Дозы ионизирующих излучений
МОНИТОРИНГ РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Цель работы
Выучить особенности влияния радиации на живые организмы, виды ионизирующих излучений, единицы измерения доз, поглощенных организмом человека во время пребывания на загрязненной местности.
Получить практические навыки в расчете величин поглощенных доз и оценке влияния величины полученной человеком дозы на его здоровье и жизнь.
Ключевые положения
Одним из самих опасных экологических последствий антропогенной деятельности человека есть радиоактивные загрязнения.
Основными источниками радиоактивных загрязнений могут быть:
- ядерные взрывы (испытание атомного оружия, аварии и катастрофы, с ядерными боеприпасами);
- выбросы радиоактивных веществ (РВ) во время аварий на атомных электростанциях;
- выбросы РВ во время аварий на предприятиях во время производства, переработки, хранения, перевозки, захоронения ядерного топлива и РВ;
- выбросы РВ во время аварий в научно-исследовательских и проектных институтах, которые имеют ядерные реакторы;
- выбросы РВ во время аварий на объектах транспорта, которые используют ядерные энергетические установки.
В наше время наибольшую опасность представляют аварии на атомных электростанциях.
Радиоактивные загрязнения местности могут значительно изменить условия существования живых существ и вызывать существенные последствия.
Мониторинг радиоактивных загрязнений имеет целью определить степень опасности и предложить необходимые меры профилактики, а также способы защиты человека и ликвидации экологически опасных последствий.
Ионизирующие излучение и единицы их измерений
Радиоактивные загрязнения вызывают облучение живых организмов в результате влияния на них ионизирующих излучений.
Название “ионизирующие излучение” совмещает разные по своей природе виды излучений. Подобие между ними в том, что все они имеют высокую энергию, реализуют свое биологическое действие через эффекты ионизации и следующее развитие химических реакций в структурах клетки, которые могут привести к ее гибели.
Ионизирующее излучение существовало на Земле задолго до появления человека, и было в Космосе еще к появлению Земли. Однако его негативное влияние на живые организмы было обнаружено случайно только в конце прошлого века французским ученым Анри Беккерелем. Он обнаружил на фотографической пластинке под действием прикрытой кусками минерала, который содержит уран, следы каких-то излучений (1896 год).
Этим явлением заинтересовалась Мария Кюри. В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что излучение урана связано с его превращением в другие элементы. Они назвали один из элементов радием (радий в переводе значит – “излучающий”).
Так появилось понятие “радиоактивность”.
Ионизирующим излучением (ИИ) называется квантовое (электромагнитное) и корпускулярное (что состоит из элементарных частиц) излучение, под воздействием которого в газообразной, жидкой или твердой среде из нейтральных атомов и молекул образуются ионы (позитивные и негативные частицы).
К квантовому ИИ относятся: ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
К корпускулярному: альфа-излучение, бета и потоки частиц (нейтронов, протонов и др.)
Количественной характеристикой излучения является активность, которая оценивается количеством распадов в единицу времени.
В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превращение в секунду – беккерель (роз/с). Внесистемной единицей является кюри (Ки). Один кюри характеризует активность такого количества радионуклидов, в котором 37 млрд. распадов в секунду. Это отвечает активности одного грамму радия (но для урана-238 – 3 тонны, для кольбата-60 – 0,001 г.)
Дозы ионизирующих излучений.
Мера действия ИИ в какой-либо среде зависит от величины поглощенной энергии излучения и оценивается дозой ИИ. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы.
Экспозиционная доза (Д) характеризует ионизирующую способность излучения в воздухе.
В системе СИ за единицу дозы принят Кл/кг – это такая доза излучения, при которой в 1кг сухого воздуха образуются ионы, которые несут 1 Кл электричества каждого знака. Для характеристики этой дозы практически используют внесистемную единицу –рентген (Р). Один Р – это такая доза гамма-излучения, под воздействием которой в 1 куб. см воздуха образуется 2.08 млрд. пар ионов. 1Р=2,5810-4 Кл/кг.
Экспозиционная доза характеризует потенциальные возможности ионизирующего излучения.
Поглощенная доза (Дп) характеризует энергию ИИ, которая поглощена единицей массы облученной среды.
В системе СИ за единицу поглощенной дозы принято – Дж/кг, а также внесистемная единица – рад. Практически применяются, грей (Гр) и рад (рад).
1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Один рад – это такая поглощенная доза, при которой один грамм вещества поглощает энергию в 100 эргов независимо от вида энергии излучения.
Живая ткань поглощает 93% энергии излучения, потому 1 рад=0,93Р. Практически принимают равенство экспозиционной и поглощенной дозы, то есть 1 рад = 1 Р.
Эквивалентная доза Де определяет биологическое влияние на организм человека разных видов ионизирующих излучений, и служит для оценки радиационной опасности. Эквивалентная доза приводит биологический эффект любых видов ИИ к влиянию, которое вызывается гамма лучами
Де=кДп (8.1)
где к – коэффициент качества излучения, которое показывает, в сколько раз биологический эффект данного вида излучения отличается от такого же действия гамма-излучения.
Для рентгеновского излучения к=1, для нейтронного потока к=10, для альфа частиц к=20, то есть альфа излучения в 20 раз более опасно, чем гама или рентгеновское излучение.
Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является – зиверт(Зв). Один Зв отвечает поглощенной дозе один Дж/кг (для гамма-излучения). Практически используют внесистемную единицу бэр (биологический эквивалент рентгена):
1 бэр=0,01 Дж/кг; 1 бер=0,01 Зв; 1 Зв=100 бэр.
Поглощенная и экспозиционная дозы, отнесенные к единице времени, определяют уровень радиации (мощность дозы) зараженной местности. Мощность дозы характеризует увеличение дозы в единицу времени.
Уровень радиации (мощность дозы) измеряется, как правило, в рентген/час, рад/час, бэр/час.
Величина поглощенной дозы зависит от уровня радиации загрязненной местности и времени пребывания на ней.
При приближенных расчетах, когда допускают, что уровень радиации не изменяется за время пребывания на загрязненной местности, величину дозы определяют, как
(8.2)
где Дп – величина поглощенной дозы; Р – уровень радиации зараженной местности; tпер - время пребывания на зараженной местности. Более точно величину поглощенной дозы можно рассчитать, если измерять уровень радиации в начале (Рн) и в конце (Рк) пребывания на зараженной местности
. (8.3)
По величине поглощенной дозы можно оценить влияние на человека ИИ. Чем выше поглощенная доза, тем более негативными для человека могут быть последствия облучения.