационной опасности в реальной ситуации   

 

1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В природе есть небольшое количество химических элементов, ядра атомов которых распадаются самопроизвольно. Этот процесс сопровождается ионизирующим излучением в виде альфа (a), бета (b) и гамма (g)-излучений.

Самопроизвольный распад ядер атомов некоторых химических элементов назвали радиоактивностью, а сами элементы и их излучения - соответственно радиоактивными элементами и радиоактивными излучениями

Альфа-излучение - это поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20000 км/с. Они обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью. Пробег в воздухе не превышает 11 см. В мягких тканях человека пробег a-частиц измеряется микронами.

Бета-излучение- поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Их скорость приближается к скорости света. По сравнению с a-излучением они обладают большей проникающей способностью.

Гамма-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение. Оно обладает большой проникающей способностью и малым ионизирующим действием.

Естественными радиоактивными элементами являются ряд тория, ряд урана и ряд актиния. В процессе их распада образуется целый ряд новых радиоактивных элементов, происходит испускание альфа-и бета- частиц, а также гамма-лучей. Для характеристики устойчивости ядер относительно распада пользуются понятием о периоде полураспада, равном времени, в течение которого исходное количество ядер данного вещества распадается наполовину. Период полураспада для различных радиоактивных элементов колеблется в огромных пределах: от 109 лет до 10с.

Мера радиоактивности какого – либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени называется АКТИВНОСТЬЮ (А).

Единицей активности является беккерель (Бк).

Использовавшаяся ранее внесистемная единица активности кюри (Ки) составляет 3,7х1010 к).

Ионизирующие излучения имеют ряд общих свойств:

- способность проникать через материалы различной толщины;

- ионизировать воздух и живые клетки организмов.

Для оценки биологических эффектов при действии ионизирующих излучений на живые организмы принято использовать понятие ПОГЛОЩЕННОЙ ДОЗЫ (D) – величины энергии ионизирующего излучения, переданной веществу

В системе СИ за единицу поглощенной дозы принимается Грей (Гр). 1 Грей - это такая поглощенная доза, при которой 1 кг облучаемого вещества поглощает энергию в 1 Дж.

1 Гр = 1 Дж/кг.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад.

1 рад = 10-2 Гр или 1 Гр=100 рад.

 

Для разных видов излучения биологический эффект, при прочих равных условиях (в т.ч. при одинаковой поглощенной дозе), оказывается различным. Основной величиной для оценки биологического действия излучения любого состава является эквивалентная доза. Эквивалентная доза - это поглощенная доза (Д) в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного излучения (W).

 

 

Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является Зиверт (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада (БЭР). 1 Зв = 100 бэр.

Величины взвешивающих коэффициентов приведены в табл.1.

 

Таблица 1

Вид излучения

W

Рентгеновское и гамма-излучение

1

Бетта-излучение

1

Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ

20

Нейтроны с энергией меньше 20 КэВ

3

Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ

10

 

Последствия облучения зависят при данных условиях от органов и частей тела, подвергшихся облучению. Для учета этого фактора введено понятие ЭФФЕКТИВНОЙ ДОЗЫ (Е). Эффективная доза – величина, используемая как мера риска возникновения определенных последствий всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

       Единицей эффективной дозы является зиверт (Зв).

       Важным параметром, определяющим радиационную обстановку на территории, загрязненной гамма-излучающими радионуклидами, является экспозиционная доза. Экспозиционная доза – это мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия, когда поглощенная энергия излучения в некотором объеме среды равна суммарной кинетической энергии ионизирующих частиц, образованных фотонным излучением в том же объеме среды:

       В системе СИ единицей экспозиционной дозы 1 кулон на килограмм (кл/кг). Внесистемной, но широко используемой единицей экспозиционной дозы является рентген (Р). Рентген – это такая доза гамма-излучения, при которой в 1см3 воздуха при нормальных физических условиях (температура воздуха равна 00С, атмосферное давление равно 760 мм рт.ст.) образуется 2,08 х 109 пар ионов.

1Р=2,58·10-4 кл/кг

1кл/кг=3,88·103Р.

Оперативный контроль радиоактивной обстановки, которая определяет опасность воздействия облучения, а также планирование мероприятий биологической защиты и ее эффективности, осуществляют по величине мощности дозы.

Мощность дозы - это доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час).

  (мощность поглощенной дозы);

 

             (мощность экспозиционной дозы);

 

            (мощность эквивалентной дозы);

 

II.    ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Биологическое действие радиоактивных излучений характеризуется ионизацией атомов и молекул организма, в результате чего происходит разрыв нормальных молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений. Это, в свою очередь, ведет к нарушению нормальных биологических процессов обмена веществ в живых клетках.

Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем облучении (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении. Биологический эффект ионизирующих излучений зависит от величины суммарной дозы и времени воздействия излучения, от вида радиации, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма.

       В случае неравномерного облучения организма человека необходимо учитывать различную радиочувствительность биологических тканей и органов. Условия неравномерного облучения могут возникнуть при проникновении в организм человека (или животного) иода-131. Этот радионуклид практически полностью сосредотачивается в щитовидной железе и основная дозовая нагрузка будет приходиться на этот орган. То же происходит при накоплении кальция-45, стронция-90, радона-226 - они концентрируются в минеральной части скелета и могут длительное время служить источником внутреннего облучения организма. Отсюда следует гигиеническое правило номер один - при выпадении даже слаборадиоактивных атмосферных осадков защищать свои выступающие “минеральные части скелета” - это прежде всего кости черепа, принимающие на себя основное количество осадков и при этом защищенные всего лишь тонким кожным покровом. Любой головной убор, а лучше зонт или другая защита от дождя, предохранит от ненужной дозы радиации.

 

Естественный и техногенный фон. Уровни облучения в нормальных условиях

 

Все живое на земле находится под воздействием радиационного фона. Он складывается из двух составляющих: естественного фона и, так называемого, техногенного, который является следствием технической деятельности человека. Естественный фон формируется за счет излучения из космоса и излучения радиоактивных элементов земной коры: урана, радия, тория и др. Вследствие использования в строительстве материалов с включениями естественных природных радионуклидов некоторые объекты гражданской городской застройки показывают уровни выше, чем окружающие их здания и ландшафт. Такими причинами могут быть прежде всего гранитные ступени и облицовка, использование кварцевого песка при производстве бетонных блоков и силикатного (белого) кирпича. В любом случае при работе на местности с прибором СРП-88Н или ДБГ – 06Т в предлагаемой лабораторной работе обратите внимание на то, что показания его будут различными, но не выше, чем в приведенной табл. 2, где приведены допустимые значения мощности дозы гамма-излучения. Используйте эти данные для выводов.

 

Таблица 2

Радиационный уровень

Единица СИ,
Зв/ч

Внесистемная единица, Р

Естественный (нормальный)

0,1 - 0,2 мкЗв

10 - 20 мкР

Допустимый

0,2 - 0,6 мкЗв

20 - 60 мкР

 

Основные регламентируемые величины техногенного облучения

Установлены следующие категории облучаемых лиц:

1        персонал – лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

2        все население – все лица, включая персонал вне работы с источниками ионизирующего излучения.

Для категорий облучаемых лиц в соответствии с нормами радиационной безопасности (НРБ-99)установлены три класса нормативов:

- основные пределы доз (ПД)(приведены в табл.3);

- допустимые уровни монофакторного воздействия, являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА), и другие;

- контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

 

Таблица 3

 

Пределы доз

Персонал
(группа А)

Население

Эффективная доза

20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год

1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год

Эквивалентная доза за год в хрусталике глаза

150 мЗв

15 мЗв

коже

500мЗв

50 мЗв

кистях и стопах

500 мЗв

50 мЗв

 

Примечания:

1        Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем нормируемым величинам.

2        Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.

 

III ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ РАДИАЦИИ ПРИБОРАМИ СРП-88Н и ДБГ-06Т

 

А. Измерение уровня радиации прибором СРП-88Н

 

Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используют следующие методы: фотографический, химический, ионизационный, сцинцилляционный.

В данной лабораторной работе для измерения ионизирующих излучений прибором СРП-88Н использован сцинцилляционный метод, который заключается в следующем: некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий) под воздействием ионизирующих излучений светятся. Количество вспышек пропорционально мощности дозы излучения и регистрируются с помощью фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). В ФЭУ энергия этих световых вспышек (сцинцилляций) через посредство фотоэффекта преобразуется в импульсы электрического тока.

Благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими методами сцинцилляционный нашел широкое применение для измерения ионизирующих излучений. К числу этих преимуществ относятся:

-  универсальность с точки зрения возможности регистрации ионизирующих излучений практически любых видов;

-  возможность измерения энергии исследуемых частиц или квантов;

-  высокая эффективность регистрации g-излучения.

 

Пульт прибора и блок детектирования соединены кабелем через разъем. Блок детектирования содержит фотоумножитель типа ФЭУ-85 с кристаллом NaJ (TL) размером 25x 40 мм (кристаллы находятся в торце блока в месте расположения резинового колпачка). Делитель ФЭУ смонтирован на панели. Пульт прибора СРП-88Н состоит из устройства индикации комбинированного УНК-01Н и узла питания низковольтного ПНН-159Н, механически соединенных винтами, а электрически - через разъем ПИТАНИЕ. Органы управления и индикации выведены на единую лицевую панель.

 

Назначение прибора СРП-88Н

 

Прибор сцинцилляционный СРП-88Н (рис.1) предназначен для косвенных измерений радиоактивности по гамма-излучению при радиометрической съемке местности. Прибор измеряет естественное гамма-излучение при начальном энергетическом пороге регистрации не более 50 кэв. Диапазон измерений потока гамма-излучений составляет от 10 до 3×104 с-1. Конструктивно прибор состоит из двух блоков: пульта и блока детектирования.

 

Подготовка прибора к работе и проверка на работоспособность

 

Для подготовки прибора СРП-88Н к работе необходимо:

1. Извлечь из укладочного ящика пульт прибора 7, блок детектирования 8 и держатель 3.

2. Установить органы управления на устройстве индикации УНК-01Н в исходное состояние:

- переключатель "ПОРОГ" 5 - в положение ВЫКЛ;

- переключатель "ДИАПАЗОН" 6 - в положение "1".

3. Подключить блок детектирования 8 к разъему пульта.

4. Включить прибор, установив переключатель "ПОРОГ" 5 из положения "выкл" в положение "БАТ", при этом стрелочный индикатор 2 показывает напряжение батарей. Средняя отметка шкалы индикатора соответствует напряжению 3,5 В.

 

 
5. Включить прибор, установить переключатель "ПОРОГ" в положение "0" и приложить блок детектирования кристаллом к месту расположения контрольного источника 4. При этом стрелка индикатора должна отклоняться, на табло видны показания и должны прослушиваться щелчки звукового сигнализатора, частота которых увеличивается при приближении кристалла к месту расположения контрольного источника.

6.     Установить переключатели "ПОРОГ" 5 в положение ИЗМ, "ДИАПАЗОН" 6 в положение "03".

7.     Через 1 минуту после включения прибора приставить торец блока детектирования (без резинового колпачка) вплотную к месту расположения контрольного источника, совместив торец блока детектирования с окружностью на пульте.

Зафиксировать не менее трех показаний цифрового табло и вычислить среднее арифметическое значение Ризм.

8. Отвести торец блока детектирования от места расположения контрольного источника на расстояние не менее 0,5 метра, зафиксировать не менее трех измерений и вычислить среднее арифметическое значение Рф .

9.    Определить действительное значение показаний Рg -1), от контрольного источника по формуле

где К - коэффициент, учитывающий изменение активности источника во времени, равный 0,84.

Если действительное значение показаний прибора Рg от контрольного источника соответствует величине 1,950 ± 0,195, прибор работоспособен и готов к работе.

 

Для измерения уровня радиации:

- установить переключатель "ДИАПАЗОН" в положение "0,1" и "0,3";

- снять показания с цифрового табло прибора.

При измерении уровня радиации для представления информации в единицах мощности экспозиционной дозы (мкР/ч) достаточно показания прибора разделить на значение чувствительности блока детектирования и умножить на 1000.

Примечание: значение чувствительности блока детектирования данного прибора 3,586 с-1×м2×мг-1.

Задание

1.      Изучить теоретическую часть работы.

2.      Замерить уровень радиации в трех точках на территории университета согласно прилагаемому плану (рис.2) и устному распоряжению преподавателя. Результаты занести в табл. Результатов измерений уровня радиации (таблица4 ).

3.      Сделать выводы.

Таблица 4

Место измерения уровня радиации (номер точки)

Показания цифрового табло СРП-88Н

Уровень радиации

мкР

Примечание

1

2

3

 

 

 

 

Отчет должен содержать заполненную таблицу и выводы по работе.

 

Б. Измерение мощности эквивалентной дозы прибором ДБГ-06Т

Назначение прибора ДБГ-06Т

 

Дозиметр ДБГ-06Т предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы окружающей среды или мощности экспозиционной дозы на рабочих местах, в смежных помещениях и на территории предприятий, использующих радиоактивные вещества и другие источники ионизирующих излучений, в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения.

Дозиметр обеспечивает измерение мощности дозы в двух режимах работы «Поиск» и «Измерение».

Дозиметр в режиме работы «Измерение» обеспечивает измерение мощности эквивалентной дозы окружающей среды в диапазоне от 0,10 мкЗв/ч до 99,99мкЗв/ч или мощности экспозиционной дозы в диапазоне от 0,010 до 9,999 мР/ч.

В режиме работы «Поиск» дозиметр обеспечивает измерение мощности эквивалентной дозы окружающей среды в диапазоне от 1,0 до 999,9мкЗв/ч или мощности экспозиционной дозы от 0,10 до99,99 мР/ч.

Время измерения в режиме работы «Измерение» не превышает 45 с, в режиме работы «Поиск» - 4-5 с.

 

Подготовка прибора к работе

 

1.      Произвести внешний осмотр. Установить в отсеке питания батарею «Корунд», соблюдая полярность.

2.      Включить дозиметр, для чего установить переключатель диапазона в одно из положений: мР/ч или мкЗв/ч, а переключатель режимов работы в положение КОНТР.

3.      Осуществить сброс показаний нажатием кнопки СБРОС.

4.      На цифровом табло при правильном функционировании счетных устройств дозиметра и пригодности источника питания должно устойчиво отображаться число 0515 (без учета запятых) при нажатии кнопки подсветки шкалы индикатора.

5.      Прибор готов к работе.

 

Порядок работы

1        Установить переключатель режимов работы в положение ПОИСК, переключатель поддиапазонов измерения в положение мР/ч или мкЗв/ч.

2.      Произвести сброс показанием нажатием кнопки СБРОС.

3.      Определить направление излучения по максимальным показаниям на цифровом табло, ориентируя дозиметр в пространстве. Отсчет показаний производится непосредственно в единицах установленного поддиапазона измерения.

4.      В режиме работы «Поиск» смена информации на цифровом табло осуществляется автоматически в такт с миганием запятой в младшем разряде.

5.      Для повышения точности измерения при уровнях мощности дозы в пределах до 99,99мкЗв/ч или до 9,999мР/ч определение действительного значения целесообразно производить в положении ИЗМЕР, переключателя режима работы.

6.      В режиме работы «Измерение» на цифровом табло отображаются нули во всех разрядах и мигает запятая в младшем разряде. Отсчет показаний производится в конце цикла измерения в момент прекращения мигания запятой младшего разряда. Показания на цифровом табло сохраняются до момента нажатия кнопки СБРОС и запуска дозиметра на новый цикл измерения.

7.      При уровнях мощности дозы, превышающих предельные значения, на цифровом табло отображается переполнение – высвечивается символ «П» и отсутствует мигание запятой младшего разряда.

8.      При отображении переполнения в режиме работы «Измерение» переключатель режимов работы перевести в положение ПОИСК.

 

Задание

1.      Изучить теоретическую часть работы.

2.      Измерить уровни радиации на трех точках на территории университета согласно устного распоряжения преподавателя. Результаты занести в таблицу результатов измерений уровня радиации (табл.5)

3.      Сделать выводы.

 

Таблица 5

Место измерения уровня радиации (номер точки)

Уровень радиации

МкР

Примечание

 

 

 

 

 

 

 

 

 


PSN 2000 рублей PlayStation Network
PSN 2000 рублей PlayStation Network


iTunes Gift Card (Россия) 500 рублей
iTunes Gift Card (Россия) 500 рублей


Разблокировка ZTE Blade A3
Разблокировка ZTE Blade A3