Конспект урока "Основы дозиметрии" 10 класс

Муниципальное общеобразовательное

учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 7»

города Ржева Тверской области

«ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ»

Иванов Игорь Петрович

Преподаватель-организатор ОБЖ

Ржев

2012 г.

«ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ»

ХАРАКТЕРИСТИКА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

К радиации, ранее известной только узкому кругу специалистов, теперь

интерес многих значительно повысился. После аварии на Чернобыльской АЭС

она стала реально ощутимой, принеся невосполнимые утраты в тысячи семей

Белоруссии, Украины, России, нарушила спокойствие всего мира своей

непривычностью, неосязаемостью, скрытой опасностью. Но действительность

такова: надо учиться жить в ее окружении, правильно оценивать действия,

уметь защищаться от нее.

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение — это излучение, состоящее из заряженных и

незаряженных частиц, при взаимодействии которого со средой образуются

противоположно заряженные пары ионов.

Заряженные частицы (электроны, протоны, альфа-частицы) имеют

кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении.

Незаряженные частицы: нейтроны, фотоны (гамма-кванты) могут

создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные

превращения.

Объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое

устройство, способное испускать ионизирующее излучение, называют

источником ионизирующего излучения.

С ионизирующими излучениями население земли встречается ежедневно.

Это прежде всего так называемый фон Земли, который складывается из 3-х

компонентов:

— космического излучения, приходящего на Землю из космоса;

— излучения от находящихся в почве, строительных материалах, воздухе

и воде естественных радиоактивных элементов (Уран-238, Торий-232 и их

продукты распада);

— излучения от природных радиоактивных веществ, которые с пищей и

водой попадают внутрь организма, фиксируются тканями и сохраняются в теле

человека в течение всей его жизни (Калий-40, Углерод-14 и др.).

Кроме того, человек встречается с искусственными источниками

излучения, включая радиоактивные нуклиды (радионуклиды), созданные

руками человека и широко применяемые в медицинских целях.

Существуют химические элементы устойчивые (стабильные) и

неустойчивые. Внутриядерных сил для сохранения прочности ядра у

неустойчивых химических элементов недостаточно, и они превращаются в ядра

атомов другого элемента. Такой процесс самопроизвольных превращений ядер

атомов неустойчивых элементов называется радиоактивным распадом.

Радиоактивность — самопроизвольное превращение (распад) атомных

ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.),

приводящее к изменению их атомного номера и массового числа.

Такие химические элементы называются «радиоактивными».

Радиоактивные элементы распадаются со строго определенной скоростью,

измеряемой периодом полураспада, т.е. временем, в течение которого

распадается половина всех атомов. Радиоактивный распад не может быть

остановлен или ускорен каким-либо способом.

Периоды полураспада:

— йод 131 - 8 суток (накапливается в щитовидной железе);

— стронций 90 - 28,6 лет (накапливается в костях);

— цезий 137 - 30 лет (накапливается в мягких тканях);

— плутоний 239 - 24 400 лет;

— уран 238 - 4,5 млрд. лет.

Ионизация. Сущность процесса ионизации заключается в том, что под

действием радиоактивных излучений электрически нейтральные в нормальных

условиях атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и

отрицательно заряженных частиц — ионов.

Ионизирующая способность радиоактивных излучений характеризуется

удельной ионизацией.

Удельная ионизация — это количество пар ионов, создаваемых

определенным видом радиоактивных излучений на пути движения в 1 см.

Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-

химических свойств, а для биологической ткани — нарушением ее

жизнедеятельности.

Радиоактивные излучения оказывают на живой организм поражающее

действие и могут вызвать лучевую болезнь. Поражение человека

радиоактивными излучениями возможно в результате внешнего и внутреннего

облучения.

При внешнем облучении наиболее опасны излучения, обладающие

высокой проникающей способностью, а при внутреннем облучении —

опасны излучения с высокой ионизирующей способностью.

Характеристика ионизирующих излучений

Вид

излу-

чения

Физи-

ческая

сущность

Ско-

рость,

км/с

Энер-гия,

МэВ

Коэф-

фици-

ент

взве-

шива-

ющий

Ионизи-

рующая

способ-

ность,

пар

ионов

на пути

в 1 см

Проникающая

способность

Наибольшая

опасность (+)

при

Задер-

жит

излуче-

ние

в воз-

духе

в био-

логи-

ческих

тканях

внеш-

нем

облу-

чении

внут-

рен-

нем

облу-

чении

Альфа

Поток

ядер

гелия

около

20000

4 – 9

30000

до

11 см

до

60 мк

Лист

бумаги

Бета

Поток

электро-

нов и

позитро-

нов

до

250000

0,0019 –

16,6

100

до

20 м

до

7 мм

Лист

аллию-

миния

толщи-

ной 1

мм

Вид

излу-

чения

Физи-

ческая

сущность

Ско-

рость,

км/с

Энер-гия,

МэВ

Коэф-

фици-

ент

взве-

шива-

ющий

Ионизи-

рующая

способ-

ность,

пар

ионов

на пути

в 1 см

Проникающая

способность

Наибольшая

опасность (+)

при

Задер-

жит

излуче-

ние

в воз-

духе

в био-

логи-

ческих

тканях

внеш-

нем

облу-

чении

внут-

рен-

нем

облу-

чении

Гамма

Электро-

магнит-

ное из-

лучение

300000

мягких –

до 1 МэВ,

жестких –

до 3 – 5

МэВ

до 10

до

1,5 км

более

1 мм

Лист

свинца

толщи-

ной 4

см

Нейт-

ронное

Поток

нейтро-

нов

до

20000

менее

0,01

0,01 – 0,1

0,1 – 2

2 – 20

более 20

1000 –

3000

до

800 м

более

1 м

Лист

поли-

этилена

толщи-

ной 5,4

см

ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЬФА, БЕТА, ГАММА И НЕЙТРОННОГО

ИЗЛУЧЕНИЙ

Альфа-излучение представляет собой поток частиц ядер атомов гелия,

состоящих их двух нейтронов и двух протонов, имеющих положительный

заряд. α-частицы имеют скорость около 20 000 км/с и обладают самой высокой

ионизирующей способностью. Удельная ионизация α-частиц в воздухе около 30

000 пар ионов на 1 см пути. Вследствие большой ионизирующей способности

проникающая способность α-частиц незначительна. Длина пробега в воздухе

составляет несколько сантиметров (до 11 см), в твердых и жидких веществах —

сотые доли миллиметра, в живых тканях — 60 микрон (0,006 см).

Лист бумаги полностью задерживает α-частицы. Надежной защитой от

этих частиц является обычная одежда. Энергия излучения составляет 4 – 9 МэВ

(миллиэлектрон-вольт). Взвешивающий коэффициент (К = 20) показывает во

сколько раз оцениваемый вид излучения биологически опаснее, чем

рентгеновское или гамма-излучение при одинаковой поглощенной дозе.

Внешнее облучение людей α-частицами практически безопасно, но попадание

радиоактивных веществ внутрь организма — очень опасно.

Бета-излучение — это поток частиц (электронов и позитронов).

Скорость β-частиц близка к скорости света — 250 000 км/с.

По сравнению с α-частицами β-частицы обладают меньшей

ионизирующей способностью, но большей проникающей способностью.

Удельная ионизация β-частиц в воздухе в среднем составляет около 100 пар

ионов на 1 см пути. Длина пробега β-частиц высокой энергии составляет в

воздухе — до 20 м, в воде и живых тканях – до 7 см, в металле — до 1 мм.

Энергия β-излучений составляет 0,0018 – 16,6 МэВ. Взвешивающий

коэффициент «К» = 1. β-частицы почти полностью поглощаются оконными

стеклами или металлическими экранами толщиной в несколько миллиметров.

Ткань одежды поглощает до 50% β-частиц.

Исходя из этого можно сделать вывод: внешнее облучение β-частицами

представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных

веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза). Попадание

радиоактивных веществ, излучающих β-частицы, внутрь организма — очень

опасно.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение,

испускаемое ядрами атомов при радиоактивном распаде. По своей природе

γ-лучи подобны рентгеновским, но обладают значительно большей энергией (от

нескольких тысяч до нескольких миллионов «эВ»). γ-излучение испускается

отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света.

Удельная ионизация в воздухе невысокая — всего несколько пар ионов на 1 см

пути (до 10 пар). Взвешивающий коэффициент «К» = 1.

γ-лучи обладают высокой проникающей способностью. В воздухе

γ-излучения распространяются на расстояние до 1,5 км, проникают через

значительные толщи различных материалов, могут пройти через человеческое

тело (биоткань > 1 м). из-за высокой проникающей способности γ-излучение

является важнейшим фактором поражающего действия при внешнем

облучении. В качестве защиты от γ-излучения эффективно использовать

свинец, бетон или другие материалы с высоким удельным весом. Лист свинца h

= 4 см полностью защищает от данного вида излучений.

Нейтронное излучение — это поток нейтронов (не несущие

электрического заряда частицы). Скорость распространения нейтронов до 20

000 км/сек. Взвешивающий коэффициент «К» составляет от 5 до 20 в

зависимости от энергии излучения, которая составляет от 0,01 МэВ и более 20

МэВ. Нейтроны обладают высокой проникающей способностью — до 800 м в

воздухе и более 1 м в биологических тканях. Внешнее облучение представляет

большую опасность.

Нейтронное излучение разрывает межмолекулярные связи в органе и

вызывает тяжелое поражение (орган превращается в «кисель»). От нейтронного

излучения хорошо защищают водородосодержащие материалы.

Удельная ионизация нейтронного излучения достаточно высокая и

составляет в воздухе около 1000 – 3000 пар ионов на 1 см пути.

Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические

изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма),

так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь

организма, например, путем вдыхания).

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДОЗ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Количественной характеристикой источника излучений является

активность.

Активностью называется мера количества радиоактивного вещества,

выражаемая числом радиоактивных превращений в единицу времени. В

системе «СИ» за единицу активности принято одно ядерное превращение в

секунду (распад/сек). Эта единица получила название «Беккерель» (Бк).

Внесистемной единицей измерения активности является «Кюри» (Кu).

Кюри — это такое количество радиоактивного вещества, в котором

происходит 37 млрд. распадов ядер атомов в секунду (1 Кюри = 3,7 × 10

расп./сек.). Кюри относительно большая единица активности, поэтому обычно

пользуются дольными единицами:

1 мКu (милли Кюри) = 10

-3

Кu; 1 мкKu (микро Кюри) = 10

-6

Ku.

В дозиметрии применяются удельная (Ku/кг), объемная (Ku/м

) и

поверхностная (Ku/м

)

активности источников.

Заражение (загрязнение) мощностью 1 Ku/м

эквивалентно мощности

дозы 10 Р/ч или 1 Р/ч соответствует 100 мKu/м

Ионизирующее действие излучений — их поражающее воздействие на

организм человека характеризуется дозой излучения.

Доза излучения — это количество энергии ионизирующих излучений,

поглощенной единицей массы облучаемой среды.

Дозы излучения подразделяются:

— на поглощенную;

— на эквивалентную;

— на экспозиционную.

Поглощенная доза — это поглощенная энергия излучения, приходящаяся

на единицу массы вещества (основополагающая дозиметрическая величина).

Измеряется в джоулях на кг (Дж/кг) и имеет специальное название Грэй (Гр).

Внесистемная единица — рад. 1 Гр = 100 рад.

Эквивалентная доза — это поглощенная доза в органе или ткани,

умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного

излучения. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Внесистемная

единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения — Бэр (биологический

эквивалент рентгена). 1 Зв = 100 Бэр.

Экспозиционная доза — это доза рентгеновского и γ-излучения (т.е. доза

радиации). Измеряется по степени ионизации воздуха в кулонах на килограмм

(Кл/кг). Внесистемная единица измерения — рентген (Р). Рентген — единица

экспозиционной дозы фотонного излучения, при прохождении которого через

0,001293 г воздуха (масса 1 см

сухого атмосферного воздуха) при температуре

С и давлении 760 мм ртутного столба образуется 2,086 миллиардов пар

ионов, несущие одну электростатическую единицу количества электричества

каждого знака. Производные от рентгена – миллирентген (1 мР = 10

-3

Р) и

микрорентген (1 мкР = 10

-6

Р).

Поражающий биологический эффект радиоактивных излучений зависит

не только от величины дозы, но и от времени ее накопления, т.е. интенсивности

излучений.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице

времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз.

Мощность дозы излучения (уровень радиации) измеряется в рентген в

час (Р/ч), миллирентген в час (мР/ч), микрорентген в час (мкР/ч).

Основные единицы измерения доз и мощностей доз

ионизирующих излучений

Наименование

Обозна-

чение

Единицы измерения

Определение

Соотношение

Экспозицион-

ная доза

Dэ, Х

Рентген (Р)

Миллирентген (мр)

Микрорентген (мкр)

[Внесистемная единица]

Рентген – экспозиционная

доза рентгеновского или

гамма-излучения, при кото-

ром в 1 см атмосферного

воздуха при температуре 0

ºС и давлении 760 мм

ртутного столба возникают

ионы, несущие положитель-

ный или отрицательный

заряд в одну электростати-

ческую единицу

1 р = 10

-3

мр =

-6

мкр

Мощность

экспозицион-

ной дозы

Рэ, Хэ

Рентген в час (р/ч)

Миллирентген в час (мр/ч)

Микрорентген в час (мкр/ч)

Мощность экспозиционной

дозы рентгеновского или

гамма-излучения – это

экспозиционная доза в

единицу времени

1 р/ч = 10

-3

мр/ч =

-6

мкр/ч

Поглощенная

доза

Рад (рад)

[Внесистемная единица]

Один рад соответствует

поглощенной энергии 100

эрг на 1 г вещества

1 гр = 100 рад

Грей (Гр)

[В системе единиц СИ]

Грей – поглощенная доза

излучения, соответствующая

энергии 1 Дж ионизирующе-

го излучения любого вида,

переданной облученному

веществу массой 1 кг

Мощность

поглощенной

дозы

Рп

Рад в секунду (рад/с)

Рад в час (рад/ч)

Мощность поглощенной

дозы – это поглощенная доза

в единицу времени

1 гр/с = 100 рад/с

Грей в секунду (Гр/с)

Грей в секунду равен одному

джоулю на килограмм в

секунду

Эквивалент-

ная доза*

Бэр (бэр)

[Внесистемная единица]

Бэр – энергия любого вида

излучения, поглощенная в 1

г биологической ткани, при

которой наблюдается тот же

биологический эффект, что и

при поглощенной дозе в 1

рад фотонного излучения

1 Зв = 100 бэр

Зиверт (Зв)

[В системе единиц СИ]

Зиверт – эквивалентная доза

любого вида излучения,

поглощенная в 1 кг биологи-

ческой ткани, создающая

такой же биологический

эффект, как и поглощенная

доза в 1 Гр фотонного

излучения

Мощность эк-

вивалентной

дозы

Рн

Бэр в секунду (бэр/с)

Мощность эквивалентной

дозы – это эквивалентная

доза в единицу времени

1 Зв/с = 100 бэр/с

Зиверт в секунду (Зв/с)

* Эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы на

взвешивающий коэффициент, зависящий от вида излучения.

В среднем доза облучения от всех естественных (природных) источников

ионизирующего излучения составляет в год около 200 мБэр, в зависимости от

региона может колебаться от 50 до 1000 мБэр/год.

Природные источники ионизирующего излучения

Источники

Средняя годовая доза

Вклад в

дозу, %

мБэр

мЗв

Космос (излучение на уровне моря)

0,30

15,1

Земля (грунт, вода, строительные материалы)

50 – 130

0,5 – 1,3

68,8

Радиоактивные элементы, содержащиеся в тканях

тела человека (

К,

С и др.)

0,30

15,1

Другие источники

0,02

1,0

Средняя суммарная годовая доза

200,0

2,0

–

Искусственные источники излучения

Источник

Годовая доза

Доля от

природного

фона, % (до

200 мБэр)

мБэр

мЗв

Медицинские приборы (флюорография 370

мБэр, рентгенография зуба 3 Бэра, рентгено-

скопия легких 2-8 Бэр)

100 – 150

1,0 – 1,5

50 – 75

Полеты в самолете (расстояние 2000 км, высота

12 км) – 5 раз в год

2,5 – 5,0

0,02 - 0,05

1,0 – 2,5

Телевизор (просмотр программ по 4 ч в день)

1,0

0,01

0,5

АЭС

0,1

0,001

0,05

ТЭЦ (на угле) на расстоянии 20 км

0,6 – 6,0

0,006 – 0,06

0,3 – 3,0

Глобальные осадки от испытаний ядерного

оружия

2,5

0,02

1,0

Другие источники

–

ИТОГО

150-200 мБэр/год

ДОПУСТИМЫЕ ДОЗЫ И МОЩНОСТИ ДОЗ

НА МИРНОЕ И ВОЕННОЕ ВРЕМЯ

В результате воздействия ионизирующего излучения нарушаются

нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме

человека. В зависимости от величины поглощенной дозы и особенностей

организма изменения в нем могут быть обратимыми и необратимыми. В

процессе исследования действия излучения на живой организм были выявлены

следующие особенности:

1.Поглощенная энергия излучения даже в небольших количествах может

вызывать глубокие биологические изменения в организме.

2.Наличие скрытого периода проявления действия ионизирующего

излучения. Этот период часто называется периодом мнимого благополучия.

Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

3.Воздействие малых доз может накапливаться в организме. Этот эффект

называется кумуляцией.

4.Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на

его потомство. Это так называемый генетический эффект.

5.Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к

облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр (Грэй) уже

наступают изменения в крови.

6.Облучение биологических организмов зависит от частоты получения

дозы. Однократное облучение большой дозой вызывает более глубокие

последствия.

Доза облучения

Признаки поражения

Признаков поражения нет

100

При многократном облучении (10 – 30 суток) внешних признаков нет. При

остром (однократном) облучении у 10% тошнота, рвота, слабость

200

При многократном в течение 3 месяцев – внешних признаков нет. При

остром (однократном) - появляются признаки лучевой болезни I степени.

300

При многократном – первые признаки лучевой болезни. При остром

облучении – лучевая болезнь II степени. В большинстве случаев можно

выздороветь.

400-700

Лучевая болезнь III степени. Головная боль, температура, слабость,

тошнота, рвота, понос, кровоизлияние внутрь, изменение состава крови.

При отсутствии лечения – смерть.

Более 700

В большинстве случаев смертельный исход.

Более 1000

Молниеносная форма лучевой болезни. Гибель в первые сутки.

Допустимые пределы доз облучения на военное время, не приводящие

к снижению работоспособности людей (определено «Положением о

дозиметрическом и химическом контроле в гражданской обороне» — 1981 год):

— при однократном облучении (до 4-х суток) — не более 50 рад.;

— при многократном облучении: в течение одного месяца (первые 30

суток) — не более 100 рад, в течение 3-х месяцев – не более 200 рад, в течение

года — не более 300 рад.

Допустимые пределы доз облучения (на мирное время) на территории

РФ в результате использования источников ионизирующего излучения

(определено ФЗ-3, 1996 год, ст.9):

— для населения средняя годовая эффективная доза равна 0,001 Зиверта

или доза за период жизни (70 лет) — 0,07 Зиверта;

— для работников средняя годовая эффективная доза равна 0,02 Зиверта,

за период трудовой деятельности (50 лет) — 1 Зиверт.

В случае радиационных аварий допускается облучение, превышающее

установленные нормы (для спасателей) (эффективная доза):

— с разрешения территориальных органов — не более 10 Р (100 мЗв);

— с разрешения Государственного комитета эпидемнадзора — не более

20 Р (200 мЗв).

Соотношение единиц измерения:

1 Гр = 1 Зв = 100 рад = 100 Бэр = 100 Р

1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 рад/ч = 100 Бэр/ч = 100 Р/ч

Допустимые нормы зараженности

Степень заражения — это количество распадов радиоактивных

веществ, происходящих в единицу времени с единицы поверхности (объема

или веса) зараженного объекта. О степени заражения радиоактивными

веществами поверхностей различных объектов, одежды и кожных покровов

принято судить по величине мощности дозы (уровня радиации) γ-излучения

вблизи зараженных поверхностей, определяемой в мР/ч, а также по числу

распадов ядер за единицу времени на определенной площади или в

определенном объеме, которые обозначаются соответственно :

расп. / (мин. см

), расп. / (мин. см

), расп. / (мин. л) и расп. / (мин. г)

Мощности дозы излучения, соответствующие безопасным плотностям

заражения (загрязнения) различных объектов (на военное время)

№№

п/п

Наименование объекта

Мощность

доз, мР/ч

Открытые участки тела (лицо, шея, кисти рук) или другие участки

кожных покровов, составляющие не более 10% поверхности тела

4,5

Поверхность всего тела человека

Одежда, обувь, снаряжение, СИЗ (средства индивидуальной

защиты), медико-санитарное имущество

Поверхность тела животных

100

Автотранспорт и техника

200

Продовольственная тара, кухонный инвентарь, оборудование

столовых, хлебопекарен

Допустимые мощности доз заражения продовольствия и воды, мР/ч,

на военное время

№№

п/п

Наименование продуктов

Объем, вес,

поверхность

Мощность дозы при

продолжительности

потребления рациона (в сутках)

1 сут

до 30 сут

свыше

30 сут

Вода

10 л

1,5 л

1,4

Хлеб

Буханка

1,4

Мясо сырое

Туша

200

Рыба сырая

1 кг

1,4

Молоко

- взрослые

- дети

0,5 л

0,5

0,05

0,5

0,05

0,5

0,05

Макаронные изделия (сухопро-

дукты)

1 кг

1,6

0,8

ЛИТЕРАТУРА

1.Федеральный закон от 9 января 1996 года № 3 «О радиационной

безопасности населения»

2.«Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Минздрав, 1999 г.

3.М.Т.Максимов, Г.О.Оджагов «Радиоактивные загрязнения и их

измерение». Энергоиздат, 1989 г.

4.Ю.Г.Григорьев «Памятка населению по радиационной безопасности».

Энергоиздат, 1990 г.

5.Справочник по поражающему действию ядерного оружия, часть II

«Выявление и оценка наземной радиационной обстановки». Воениздат, 1986 г.

Скачать материал

Конспект урока "Основы дозиметрии" 10 класс

ОБЖ - еще материалы к урокам:

Предметы

Похожие материалы