Способы защиты от ионизирующего излучения
Защита от негативных последствий излучения и некоторые способы уменьшения дозы облучения указаны ниже. Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.
Защита временем и расстоянием
Для точечного источника экспозиционная доза определяется соотношением:
X = kg A t /r2, (34.6)
из которого видно, что она прямо пропорциональна времени и обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника.
Отсюда следует естественный вывод: для уменьшения поражающего радиационного действия необходимо находиться как можно дальше от источника излучения и по возможности меньшее время.
Защита материалом
Если расстояние до источника радиации и время облучения не возможно выдержать в безопасных пределах, то необходимо обеспечить защиту организма материалом. Этот способ защиты основывается на том, что разные вещества по-разному поглощают попадающие на них всевозможные ионизирующие излучения. В зависимости от вида излучения применяют защитные экраны из различных материалов:
· альфа–частицы – бумага, слой воздуха толщиной несколько сантиметров;
· бета–частицы – стекло толщиной несколько сантиметров, пластины из алюминия;
· рентгеновское и гамма–излучения – бетон толщиной 1,5 –2 м, свинец (эти излучения ослабляются в веществе по экспоненциальному закону; нужна большая толщина экранирующего слоя; в рентгеновских кабинетах часто используют резиновый просвинцованный фартук);
· поток нейтронов – замедляется в водородосодеожащих веществах, например, воде.
Для индивидуальной защиты органов дыхания от радиоактивной пыли используются респираторы.
В экстренных ситуациях, связанных с ядерными катастрофами, можно воспользоваться защитными свойствами жилых домов. Так в подвалах деревянных домов доза внешнего облучения снижается в 2 – 7 раз, а в подвалах каменных домов – в 40 – 100 раз (рис.34.3).
Рис. 34.3. Экранирующие свойства деревянного и каменного домов для внешнего g-излучения
При радиоактивном заражении местности контролируется активность одного квадратного километра, а при заражении продуктов питания – их удельная активность. В качестве примера можно указать, что при заражении местности более чем 40 Ки/км2 производят полное отселение жителей. Молоко с удельной активностью 2×1011 Ки/л и более не подлежит употреблению.
Основные понятия и формулы
| Поглощенная доза (D) | Это величина, равная отношению энергии DЕ, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Dm этого элемента: D = DE/Dm. (34.1) Единицы: СИ – грей (Гр = Дж/с); рад; 1 рад = 10–2 Гр, 1 Гр = 100 рад. |
| Перевод МэВ в Дж | 1 МэВ = 1,6·10-13 Дж. |
| Коэффициент качества (К) | Это безразмерная величина, котораяпоказывает, во сколько раз биологического действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе. |
| Эквивалентная доза(Н) | Это величина, равная поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения: Н = К×D. (34.2) Единицы: СИ – зиверт (Зв); бэр; 1 бэр = 10–2 Зв, 1 Зв = 100 бер. |
| Эффективная доза (Нэф) | Это сумма произведений эквивалентных доз в органах и тканях на соответствующие им весовые коэффициенты: Нэф = SbT·НТ. Единицы: зиверт и бэр. |
| Экспозиционная доза (Х) | Это величина, равная заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в в единице массы воздуха при нормальных условиях. Единицы: СИ – Кл/кг; рентген (Р); 1 Р = 2,58×10–4 Кл/кг, 1 Кл/кг = 3876 Р. |
| Связь между поглощенной и экспозиционной дозами | D (рад) = f×X (Р). (34.3) Для мягких тканей f = 1. |
| Мощность дозы(N) | Это величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени: ND = D/t. Nx = X/t. NН = Н/t. (34.4) |
| Формула для расчета мощности экспозиционной дозы, получаемой от точечного источника | Nx = kg A/r2, (34.5) А - активности радионуклида; r – расстояния до точки облучения; kg – гамма-постоянная, характерная для данного радиоактивного препарата. |
| Предельная доза (ПД) | Это величина годовой эффективной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. |
| Значения предельных доз | Персонал – 20 мЗв/год; Население – 1 мЗв/год. |
| Дозиметр | Это устройство для измерения доз ионизирующего излучения или величин, связанных с дозами. |
| Детектор | Устройство, регистрирующее один или несколько видов ионизирующего излучения. Детектор – элемент дозиметра. |
| Интегральный детектор | Детектор, регистрирующий полный поток ионизирующего излучения. |
| Счетчик | Детектор, регистрирующий количество частиц ионизирующего излучения, проходящих через рабочий объем или попадающих на рабочую поверхность. |
| Трековый детектор | Устройство, позволяющее наблюдать траекторию движения частицы ионизирующего излучения. |
Задачи
34.1.Изучение лучевых катаракт на кроликах показало, что под действием g-излучения катаракты развиваются при дозе D1 = 200 рад. Под действием быстрых нейтронов (залы ускорителей) катаракта возникает при дозе D2 = 20 рад. Определить коэффициент качества для быстрых нейтронов.
Решение
Для g-излучения Н = 1·D1; Для нейтронов Н = К·D2. ® К = D1/ D2 = 10.
Ответ. К = 10.
34.2. На сколько градусов увеличится температура фантома (модели человеческого тела) массой 70 кг при дозе g-излучения Х = 600 Р? Удельная теплоемкость фантома с = 4,2×103 Дж/кг. Считать, что вся полученная энергия идет на нагревание.
Решение
600 Р соответствует 600 рад поглощенной дозы; 1 рад = 0,01 Дж/кг. В единицах СИ D = 6 Дж/кг. Е = D·m = 6×70 = 420 Дж.
Q = E, Q = c·m·Dt ® Dt = E/(m·c) = 420/(70×4200) = 1/700 К.
Ответ. Dt = 0,0014 K.
34.3. Человек, весом 60 кг в течение 6 ч подвергался действию g-излучения, мощность которого составляла 30 мкР/час. Считая, что основным поглощающим элементом являются мягкие ткани, найти экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы облучения. Найти поглощенную энергию излучения в единицах СИ.
Решение
Х = NX·t = 30·6 = 180 мкР
D (рад) = f×X (Р); для мягких тканей f = 1. ® D = 1·180 = 180 мкрад = 1,8 мкГр.
Н = К·D; для g-излучения К = 1. ® Н = 1,8 мкЗв = 180 мкбер.
Поглощенная человеком энергия DЕ = D·m = 1,8·60 = 180 мкДж
Ответ. Х = 180 мкР; D = 180 мкрад = 1,8 мкГр; Н = 1,8 мкЗв = 180 мкбер;
DЕ = 180 мкДж.
34.4.Известно, что разовая летальная экспозиционная доза для человека равна 400 Р (50% смертности). Выразить эту дозу во всех других единицах.
Решение (см. задачу 34.3)
D = 1·400 = 400 рад = 4 Гр. Н = 4 Зв = 400 бер.
Ответ. D = 1·400 = 400 рад = 4 Гр. Н = 4 Зв = 400 бер.
34.5.В ткани массой m = 10 г поглощается 109 a-частиц с энергией Е = 5 МэВ. Найти эквивалентную дозу. Коэффициент качества для a–частиц K = 20.
Решение
Поглощенная энергия в Дж: Е = 5·1,6·10-13·109 = 8·10-6 Дж.
Поглощенная доза D = E/m = 8·10-6/10-2 = 8·10-4 Гр.
Эквивалентная доза Н = К·D = 20·8·10-4 = 1,6·10-2 Зв = 1,6 бер.
Ответ. 1,6 бэр.
34.6. Мощность экспозиционной дозы g–излучения на расстоянии r = 0,1 м от точечного источника составляет Nr = 3 Р/час. Определить минимальное расстояние от источника, на котором можно ежедневно работать по 6 ч без защиты. ПД = 20 мЗв/год. Поглощение g–излучения воздухом не учитывать.
Решение (требуется аккуратное выравнивание единиц измерения)
По нормам радиационной безопасности эквивалентная доза полученная за год работы составляет Н = 20 мЗв. Коэффициент качества для g–излучения К=1.
Поглощенная доза D = Н/К = 20 мГр = 2 рад.
Экспозиционная доза Х = D/f; для g–излучения f=1 ® X = 2 Р.
Мощность дозы на расстоянии R: NR = Nr·(r/R)2.
Доза, полученная за год (365 дн по 6 ч): Х = NR·365·6 = Nr·(r/R)2·2190.
Отсюда ·(R/r)2 = Nr·2190/Х = 3·2190/2 = 3258.
R/r = 57; R = 57·r = 57·0,1 = 5,7 м.
Ответ. R = 5,7 м.