Точечный источник

ЛЕКЦИЯ №10. Расчет доз от внешнего ионизирующего излучения

Для определения дозы или мощности дозы в какой-либо точке можно использовать либо дозиметрическое оборудование, либо расчетные методы. Конечно, специалисту проще и надежней проникнуть на определенную территорию самому и померить фактический уровень радиации на месте. Но не всегда есть возможность для такого подхода. Например, при уровнях радиации превышающих предельно допустимые для человека или при проектировании рабочих мест, где только еще будут использоваться источники излучения. В данных случаях необходимо знание ситуации без непосредственных измерений.

Как правило, для расчета дозы, создаваемой некоторым источником, необходимо знание следующей информации:

1. Радиоизотопный состав источника. Зная радиоизотопный состав, мы сможем определить виды излучения и их энергию. При этом следует знать характеристики излучений:

Вид излучения	Пробег в воздухе	Пробег в био. ткани	Удельная ионизация, пар ионов/см пути
α	<0,1 м	n∙10^-4 см	100-250 тыс.
β	<25 м	<1 см	50-100
γ	100-150 м	-	n

2. Количество каждого радиоизотопа (либо m (г), либо A (Бк)).

3. Геометрия источника (точечный, линейный, плоскостной, объемный и т.д.).

Соотношение между активностью радиоактивных препаратов и дозой, создаваемой их гамма-излучением. Для установления соотношения между активностью радиоактивного препарата и экспозиционной дозой, создаваемой им, используют гамма-постоянную K_γ. Гамма-постоянная для определенного изотопа определяет мощность экспозиционной дозы (Р/ч), создаваемую 1 мг изотопа на расстоянии 1 см. Для каждого изотопа гамма-постоянная своя.

Для точечного источника с активностью А (мКи) доза излучения Х (P), создаваемое за время t (ч), на расстоянии R (см) выражается формулой:

.

Соответственно мощность экспозиционной дозы:

.

Как видно из формул уровень радиации уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.

Соотношение между экспозиционной дозой и поглощенной дозой. Поскольку при одной и той же энергии гамма-квантов и частиц в 1 г биологической ткани, разной по химическому составу, поглощается различное количество энергии, поглощенную в тканях дозу измеряют в радах расчетным путем по формуле:

D_погл=Х·f_k

f_k – переходной коэффициент, значение которого зависит от энергии излучения и от рода поглощающей ткани (атомного номера и плотности).

Если в воздухе доза излучения в 1 Р энергетически эквивалентна 88 эрг / г, то поглощенная энергия для этой среды составит 88:100 = 0,88 рад. Таким образом, для воздуха поглощенная доза, равная 0,88 рад, соответствует экспозиционной дозе в 1 Р. Переходный коэффициент обычно определяют опытным путем. Для воды и мягких тканей коэффициент f _тк округленно принят за единицу (фактически он составляет 0,93). Следовательно, поглощенная доза в радах численно почти равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Для костной ткани коэффициент f _к=2…5.

Соотношение между поглощенной дозой и эффективной дозой. В нормах радиационной безопасности (НРБ-99) все основные пределы доз для персонала и населения приведены в Зивертах. Соответственно и все наши вычисления должны быть приведены к единицам измерения эффективной дозы. Для эффективной дозы 1 мкЗв =100 мкР.

Пользуясь НРБ-99 можно упростить процесс вычисления, обойдя процесс преобразования доз из одной в другую. В нормах уже приведены значения эффективной дозы, приходящейся на единичный гамма-квант (или частицу), с определенной энергией. Например, при облучении персонала гамма-квантами значения доз и допустимой плотности потока приведены в таблице 0.1. Этих двух параметров достаточно для определения полной дозы облучения.

Таблица 0.2. Значения эффективной дозы и среднегодовые допустимые плотности потока моноэнергетических фотонов для лиц из персонала при внешнем облучении всего тела.

Энергия фотонов, МэВ	Эффективная доза на единичный флюенс, 10^–10 Зв·см^2	Среднегодовая допустимая плотность потока, ДППперс, см^–2·с^–1	Керма в воздухе на единичный флюенс, 10^–12 Гр/см^2
*ИЗО	**ПЗ	*ИЗО	**ПЗ
1,0-2	0,0201	0,0485	1,63+05	6,77+04	7,43
1,5-2	0,0384	0,125	8,73+04	2,62+04	3,12
2,0-2	0,0608	0,205	5,41+04	1,62+04	1,68
3,0-2	0,103	0,300	3,24+04	1,08+04	0,721
4,0-2	0,140	0,338	2,31+04	9,65+03	0,429
5,0-2	0,165	0,357	1,99+04	9,12+03	0,323
6,0-2	0,186	0,378	1,77+04	8,63+03	0,289
8,0-2	0,230	0,440	1,42+04	7,44+03	0,307
1,0-1	0,278	0,517	1,18+04	6,33+03	0,371
1,5-1	0,419	0,752	7,79+03	4,33+03	0,599
2,0-1	0,581	1,00	5,61+03	3,28+03	0,856
3,0-1	0,916	1,51	3,54+03	2,17+03	1,38
4,0-1	1,26	2,00	2,59+03	1,63+03	1,89
5,0-1	1,61	2,47	2,02+03	1,32+03	2,38
6,0-1	1,94	2,91	1,69+03	1,12+03	2,84
8,0-1	2,59	3,73	1,26+03	8,73+02	3,69
1,0	3,21	4,48	1,01+03	7,33+02	4,47
2,0	5,84	7,49	5,63+02	4,38+02	7,55
4,0	9,97	12,0	3,28+02	2,73+02	12,1
6,0	13,6	16,0	2,38+02	2,05+02	16,1
8,0	17,3	19,9	1,89+02	1,64+02	20,1
10,0	20,8	23,8	1,56+02	1,38+02	24,0

* ИЗО – изотропное (2π) поле излучения.

** ПЗ – облучение параллельным пучком в передне-задней геометрии.

В НРБ-99 используется такой параметр, как доза на единичный флюенс (Зв · см ²). Единичный флюенс – 1 частица на 1 см ².

Флюенс частиц Ф - отношение dN/dα, где dN количество частиц, падающих на сферу с площадью поперечного сечения dα

Ф = dN/dα, м ^-2

Плотность потока частиц п - отношение dN/(dα ^. dt), где dN - количество частиц, падающих на сферу с площадью поперечного сечения dα за интервал времени dt:

n = dN/(dα dt), м ^{-2 .}с^-1

Расчет эффективной (эквивалентной) дозы производится по формуле:

, [ Зв / год ]

φ – плотность потока фотонов, [ фот. /(см ²· с)];

t – время облучения, с/год.

Радиационное загрязнение местности (плоскостной источник)

Допустимая доза по нормам особого периода не должна превышать: при однократном облучении (в течение четырех суток) более 50 Р; при многократном: в течение месяца – 100 Р, квартала – 200 Р и года – 300 Р.

Для определения экспозиционной дозы облучения в результате ядерного взрыва (или аварии на радиационно-опасном объекте) необходимы данные об уровне загрязнения местности спустя некоторое время после происшествия (Р_изм). Затем значение уровня загрязнения местности необходимо выразить через мощность экспозиционной дозы, при условии, что 1 Ки / км ² эквивалентен 15 мкР / ч. Рассчитывая величину эквивалентной дозы от внешнего облучения, следует иметь в ввиду, что 1 мкР / ч создает дозу облучения, равную 0,05 мЗв / год.

Экспозиционную дозу облучения Х можно рассчитать из выражения:

, (1)

где Р_х – средний уровень радиации за время t пребывания человека в зоне заражения;

t_p – продолжительность работы, ч;

К_осл – коэффициент ослабления радиации, определяемый по прил. 1.

Определение допустимой продолжительности пребывания в зоне заражения по установленной дозе облучения позволяет оценить целесообразные действия людей на зараженной местности. Для оценки необходимо иметь следующие исходные данные:

а) Р ₁ – уровень радиации через 1 час после ядерного взрыва, определяемый из выражения:

, (2)

где Р_изм – измеренный уровень радиации в некоторый момент времени, Р/ч;

К ₂ – коэффициент пересчета уровня радиации на некоторое время t, прошедшее после взрыва. Он определяется по таблице, приведенной в прил. 2;

б) t_н – время начала пребывания в зоне заражения, в часах;

в) Д_доп – допустимая (установленная, заданная) доза облучения, Р.

Вначале рассчитывают относительную величину «а» (ее значение необходимо для вхождения в график) из выражения:

.

Зная значения «а» и время t_н, по графику прил. 3 определяют допустимую продолжительность пребывания людей t_p на зараженной местности.

Определение потребного количества смен для выполнения работ в условиях заражения местности позволяет исключить переоблучение при выполнении заданного объема работ. Для правильного распределения сил и средств по сменам возникает необходимость расчета требуемого количества смен. Требуемое количество смен N определяется делением суммарной дозы облучения Х_сум, которая может быть получена за время работ, на допустимую дозу облучения (Д_доп) для каждой смены, то есть

.

Суммарная доза облучения Х рассчитывается по формуле:

,

где Р_н - уровень радиации (Р/ч) в начале пребывания в зоне заражения на время t_н.

Уровень радиации Р_н определяется из выражения:

,

где К ₂ – коэффициент пересчета на время t_н, определяемый по прил. 2;

Р_к – уровень радиации в конце пребывания в зоне заражения на время t_к, определяемое из соотношения (где t_р - продолжительность работы, ч).

Затем рассчитывают относительную величину «а» из выражения (3) и, пользуясь графиком (прил. 3), определяют начало и продолжительность работы каждой смены.

----------------------------------------------------------------

Рекомендации по безопасному поведению на случай ядеpного взpыва. 1. Носите светлую одежду: она хуже воспламеняется от светового излучения.2. Носите темные очки, шиpокополую шляпу или кепи с козыpьком, светлые пеpчатки.3. Заметив вспышку, отвеpнитесь, пpыгните в тень, упадите в стоpону от взpыва, пpикpойте голову одеждой, спpячьте кисти pук под себя. Ждите взpывной волны.4. Не скpывайтесь за обьектом, котоpоый может на Вас упасть при опрокидывании или разрушении от взpывной волны.5. После пpохождения взpывной волны двигайтесь со всех ног от центpа взpыва, но не по ветpу, чтобы выйти из разносимого ветром радиоактивного следа.6. Не селитесь возле атомных pеактоpов, железнодоpожных узлов, секpетных заводов и дpугих объектов, котоpые взрывоопасны и соблазнительны для бомбаpдиpовки.7. Выберите для обитания маленькую страну без амбиций, в спокойном регионе.8. Радиоактивные осадки наиболее опасны в первые дни. За два дня уровень гамма-излучения на следе радиоактивного облака снижается до 1% от первоначального уровня! Иными словами, Ваша задача – отсидеться.9. Если запретесь в помещении, имейте в виду следующее. Один кубический метp воздуха обеспечивает жизнь человека в течение 1,5 часа. Лимитиpующий фактоp – накопление углекислого газа.10. Обpазующийся пpи ядеpном взpыве электpо-магнитный импульс повpеждает электpонную аппаpатуpу (в том числе выключенную).11. Имейте в запасе механические часы.12. Хpаните каpманный pадиопpиемник в железном футляpе без щелей – для экpаниpования. Основные pадиоактивные пpодукты ядеpного взpыва: вещество пеpиод полуpаспада углеpод-14 5370 лет цезий-137 30 лет стpонций-90 28 лет циpконий-95 64 суток йод-131 8 суток В Вооруженных Силах установлены следующие предельные дозы облучения: однокpатное облучение: 50 pентген; многокpатное облучение: 100 pентген в течение месяца. Не пpименяйте к себе аpмейские пpедельные значения уpовней pадиации и доз облучения: эти значения pассчитаны на то, чтобы солдат успел выполнить "боевую задачу" до того, как его свалит лучевая болезнь. Если пpиходится жить в зоне заражения, особо важным становится огpаничение контакта с уличной пылью: 1. Чистите обувь и смывайте упавшую пpи чистке гpязь. 2. Чаще стиpайте одежду. 3. Чаще пpотиpайте пыль в жилище (не подметайте!). 4. Стаpайтесь меньше дышать пылью улицы: 5. Деpжитесь подальше от пыльных доpог. 6. Не ходите в ветpеную погоду. 7. Выбиpайте такую стоpону доpоги, чтобы ветеp не гнал пыль на Вас. 8. Пpи попадании в облако пыли задеpживайте дыхание. 9. Пpомывайте носоглотку и глаза теплой солоноватой водой каждый вечеp. Чаще мойтесь.10. На каждую фоpточку установите фильтp из ткани, смачиваемой водой.11. Воздеpжитесь от визитов "на пpиpоду" и полевых pабот.12. Пpи необходимости выполнять пыльную pаботу надевайте pеспиpатоp. Его надо вpемя от вpемени пpомывать. Питание в pадиоактивной зоне. 1. Животные, особенно pыбы, накапливают pадиоактивные вещества. Измените свой pацион в стоpону вегетаpианства. 2. Особенно много pадиоактивных веществ собиpается в костях. Не ваpите кости.3. Фpукты менее pадиоактивны, чем овощи. Наиболее pадиоактивна кожуpа, поэтому ее лучше сpезать.4. Очень много pадиоактивных веществ накапливают гpибы.5. В pадиоактивной местности остается много бесхозных садов, огоpодов. Это большой соблазн для пpедпpиимчивых меpзавцев. Пpежде чем делать большую покупку, постойте с дозиметpом возле ящиков с товаpом.6. Если сpеди pадиоактивных веществ, отpавивших сpеду, был йод, то пеpвые два месяца после заpажения следует есть больше "чистых" пpодуктов, содеpжащих йод (это pыба, моpская капуста). Такая диета ослабляет накопление pадиоактивного йода в щитовидной железе.

Контрольные вопросы

7. Свойства нейтрона: заряд, масса?

8. Свойства протона: заряд, масса?

Рекомендуемая литература

1. Оценка радиационной обстановки в чрезвычайных ситуациях: Метод. пособие для практ. занятий по дисциплине «Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность» / И.С. Асаёнок, А.И. Навоша, А.И. Машкович, К.Д. Яшин. –Мн.: БГУИР, 2003. –18 с.

Дата добавления: 2014-01-05