Федеральное агентство по образованию

Владимирский  государственный университет

Кафедра экологии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторная  работа № 2

«Ионизирующие излучения и окружающая среда» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст. гр. БД-107

Морозов К.Н.

Приняла: Абрамова Г.Е. 
 
 
 
 

Владимир  2009

     Теоретическая часть.

     Радиоактивность - это способность ядер некоторых химических элементов самопроизвольно распадаться с образованием ядер новых химических элементов и испусканием ионизирующего излучения.

     Ионизирующими называют такие излучения, которые, проходя через среду,  вызывают ее ионизацию. Помимо ионизации излучения могут вызывать возбуждение молекул среды. Энергию ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах электрон-вольтах (эВ), 1 эВ = 1,6 ^. 10^-19 Дж. Ультрафиолетовое излучение и видимый свет не относят к ионизирующим.

     По  своей природе ионизирующее излучение бывает фотонным и корпускулярным.  Фотонное излучение включает g-излучение и рентгеновское излучение.g-излучение - это фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц (например, электрона и позитрона). Оно обладает высокой проникающей способностью (средний пробег фотонов в воздухе составляет около ста метров, а в биологической ткани - до 10 - 15 см), представляет основную опасность как источник внешнего облучения.

     Рентгеновское излучение - это фотонное излучение, состоящее из тормозного или характеристического  излучения. Под тормозным понимают излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц, а под характеристическим - возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома.

     Корпускулярное  излучение - это ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля. Оно бывает следующих видов:

     - b-излучение, состоящее из электронов или позитронов, испускается при ядерных превращениях. Бета-частицы обладают малым пробегом (несколько метров в воздухе  и несколько сантиметров в биологической ткани), бета-излучатели опасны при проникновении в легкие и желудочно-кишечный тракт   как внутренние облучатели;

     - a-излучение, состоящее из   частиц, имеющих строение, аналогичное ядру атома гелия, т.е.  из двух протонов и двух нейтронов, альфа-частицы обладают очень малым пробегом (не более нескольких сантиметров в воздухе и не более 0,1 мм в биологической ткани). Альфа-излучатели опасны при проникновении внутрь организма как источники внутреннего облучения;

     - протонное излучение, состоящее  из протонов;

     - нейтронное излучение, состоящее из нейтронов.

     Единицы измерения ионизирующих излучений

     Активность источника радиационного излучения характеризуется числом ядерных превращений в единицу времени и выражается в беккерелях (Бк): 1Бк = 1 распад в секунду (внесистемная единица Кюри - Кю =  
3,7^. 10¹⁰ Бк).

     Поле, создаваемое источником ионизирующего излучения, имеет следующие характеристики:

     1. Экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения D₀ определяется по ионизации воздуха. Она представляет собой отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобожденные фотонами в элементарном объеме воздуха массой dm, полностью остановились,  к массе воздуха в указанном обьеме:

     D₀  =  dQ /  dm

     Единица измерения - кулон на килограмм, Кл/кг. Используется и внесистемная единица измерения - рентген, Р ( 1 Р = 2,25 ^. 10^-4 Кл/кг ).

     2. Мощность экспозиционной дозы P₀ - приращение  экспозиционной дозы в единицу времени:

     P₀ =  dD₀ / dt

     Единица измерения - Ампер на килограмм, А/кг. Внесистемная единица Р/с ( 1 А/кг  = 3,88 Р/с ).

     Поглощение энергии излучения объектами неживой природы характеризуется следующими параметрами:

     1. Поглощенная доза излучения D - это энергия ионизирующего излучения dE, поглощенная облучаемым веществом и рассчитанная на единицу его массы:

     D =  dE / dm

     Единица измерения поглощенной дозы - грей, Гр. Внесистемная единица рад, 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

     2. Мощность поглощенной дозы Р - приращение поглощенной дозы излучения dD в единицу времени.

     P =  dD / dt ,  Гр/с.

     При характеристике поглощения облучения  биологическими объектами используют следующие  понятия:

     1. Эквивалентная доза Н - основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности, введенная для оценки возможного ущерба здоровью человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава.

     Эквивалентная доза равна произведению поглощенной  дозы на средний коэффициент качества - к, учитывающий биологическую эффективность разных видов ионизирующих излучений. Измеряется в зивертах, Зв, внесистемная единица - бэр, 1 Зв = 100 бэр.

     2. Мощность эквивалентной дозы - приращение эквивалентной дозы в единицу времени. Единица мощности эквивалентной дозы - зиверт в секунду, Зв/с, 1 Зв/с = 100 бэр/с.

     3. Эффективная эквивалентная доза (ЭЭД) Н_е - сумма произведений эквивалентной дозы, полученной каждым органом Н_Т , на соответствующий весовой коэффициент W_Т, учитывающий различную чувствительность органов к излучению. ЭЭД обеспечивает сравнимость и приведение неравномерного облучения тела к  такой же оценке его последствий, как и при равномерном облучении.

     Н_е = S H_Т W_Т  .

                   i=1

     Эта величина измеряется в зивертах, Зв. Например, доза облучения легких 1 мЗв  соответствует ЭЭД = 0,12 мЗв, т.е. показывает, что при равномерном облучении всего тела дозой 0,12 мЗв вероятность риска от облучения такая же, что и при облучении дозой 1 мЗв только легких.

     Уровни  облучения человека в различных условиях.

          Человек в нормальных условиях подвергается  облучению от мало интенсивных естественных и техногенных  фоновых источников  
излучения, которые воздействуют извне и изнутри.

     На  открытой местности на уровне моря и для средних широт среднегодовая  ЭЭД, обусловленная  внешним космическим  излучением составляет около 0,37 мЗв. ЭЭД  от внешних бета- и гамма-источников облучения, содержащихся в земной коре, достигает 0,3 мЗв. Среднегодовая ЭЭД от внутренних бета-, гамма- и альфа-источников облучения естественного происхождения, находящихся в теле человека ( в основном радионуклид калий-40, присутствующий в мышечной ткани) и поступающих в организм с воздухом, водой и пищей, равна 0,4 мЗв.

     Наиболее  значительным источником  облучения  является радон-222, относящийся к  инертным газам и представляющий собой короткоживущий продукт распада урана-238. Основную часть ЭЭД от радона, равной 1,3 мЗв, человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Радон проникает в задания из грунта или выделяется строительными материалами минерального происхождения, содержащими незначительные количества урана-238 (гранит, кирпич и т.д.), и в результате улучшившейся изоляции помещений накапливается в них.

     Таким образом, средняя эффективная эквивалентная  доза, которую человек получает ежегодно от естественных источников излучения  различных видов, составляет примерно 2,4 мЗв ( рис. 4.1). Значения естественного  радиационного фона (мощность эквивалентной дозы) колеблются в зависимости от местности в пределах 0,05 - 0,2 мкЗв/ч. В аномальных местах, где близко к поверхности подходят гранитные массивы или грунты, содержащие повышенные концентрации естественных радионуклидов, вблизи домов, облицованных гранитом, фон достигает  
0,4 мкЗв/ч и более высоких уровней.

     Радиационный  уровень, соответствующий естественному  фону  
0,1 - 0,2 мкЗв/ч, признано считать нормальным, уровень 0,2 - 0,6 мкЗв/ч считается допустимым, а уровень свыше 0,6 - 1,2 мкЗв/ч с учетом коэффициента экранирования считается повышенным.

     Пребывание  в помещении приводит к ослаблению уровня внешнего облучения. Коэффициент экранирования для каменных домов равен 10, а для деревянных - 2. С другой стороны, здания увеличивают дозы облучения за счет радионуклидов, находящихся в строительных материалах, из которых они построены. Например, в кирпичных и панельных домах мощность дозы в 2 - 3 раза больше, чем в деревянных.

     Вклад в годовую  эффективную эквивалентную  дозу облучения радиоактивных выпадений в результате ядерных испытаний не превышает  
1 % ,от атомной энергетики - менее 0,1 % от естественного фонового облучения.

     Таким образом, за всю жизнь (70 лет) человек  может без большого риска набрать  радиацию в 35 бэр.

     Ход работы.

     1. Определить мощность полевой эквивалентной дозы  гамма-излучения с помощью дозиметра РКСБ-104. Порядок работы с прибором изучить по инструкции к дозиметру. Трижды  провести измерения в помещении и на улице  и вычислить в обоих случаях среднее значение. Исходя из полученных данных, рассчитать какую дозу получит человек  за всю жизнь (в бэрах), соответствует ли она установленным нормам.

          2. Согласно инструкции к дозиметру измерить загрязненность поверхностей бета-излучающими радионуклидами образцов, выданных преподавателем. Рассчитать процентное содержание калия в них. Построить график зависимости плотности потока бета-частиц от процентного содержания калия. Объяснить полученные результаты.