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 = k_g 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 = N_X·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 N_r = 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: N_R = N_r·(r/R)².

Доза, полученная за год (365 дн по 6 ч): Х = N_R·365·6 = N_r·(r/R)²·2190.

Отсюда ·(R/r)² = N_r·2190/Х = 3·2190/2 = 3258.

R/r = 57; R = 57·r = 57·0,1 = 5,7 м.

Ответ. R = 5,7 м.