Защита от ионизирующего излучения

Работа с любыми источниками ионизирующих излучений требует защиты персонала от их вредного действия.

Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.

Проиллюстрируем первые два вида защиты на модели точечного источника γ-излучения. Преобразуем формулу (16):

. (17)

Отсюда видно, что чем больше время и чем меньше расстояние, тем больше экспозиционная доза. Следовательно, необходимо находиться под воздействием ионизирующего излучения минимальное время и на максимально возможном расстоянии от источника этого излучения.

Защита материалом основывается на различной способности веществ поглощать разные виды ионизирующего излучения.

Для защиты от a-частиц достаточно слоя бумаги, одежды или воздуха толщиной несколько сантиметров. Однако, работая с радиоактивными источниками, следует остерегаться попадания a-частиц внутрь организма при дыхании или приеме пищи.

Защитой от b-излучения служат тонкие алюминиевые, плексигласовые и другие экраны. Так, например, слой алюминия толщиной 0,4 мм или воды толщиной 1,1 мм уменьшает вдвое интенсивность b-излучения от фосфора . Алюминиевая пластинка толщиной 2 мм полностью поглощает b- лучи. В ткани организма b-частицы проникают на глубину 10 – 15 мм. Следует учитывать, что при взаимодействии -частиц с веществом, может появиться тормозное рентгеновское излучение, а от -частиц – g-излучение, возникающее при аннигиляции этих частиц с электронами.

Наиболее сложна защита от «нейтрального» излучения: рентгеновское и g-излучения, нейтроны. Эти излучения с меньшей вероятностью взаимодействуют с частицами вещества и именно поэтому глубже проникают в вещество. Для защиты от g-излучения применяются толстые (до метров) слои воды, бетона, кирпичные стены, а также пластины из свинца толщиной до 10 см.

Получим закон, по которому происходит ослабление интенсивности излучения. Обозначим через I монохроматический поток падающих частиц, т.е. число частиц, проходящих через 1 см² в 1 с (рис.3). Пройдя слой вещества dx, пучок ослабнет на величину dI. Очевидно, что dI пропорционально потоку и толщине слоя:

dI = -m I dx. (18)

Рис.3

Если среда однородна, то коэффициент m постоянен. В этом случае уравнение (18) легко интегрируется:

, (19)

где I₀ – начальная интенсивность. Величина m называется линейным коэффициентом ослабления (поглощения), который можно представить как сумму соответствующих коэффициентов поглощения, учитывающих три основных процесса взаимодействия – фотоэффект, комптон – эффект и образование электрон-позитронных пар:

. (20)

Коэффициент ослабления полностью характеризует процесс прохождения g- излучения через вещество. Он зависит от свойств среды и от энергии квантов и обратно пропорционален толщине вещества ослабляющего интенсивность излучения в раз.

В соответствии с формулой (19) коэффициент ослабления интенсивности излучения веществом можно рассчитать по формуле

, (21)

измерив интенсивность излучения до и после прохождения слоя толщиной .

На практике часто измеряется не интенсивность излучения, а мощность экспозиционной дозы, которая пропорциональна интенсивности ~ . В этом случае формулу (21) можно представить в виде

, (22)

где соответственно и мощность дозы до и после прохождения слоя поглощающего вещества толщиной . Графически линейный коэффициент ослабления (поглощения) равен тангенсу угла наклона прямой линии, построенной в координатах - (рис.4).

Рис.4

Массовый коэффициент поглощения равен линейному коэффициенту, деленному на плотность вещества

. (23)

Наряду с пробегом частицы и коэффициентом ослабления вводится также слой половинного ослабления (поглощения) , при прохождении через который интенсивность излучения уменьшается вдвое. Величина в общем случае неодинакова для разных глубин поглощающего вещества и зависит от природы вещества. В соответствии с определением и формулой (21) толщина слоя половинного ослабления связана с линейным коэффициентом ослабления соотношением

. (24)