Приборы, используемые в дозиметрии

 

Содержание

 

 

Введение	4
1   Понятие об ионизирующих излучениях	6
1.1 Виды ионизирующих излучений	6
1.2 Характеристика ионизирующих излучений  и их                  единицы измерения	13
1.3 Нормы радиационной безопасности  Республики Казастана       от 23.04.1998 N 219-I с изменениями в 2006 и 2004 годах	16
2   Понятие o дозиметрии	28
2.1 Понятие o дозе  излучений . Виды доз	28
2.2 Методы дозиметрии	34
2.3 Приборы, используемые  в дозиметрии	43
3   Портативный цифровой радиометр. Расчет формирова-       теля импульсов записи и сброса	56
Заключение	64
Список использованной литературы	66

 

 

Введение

 

 

Важнейшая задача дозиметрии - определение дозы излучения в различных средах и особенно в тканях живого организма. Для этого используют различные расчетные и экспериментальные методы. Количественное определение дозы ионизирующего излучения, действующего на живой организм необходимо прежде всего для выявления, оценки и предупреждения возможной радиационной опасности для человека. Использование источников ионизирующего излучения во всем мире сопровождалось возникновением радиационных аварий, при которых пострадало значительное число как персонала, так и населения. Наиболее тяжелые аварии произошли в 50-80-е годы прошлого столетия, а также недавнее происшествие 2011 года в районе Фукусимы:

• радиоактивное загрязнение в районе Семипалатинского ядерного полигона. Образовалось в ходе испытаний ядерного оружия в районе города Семипалатинск в 50-х-80-х годах XX века. Загрязнению подвергся также сопредельный Алтайский край.
• радиоактивное загрязнение в районе Чернобыльской АЭС. Произошло после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году. В результате аварии территория около 200 тыс. квадратных километров подвергалась загрязнению — в основном изотопами ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, которые выпали с осадками и сконцентрировались в верхних слоях почвы. Наибольшее загрязнение получили юго-восточная часть Белоруссии (Могилевская и Гомельская области), Россия (Брянская область), северная часть Украины (Киевская и Житомирская области). Организована зона отчуждения.
• радиоактивное загрязнение в районе Фукусимы. Образовалось после аварии на японской АЭС Фукусима-1 в марте 2011 года. Введена зона отчуждения в 30 км от станции. Территория и море рядом со станцией имеют сильное загрязнение радиоактивным цезием и плутонием.

Данные  дозиметрии при этом были, как правило, весьма скудными либо отсутствовали  вовсе. В то же время с медицинской  и социальной точек зрения подтверждение  факта повышенного облучения  и определение величины аварийной дозы для установления причинной связи нарушений состояния здоровья с перенесенным в прошлом радиационным воздействием является весьма актуальной задачей.

Актуальность данного проекта можно обосновать следующим: наш город почти со всех сторон окружен различными заводами, и никто нам не сможет дать гарантию, что не будет построен очередной завод по производству ядерного оружия или полигон по переработке радиоактивных отходов, потому что во всем мире увеличивается использование в хозяйственной деятельности человека источников ионизирующих излучений. И мы должны быть способны оградить себя от негативного действия радиации. Это может быть достигнуто только в том случае, если мы будем информативно подкованы в данной теме, т.е знать как можно больше o самой радиации, методах и приборах ее измерения, а так же иметь представление o нормах радиационной безопасности и защиты от нее. Из этого вытекает практическая значимость моего курсового проекта. На таком крупном заводе, как Павлодарский Нефтехимический Завод проводится мониторинг радиационной безопасности. На предприятии ведется дозиметрический контроль промышленных отходов и состояния накопителя твердых отходов.

Цель проекта: цель проводимого мною исследования заключается в расчете формирователя импульсов записи и сброса для портативного цифрового радиометра, который в дальнейшем будет использоваться на Павлодарском Нефтехимическом Заводе для мониторинга радиационной безопасности.

Задачи проекта. Для достижения поставленной в курсовом проекте цели, мной будут рассматриваться следующие вопросы:

• понятие об ионизирующих излучениях;

• понятие o дозиметрии;
• портативный цифровой радиометр.

Оценка радиационного качества нефтяного сырья выполняется  РГП «Павлодарский областной  центр санитарно-эпидемиологической экспертизы». Санитарно-эпидемиологическое заключение удостоверяет, что исследованная  продукция безопасна и соответствует  гигиеническим требованиям. По контролируемым ингредиентам в течение первого полугодия 2012 года превышений ПДК не обнаружено.

На базе  «НПЦ СЭЭиМ» КГСЭН МЗ РК с 09 июля по 20 июля 2012 года прошел учебный курс: «Основные вопросы обеспечения радиационной безопасности и дозиметрии».

В учебном курсе приняли участие  специалисты, работающие в области  обеспечения радиационной безопасности на предприятиях и организациях.

Лекционные занятия проводили  специалисты отдела радиационной гигиены и радиологии. Помимо основных теоретических положений, уделялось внимание практическим вопросам в области организации службы радиационной безопасности и использования приборов для радиометрии ионизирующих излучений и дозиметрии.

В учебной программе курса были использованы лекционные материалы  специалистов  НПЦ «СЭЭиМ» КГСЭН МЗ РК, международных организаций МАГАТЭ, Всемирной организации здравоохранения, Международной комиссии по радиационной защите, Центрально-Азиатского офиса Центра США по контролю и профилактике заболеваний.

В первой части будет рассмотрено понятие радиоактивности, её виды, а так же характеристика радиоактивных излучений и нормы радиационной безопасности.

Во второй части будет рассмотрено понятие дозиметрии, её методы, а так же приборы, используемые в дозиметрии.

В третьей  части курсового проекта будет рассчитаны формирователи импульсов записи и сброса для портативного цифрового радиометра.

 

1 Понятие об ионизирующих излучениях

 

 

1.1Виды ионизирующих излучений

 

Появление ионизирующих излучений как одного из факторов физической среды обитания связано с открытиями явлений  искусственной и естественной радиоактивности  рентгеновских лучей. Открытие радиоактивности было в известной степени связано с обнаружением в 1895 году Рентгеном лучей, названных впоследствии его именем. В 1895 году Беккерель открыл естественную радиоактивность. Он обнаружил, что соли урана излучают проникающие лучи, подобные рентгеновским. За открытием Беккереля последовали многочисленные исследования таких известных ученых, как Кюри, Резерфорд, Содди. Вскоре стало известно, что уран и торий являются предками почти всех естественных радиоактивных атомов.

С появлением ядерных реакторов и ускорителей  возникла возможность получать искусственные  радионуклиды. 

Под ионизирующим излучением понимают любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных и (или) незаряженных частиц (к частицам мы относим и фотоны). Различают непосредственно ионизирующее излучение и косвенное ионизирующее излучение.

Непосредственно ионизирующее излучение состоит  из заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомом вещества. В качестве примера могут быть протоны, электроны, альфа-частицы и т.д.

Косвенно  ионизирующее излучение- это поток  незаряженных частиц, например, нейтронов, гамма-квантов, взаимодействие которых со средой приводит к появлению заряженных частиц, способных непосредственно вызвать ионизацию.

Ионизирующие  излучения, состоящие из частиц одного вида одинаковой энергии, называется моноэнергетическим однородным излучением.

Ионизирующие  излучения, состоящие из частиц одного вида различных энергий, называется немоноэнергетическим. Так, бета-излучение  радиоактивных нуклидов всегда является немоноэнергетическим. Излучение, состоящее из частиц различного вида, называют смешанным.

В зависимости  от характера распространения в  пространстве различают направленное и ненаправленное ионизирующее излучение. Направленным называют излучение с выделенным направлением распространения. Если все направления распространения излучения равновероятны, говорят, что излучение изотропно. Например, излучение одного точечного источника в вакууме и коллимированный пучок излучения от ускорителя в вакууме являются направленными излучениями. Если бы эти излучения распространялись не в вакууме, а в рассеивающей среде, то, строго говоря, мы имели бы дело с ненаправленными излучениями, поскольку рассеянное излучение приходило бы в рассматриваемую точку по различным направлениям.

Излучение распространяется в пространстве и  во времени. В зависимости от характера  распространения во времени различаю непрерывное и импульсное излучение. Это два крайних случая поведения  излучения во времени. Излучение будет считаться непрерывным, если его характеристика( точнее, характеристика поля излучения) за рассматриваемый промежуток времени остаются постоянными. Однако за время наблюдения характеристики излучения могут измениться. Под импульсным понимается такое излучение, продолжительность действия которого значительно меньше времени наблюдения.

Обычно  различают первичное и вторичное  ионизирующие излучения. Под первичным  понимается ионизирующее излучение, которое  в рассматриваемом процессе взаимодействия со средой принимается за исходное. Вторичное ионизирующее излучение возникает в результате взаимодействия первичного ионизирующего излучения с данной средой.

Исторически сложилось так, ионизирующее излучение разделяют на два вида: корпускулярное и фотонное.

Корпускулярное  излучение состоит из частиц с  массой покоя, отличной от нуля, а именно:

• альфа-излучение, представляющее собой поток, объединенных в единое целое двух протонов и двух нейтронов (ядро атома гелия );
• бета-излучение, представляющее собой поток электронов е- или позитронов ;
• протонное излучение, представляющее собой поток протонов р (ядер водорода );
• нейтронное излучение, представляющее собой поток нейтронов п;
• дейтронное излучение, представляющее собой поток ядер изотопа водорода – дейтерия ;
• потоки многозарядных ионов;
• продукты ядерных реакций деления.

Фотонное излучение включает в себя косвенно ионизирующие:

• гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер (включая радиоактивный распад) или при аннигиляции частиц, то есть при столкновении частицы с античастицей (при аннигиляции, например, электрона с позитроном возникают фотоны, то есть кванты электромагнитного излучения);
• рентгеновское излучение – тормозное и характеристическое излучения.

Под полем излучения в дозиметрии понимают область пространства, в каждой точке которой поставлены в соответствие физические величины (скалярные или векторные), являющиеся характеристиками поля излучения. Характеристики поля определяют пространственно-временное распределение излучения в рассматриваемой среде.

Существуют  следующие виды распада радионуклидов.

1. Альфа-распад (или испускание ядер гелия). Впервые альфа излучение открыл Э. Резерфорд. Изучая радиоактивные элементы, в частности изучая такие радиоактивные элементы как уран радий и актиний, Э. Резерфорд пришел к выводу что все радиоактивные элементы испускают альфа- и бета-лучи. И, что еще более важно, радиоактивность любого радиоактивного элемента через определенный конкретный период времени уменьшается. Он характерен для естественных радиоактивных элементов с большими порядковыми номерами и, следовательно, с малыми энергиями связи. Альфа-распад приводит к уменьшению массового числа на четыре единицы и к уменьшению порядкового номера на две единицы. Например: . Обладая сравнительно большой массой, альфа-частицы быстро теряют свою энергию при взаимодействии со средой, чем объясняется их низкая проникающая и высокая ионизирующая способность.  Энергия, освобождающаяся при α-распаде,

обычно заключена  в интервале 2–9 МэВ (1 МэВ = 1.6*10^-13 Дж) и основная её часть (≈98%) уносится α-частицей в виде её кинетической энергии. Оставшиеся 2% - это кинетическая энергия конечного ядра. Периоды полураспада альфа-излучателей изменяются в очень широких пределах: от 5*10^-8 сек до 8*10¹⁸ лет. Столь широкий разброс периодов полураспада, а также огромные значения этих периодов для многих альфа-радиоактивных ядер объясняется тем, что α-частица не может “мгновенно” покинуть ядро, несмотря на то, что это энергетически выгодно. Для того чтобы покинуть ядро, α-частица должна преодолеть потенциальный барьер - область на границе ядра, образующуюся за счёт потенциальной энергии электростатического отталкивания α-частицы и конечного ядра и сил притяжения между нуклонами. С точки зрения классической физики α-частица не может преодолеть потенциальный барьер, так как не имеет необходимой для этого кинетической энергии. Однако квантовая механика допускает такую возможность - α-частица имеет определенную вероятность пройти сквозь потенциальный барьер и покинуть ядро. Это квантовомеханическое явление называют “туннельным эффектом” или “туннелированием”. Чем выше барьер, тем меньше вероятность туннелирования, а период полураспада больше. Огромный диапазон периодов полураспада α-излучателей объясняется различным сочетанием кинетических энергий α-частиц и высот потенциальных барьеров. Если бы барьера не существовало, то альфа-частица за время ≈10^-21 – 10^-23 с покинула бы ядро. Известно свыше 300 альфа-активных ядер, большинство из которых получено искусственно. Подавляющее большинство последних сосредоточено в области транссвинцовых ядер с Z>82. Имеется группа альфа-активных ядер в области редкоземельных элементов (А=140-160), а также небольшая группа в промежутке между редкоземельными и тяжелыми ядрами. В ядерных реакциях с тяжелыми ионами синтезированы несколько альфа-излучающих нейтронно-дефицитных ядер с А~110. Наблюдаемые времена жизни альфа-активных ядер лежат в пределах от 10¹⁷ лет (²⁰⁴Pb) до с(²¹²Po). Кинетические энергии альфа-частиц изменяются от 1,83 МэВ (¹⁴⁴Nd) до 11,65 МэВ (изомер ^212mPo). Пробег альфа-частиц в воздухе составляет 2 – 11 см, а в биологических тканях – несколько десятков микрометров. Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.