Защита от внешнего облучения

Защита от внешнего облучения осуществляется путем:

· сокращения времени пребывания в зоне облучения;

· уменьшения активности источника излучения;

· увеличения расстояния от источника;

· применения поглощающих экранов.

Защита без применения экрана. Как указывалось выше, чем меньше время облучения, тем меньше накопленная доза излучения. Сокращение времени облучения предполагает рациональное планирование работы с радиоактивными веществами. Время пребывания в зоне облучения не должно превышать допустимого значения t₀, определяемого формулами 64 – 66.

При работе с точечными g-источниками без экранирования экспозиционную дозу D_экв(Р) вычисляют по формулам 27а или 27б, из которых видно, что дозу можно уменьшить, не только сокращая время облучения, но и уменьшая активность источника (гамма-эквивалент) или увеличивая расстояние от него. Задаваясь допустимым уровнем D_экс,0 можно выбрать такие значения А, М, r или t, при которых будет обеспечена радиационная безопасность.

Полагая, что в формуле 27б D_экс,0 = 0,1Р в неделю и выражая расстояние от источника не в сантиметрах, а в метрах, найдем простое соотношение для определения допустимых условий работы с g-излучением без защитного экрана:

Мt/R² = 120, (68)

где М –гамма-эквивалент источника, мг-экв Rа; R – расстояние от источника, м; t – время работы, часов в неделю.

Зная любые две из этих величин, по формуле 68 можно найти третью величину, которая в этом случае является допустимой и обозначается индексом «0».

Пример 19. Рассчитать допустимое время работы без защитного экрана, если гамма-эквивалент источника М = 100 мг-экв Rа, а расстояние от источника R =2м.

Из (66) t₀ = 120 R²/М = 120 4: 100 = 4,8 ч в неделю (240 ч в год).

Увеличение расстояния от источника существенно уменьшает дозу, так как плотность потока частиц, и следовательно, мощность дозы изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния. Эта зависимость выполняется для точечных g-источников в том случае, когда можно пренебречь поглощением и рассеянием излучения на пути от источника к облучаемому объекту. На практике законом обратных квадратов широко пользуются при защите от g-излучения источников.

Пусть r₁ и r₂ – расстояния от точечного g-источника до точки измерения; p₁, р₂ и D₁, D₂ – соответствующие значения мощности экспозиционной дозы и экспозиционной дозы (время накопления доз D₁ и D₂ одинаковое). Тогда

p₁/p₂ = (r₂/r₁)²; D₁/D₂ = (r₂/r₁)² (69)

Отсюда можно найти допустимое минимальное расстояние r₀, на котором можно работать без защитного экрана. Если время работы стандартное (36 ч в неделю), то пользуются соотношением:

r₀ = r Öp_экс/p_экс.0, (70)

где р_экс,0 – средняя допустимая мощность экспозиционной дозы, см. формулу 63.

Если время облучения может отличаться от стандартного, то удобнее пользоваться формулой:

r₀= r Ö D_экс/D_экс.0, (71)

где D_экс – экспозиционная доза на расстоянии г за реальное время облучения t (ч в неделю); D_экс.0 – допустимая недельная экспозиционная доза для персонала – см. (61).

Пример 20. Во сколько раз нужно увеличить расстояние от g-источника, если измеренная мощность экспозиционной дозы на расстоянии г составляет р_экс,t⁼ 45 мР/ч и работа должна проводиться в течение t =20 ч в неделю (в остальное время недели облучение отсутствует)?

Экспозиционная доза на данном расстоянии D_экс = 45×20 = 900 мР в неделю. По (69) r₀/r = Ö9 = 3, т. е. нужно увеличить расстояние в 3 раза.

Для выполнения на большом расстоянии необходимых операций с источниками применяют захваты, дистанционные инструменты и манипуляторы.

На практике часто возникает потребность определить максимальную активность точечного источника b-излучения, с которым нужно работать без защитного экрана. Если пренебречь самопоглощением b-частиц в источнике (препарате) и их поглощением в воздухе, и считать, что в каждом распаде ядра испускается 1 b-частица, то допустимую активность A_о (Бк) можно оценить по формуле:

А_о=ДПП_A,b ×4 pr², (72)

где r – расстояние от источника, см; ДПП _A,b – допустимая плотность потока b-частиц, соответствующая времени работы t (ч в неделю) и выраженная в b-част./(см²×с).

Защита при помощи поглощающих экранов. Поглощение ионизирующих излучений в веществе широко используется для защиты от внешнего облучения. Выбор материала и толщина защитного экрана зависят от типа и энергии излучения, его проникающей способности.

Защита от a- и b-излучений. Проникающая способность a- и b-частиц характеризуется величиной их пробега в веществе. Из таблицы 19 видно, что пробег a-частиц очень мал, и защита от внешних потоков a-излучения не представляет проблемы. Слой в 10 см воздуха, тонкая фольга, лист пластиката или стекла, хирургические перчатки, одежда полностью экранируют a-частицы.

Экранирование b-излучения необходимо, особенно в тех случаях, когда плотность потока или мощность дозы b-частиц превышает допустимые значе-ния. Бета-источник с активностью порядка милликюри нельзя брать руками. Даже на значительном расстоянии от источника жесткое b- излучение может вызвать лучевое поражение кожи. Например, неэкрани-рованный b-источник ³²Р активностью 10 мКи на расстоянии 1 м создает мощность эквивалентной дозы в коже ~84 мбэр/ч, или 3 бэр за 36-часовую неделю.

Таблица 19.

Пробеги a - частиц R_a и максимальные пробеги b - частиц R_b в воздухе, мягкой биологической ткани и алюминии

a - частиц, Ra	b - частиц, Rb
Ea, МэВ	Воздух, см	Ткань, мкм	Алюми- ний, мкм	Eb, МэВ	Воздух, см	Ткань, мкм	Алюми- ний, мкм
4,0	2,5			0,1		0,14	0,07
4,5	3,0			0,3		0,84	0,40
5,0	3,5			0,6		2,27	1,07
6,0	4,6			1,0		4,38	2,067
7,0	5,9			1,5		7,12	3,30
8,0	7,4			2,0		9,84	4,52
9,0	8,9			3,0		15,30	7,74
10,0	10,6			4,0		20,60	9,84

Для защиты от b-излучения применяются широкие экраны из плексигласа, стекла, алюминия или латуни. Толщину защитного экрана из любого вещества d (см) легко определить по соотношению d = R_m /р, где р – плотность материала, г/см³; R_м – максимальный пробег b-частиц, выраженный в массовых единицах, г/см².

Плексигласовый экран толщиной 8-10 мм полностью поглощает
b-излучение большинства радионуклидов и позволяет наблюдать за источником (исследуемым объектом). Преимущество легких материалов (пластиков) состоит в том, что тормозное рентгеновское излучение, возникающее в экране при поглощении b-частиц с Е_макс<3 МэВ, имеет ничтожную интенсивность и не требует дополнительной защиты. При работе с источниками b-излучения применяются также средства индивидуальной защиты - очки и щитки из оргстекла для защиты глаз, перчатки, спецодежда.

Защита от g-излучения. Работа с g-источниками в большинстве случаев требует применения защитных экранов. Специальные меры защиты можно не применять, если гамма-эквивалент источника не превышает 0,1 мг-экв Rа или если мощность эквивалентной дозы на расстоянии 0,1 м от поверхности закрытого источника не превышает 0,001 мЗв/ ч (0,1 мбэр/ч).

Для зашиты от g-излучения применяются экраны из свинца, свинцового стекла, железа, бетона, воды и других материалов. Толщину защитного экрана рассчитывают на основании законов ослабления g-излучения в веществе.

Ослабление интенсивности узкого пучка моноэнергетического g-излучения происходит по экспоненциальному закону. Аналогичный закон имеет место и для мощности экспозиционной дозы от узкого пучка g-фотонов:

p₂=р₁×е^-mx (73)

где р₁ и р₂ – соответственно мощности экспозиционной дозы на поверхности и на глубине х поглощающего слоя; m – линейный коэффициент ослабления g - излучения данной энергии в данном веществе.

На основании этой зависимости можно определить толщину х слоя защиты из данного материала, снижающую мощность экспозиционной дозы р_экс до допустимой величины p_экс,о,

Х= 1 /m× ln(р_экс / p_экс,о) = 1/m×lnk, (74)

где х – в см, m – в см^-1, k – кратность ослабления (отношение действующей мощности дозы к допустимой).

Пример 21. Найти толщину защитного экрана из свинца, если мощность экспозиционной дозы от узкого пучка g-излучения ⁶⁰Со (Е_γ = 1,25 МэВ) составляет 700 мР/ч.

Необходимая кратность ослабления k= p_экс/р_экс,о =700/2,8 = 250. Из табл. 18 находим для свинца m = 0,67 см^-1. Искомая толщина экрана х=ln×250/0,67 = 5,52/ 0,67=8,2 см свинца.

На практике часто приходится иметь дело с широкими (расходящимися) пучками g-излучения. В этих случаях к g-фотонам, прошедшим через экран (барьер) и не испытавшим в нем поглощения и рассеяния, добавляются рассеянные экраном g-фотоны с измененным спектром энергии.

Для широкого пучка g-излучения от точечного моноэнергетического изотропного источника зависимость между мощностью экспозиционной дозы за экраном р_экс и толщиной защиты dопределяется следующей формулой:

р_экс = р_экс (0)×е ^-m×d×В, (75)

где: р_экс (0) - мощность экспозиционной дозы в точке детектирования в отсутствие защиты (вычисляется по формулам 73, 74); m – линейный коэффициент ослабления g-излучения, см ^-1; В – дозовый фактор накопления, зависящий от энергии g-излучения, материала и толщины защитного барьера.

Вычисление фактора накопления В представляет сложную задачу. Поэтому расчет защиты от g-излучения точечных источников выполняют при помощи универсальных таблиц, составленных Н. Г. Гусевым для различных веществ. Они позволяют определить толщину защиты d (мм) из свинца для широкого пучка g-излучения. Входными параметрами таблицы являются энергия g-излучения Eg, (МэВ) и расчетная кратность ослабления k. Толщина защиты d должна обеспечивать радиационную безопасность, т. е. условие
р_экс (d) = p_экс,о.Следовательно, необходимая кратность ослабления

k= p_экс/р_экс,о; k= D_экс/ D_экс,о (76)

По заданной толщине защиты можно найти кратность ослабления и, следовательно, допустимое время работы, допустимую активность g-источника и т. п. С небольшой погрешностью универсальные таблицы можно применять и для оценки защиты от протяженных g-источников.

Пример 22. Найти толщину dсвинца, если требуется уменьшить мощность экспозиционной дозы широкого пучка g-излучения ⁶⁰Со в 250 раз (то же условие, что и в предыдущем примере). По приложению 4для k = 250 и Е_g = 1,25 МэВ находим d»100 мм = 10 см свинца (здесь проведена интерполяция между значениями k, равными 200 и 500). Следовательно, необходимая толщина свинца для ослабления широкого пучка g-излучения больше, чем в случае узкого пучка (8,2 см).

Пример 23. Найти толщину свинцовой защиты от g-излучения ⁶⁰Со (Е_g= 1,25 МэВ), если гамма-эквивалент источника М = 200 мг-экв Rа, расстояние от источника r= 100 см, а время работы в течение недели t = 36 ч.

Из формулы (27) имеем D_экс = 8,4 Мt/r² = 8,4*200*36:10⁴ = 6 Р=6000 мР. Необходимая кратность ослабления дозы k = 6000/100 = 60. Находим
d= 75 мм Рb.

Пример 24. На данном расстоянии от g-источника ⁶⁵Zn (принять Е_g»1 МэВ) прибор показал р_экс,1= 700 мкР/с (1,8×10^-7 А/кг). Сколько времени (ч в неделю) можно работать на этом расстоянии, если применить свинцовый экран толщиной 60 мм? Какая потребуется толщина защиты, если активность источника нужно увеличить в 10 раз, а время работы – до 36 ч в неделю?

Решение. Для энергии Е_g = 1 МэВ и d = 60 мм Рв из Приложения 4 находим k₁ = 50, т. е. экран снижает мощность экспозиционной дозы до величины р₂= р₁/k₁ = 700:50 = 14 мкР/с = 50,4 мР/ч. В этих условиях можно работать t₀ = 100/р₂»2 ч в неделю (см. формулу 63). Новые условия требуют ослабить излучение еще в 10×36/2 раз, т. е. k₂ = 50×10×18 = 9000, что соответствует увеличению защиты до ~ 132 мм Рв.

В Санитарных правилах указывается, что при проектировании капитальной защиты от внешнего облучения необходимо вводить в расчет коэффициент запаса по мощности эквивалентной дозы, учитывающий возможные неточности и изменения в исходных данных и равный 2. При этом допустимая проектная мощность эквивалентной дозы на поверхности защиты для помещений постоянного пребывания персонала принимается равной

Р_эквпр =ПДД/2t = 1,4 мбэр/ч = 0,014 мЗв/ч. (77)

При решении задач на проектирование капитальной защиты от широкого пучка g-излучения рекомендуется расчетную кратность ослабления умножить на 2, т. е. оперировать величиной k' = 2k.

Дата добавления: 2014-11-06