Связь активности и мощности дозы
Связь активности с дозовыми величинами осуществляется через керма-постоянную радионуклида (Гδ).
Мощность воздушной кермы 
, создаваемой фотонами от точечного изотропно излучающего источника с активностью А находящегося в вакууме на расстоянии R от источника равна: произведению керма-постоянной данного радионуклида и активности источника деленному на квадрат этого расстояния:
|
| = Гδ ×А / r2 [Гр/с]. | (101) |
Керма-постоянная радионуклидаГδ – это отношение мощности воздушной кермы, создаваемой фотонами с энергией больше заданного порогового значения δ от точечного изотропно излучающего источника данного радионуклида, находящегося в вакууме на расстоянии r от источника, умноженной на квадрат этого расстояния, к активности А источника:
| Гδ = × r2/А [Гр·м2/(с·Бк)] | (102) |
Раньше использовалась гамма-постоянная (Г) – это отношение мощности экспозиционной дозы Р, создаваемой γ-излучением точечного изотропного источника данного радионуклида на расстоянии R, умноженной на квадрат этого расстояния, к активности А этого источника:
| Р = Г×А/R2 | (103) |
| Г = Р× L2/А [Гр·м2/(с·Бк)] | (104) |
На практике, для того чтобы связать активность с мощностью дозы используют коэффициент kγ.
kγ – это коэффициент перехода от плотности заражения к уровню радиации.
| Р = kγ× АS | (105) |
| kγ. =Р/АS [Р∙м2/(час∙Ки)] | (106) |
АS - поверхностная активность (плотность загрязнения) АS = А/S [Бк/м2].
В НРБ-99 [24] используется понятие дозового коэффициента ε:
| ε = Ĥ/А [Зв/Бк] | (107) |
Фоновое облучение человека
Фоновое облучение человека создается космическим излучением, а также естественными и искусственными радиоактивными веществами, содержащимися в теле человека и в окружающей среде. Обычно фоновое облучение делят на следующие составляющие:
- естественный радиационный фон (ЕРФ);
- радиационный фон от радиоактивных осадков ядерных взрывов;
- радиационный фон от объектов атомной энергетики.
Наибольший вклад вносят источники, имеющие природное происхождение (то есть ЕРФ). Причем эта доза в два раза выше техногенной, регламентированной для населения за год.
ЕРФ. Средняя годовая эффективная доза (ЭД) внутреннего и внешнего облучения за счет всех природных радионуклидов содержащихся в окружающей среде (земная радиация и космические излучения) находится в пределах 1,68…1,91 мЗв (примерно 2 мЗв).
Внутреннее облучение от земной радиации – 1,325 мЗв
Внешнее облучение от земной радиации – 0,350 мЗв
Внутреннее облучение от космических излучений – 0,015 мЗв
Внешнее облучение от космических излучений – 0,300 мЗв
Однако наиболее весомый вклад в величину внутреннего облучения вносит Радон-222 (Т1/2 = 3.85 дня), который вместе с продуктами своего распада дает 1…1,2 мЗв (3/4 годовой индивидуальной дозы за счет облучения от земных источников радиации). Основными источниками поступления радона являются:
- земная поверхность с высоким содержанием РН уран-ториевого ряда (скальный грунт, отдельные виды глинозема и т.д.);
- строительные материалы (отдельные типы гранитов, пемза, кальций силикатный шлак, фосфогипс, кирпич из красной глины, доменный шлак, зольная пыль после сгорания угля и т.д.);
- природный газ, сгораемый в невентилируемых помещениях;
- вода, особенно опасен радон, распыленный в ванной комнате, так как его поражающее действие на легкие наиболее высокое. Так его концентрация в ванной комнате в среднем в три раза выше, чем на кухне и в 40 раз выше, чем в жилых помещениях.
Опасность радона обусловлена поражающим действием альфа и гамма излучения с достаточно высокой энергией.
Ядерные взрывы. Начиная с 40-х годов, когда впервые были произведены ядерные взрывы, практически все население планеты подверглось и продолжает подвергаться облучению, обусловленному наличием в различных природных средах РН, образованных в результате деления ядерных материалов, применяемых в ЯБП.
Основной вклад в ожидаемую эффективную эквивалентную дозу облучения населения дают только несколько РН осколочного происхождения: Цезий-137, Цирконий-95, Стронций-90 и наиболее долгоживущий Углерод-14. Так если Цирконий-95 к сегодняшнему дню прекратил свое поражающее действие, а Цезий-137 и Стронций-90 наполовину распались, то Углерод-14 потерял лишь 7% своей активности.
Суммарная ожидаемая коллективная доза от всех ЯВ, произведенных в мире к настоящему времени составляет около 307 млн. 106 тысяч чел-Зв. К концу 20 века человечество получило всего около 20% от этой дозы. На сегодняшний день фон от осадков ЯВ дает 0,02 мЗв в год.
Атомная энергетика. Ядерно-технический цикл (ЯТЦ) включает: добычу и обогащение урановой руды; производство ядерного топлива; непосредственную работу АЭС; регенерацию отработанного топлива; захоронение РАО. При отсутствии аварий ЯТЦ дает ожидаемую коллективную дозу облучения 5,5 чел-Зв на каждый ГВт-год по короткоживущим РН и 670 чел-Зв по долгоживущим. Эти цифры не учитывают вклад РАО в ожидаемую дозу, которая оценивается в 1-2% от указанных выше значений. Годовая эффективная коллективная доза населения Земли от всего ЯТЦ оценивается менее 1% от естественного уровня радиации и составляет 0,001 мЗв.
Источники ИИ используемые в медицине. Ионизирующее излучение используются для лечения людей. Средняя доза, получаемая населением при рентгенологических обследованиях, определяется генетически значимой эквивалентной дозой (ГЗД). В 1986 году ГЗД составляла: Великобритания - 120 мкЗв, Япония - 150 мкЗв, СССР - 230 мкЗв. По выполненным исследованиям средняя эффективная эквивалентная доза, получаемая от всех источников в медицине, составляет около 1 мЗв (0,1 Бэр). Предельные дозовые значения для медицинских процедур на сегодняшний день не установлены. В НРБ 99 [24] устанавливается, что для здорового человека годовая доза не должна быть выше 1 мЗв.
Электронная аппаратура.Телевизоры и другая электронная аппаратура, где используются электровакуумные приборы с напряжением более 20 кВ, являются источником мягкого рентгеновского облучения, они дают вклад 0,01мЗв/год (1мбэр/год). Для телевизоров допускается мощность экспозиционной дозы 100 мкР/час на расстоянии 10 см.
Таким образом, человек получает за счет фонового облучения и медицинских процедур 2+1 = 3 мЗв/год.
Таблица 24.
| № | Составляющие радиационного облучения | Величина облучения |
| Естественный радиационный фон (ЕРФ); | 1,68…1,91 мЗв/год (≈2мЗв/год) | |
| Радиационный фон от радиоактивных осадков ядерных взрывов (РФЯВ); | 0,02 мЗв/год | |
| Радиационный фон от объектов атомной энергетики (РФАЭ). | 0,001 мЗв/год | |
| Медицинские обследования | 1 мЗв/год | |
| Облучение от электронной аппаратуры | 0,01 мЗв/год | |
| Радиационный фон | 10-25 мР/час (≈15 мР/час) |
Требования к ограничению облучения
Требования к ограничению облучения устанавливаются Законом «О радиационной безопасности населения» [21] и нормами радиационной безопасности [24].
Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:
- персонал (группы А и Б);
- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.
Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:
- основные пределы доз (табл. 25);
- допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА) и другие;
- контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.
Основные пределы доз
Таблица 25. [24 ]
| Нормируемые величины | Пределы доз | |
| Персонал (группа А)* | Население | |
| Эффективная доза | 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год | 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год |
| Эквивалентная доза за год: в хрусталике глаза | 150 мЗв | 15 мЗв |
| коже | 500 мЗв | 50 мЗв |
| кистях и стопах | 500 мЗв | 50 мЗв |
Примечание: * Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.
Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих профессиональное обучение с использованием источников излучения, годовые дозы не должны превышать значений, установленных для персонала группы Б.
Нормируемые величины дозовых нагрузок для персонала составляют: эффективная доза - 20 мЗв/год (2 Бэр/год) за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв/год; эквивалентная доза за год для хрусталика глаза - 150 мЗв, для кожи, кистей и стоп - 500 мЗв.
Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) — 1000 мЗв, а дли населения за период жизни (70 лет) —70 мЗв.
Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.
Так доза от медицинского обследования для здоровых людей не должна превышать 1 мЗв/год.
В помещениях естественный фон не должен быть выше уровня радиации на открытой местности на 0,2 мкЗв/час (20 мкР/час).
Т.е. Рдоп.пом < Ротк.мест+20мкР/ч.
При превышении 30 мЗв/месяц – временное отселение.
Планируемое облучение персонала группы А выше установленных пределов доз при ликвидации или предотвращении аварии может быть разрешено только в случае необходимости спасения людей или предотвращения их облучения. Планируемое повышенное облучение допускается для мужчин старше 30 лет лишь при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.
Планируемое повышенное облучение в эффективной дозе до 100 мЗв в год и эквивалентных дозах не более двукратных значений, приведенных в табл. 25, допускается с разрешения территориальных органов Госсанэпиднадзора, а облучение в эффективной дозе до 200 мЗв в год и четырехкратных значений эквивалентных доз по табл. 25 — только с разрешения федерального органа Госсанэпиднадзора.
Допустимые плотности загрязнения различных поверхностей приведены в табл.26.
Допустимые уровни радиоактивного загрязнения
рабочих поверхностей, кожи, спецодежды и средств индивидуальной защиты, част/(см2 × мин)
Таблица 26. [24]
| Объект загрязнения | Альфа - активные нуклиды | Бета - активные нуклиды |
| Неповрежденная кожа | ||
| Основная спецодежда | ||
| Поверхности помещений постоянного пребывания персонала | ||
| Поверхности помещений периодического пребывания персонала | ||
| Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в саншлюзах |
Ядерный топливный цикл
Ядерный топливный цикл (ЯТЦ) - это вся последовательность повторяющихся производственных процессов, начиная от добычи топлива (включая производство электроэнергии) и кончая удалением радиоактивных отходов. В зависимости от вида ядерного топлива (ЯТ) и конкретных условий ЯТЦ могут различаться в деталях, но их общая принципиальная схема сохраняется (рис. 17).
Добыча и переработка руды
Добыча руды. Урана в земной коре (3-4) 10-4%. Он рассеян в горных породах, почве, воде морей и океанов. Урана в 1000 раз больше, чем золота, в 30 раз больше серебра и столько же, сколько цинка и свинца. Небольшая часть урана сконцентрирована в месторождениях, где его в 102-103 больше, чем в среднем.
Добыча урановой руды осуществляется комплексно (например, золотоурановые месторождения в ЮАР и ураново-фосфатные месторождения во Флориде), шахтным, либо карьерным способом, а также методом выщелачивания без выемки руды на поверхность.
Переработка руды. Урановые руды содержат рудные минералы с ураном, и пустую породу, которую надо устранить, получив химические концентраты урана. Производят дробление и измельчение исходной руды (кроме случаев подземного выщелачивания), выщелачивание (перевод урана из руды в раствор), селективное выделение урана из растворов. Очень часто перед выщелачиванием руду обогащают различными методами (радиометрический, гравитационный и флотационный на различии смачивания минералов). При добыче руд с содержанием, например 0.1%, для получения 1 т U3O8 необходимо извлечь из недр 1000 т руды, не считая пустой породы от проходок. Поэтому обычно гидрометаллургические заводы, перерабатывающие руду, сооружаются рядом с рудниками и карьерами.