Лабораторная работа 5 Исследование радиационного фона и основных методов защиты от воздействия внешнего ионизирующего излучения

Цель работы – установить зависимость мощности экспозиционной дозы α-излучения, действующего на детектор, от расстояния между источником α - излучения и детектором и исследовать зависимость мощности экспозици­онной дозы γ-излучения от материала защитного экрана, а также величину естественного радиационного фона.

5.1. Основные теоретические положения

Ионизирующие излучения получили свое название благодаря способ­ности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе.

Все ионизирующие излучения по своей физической природе под­разделяются на электромагнитные и корпускулярные. Электромагнитные излучения – это рентгеновское излучение, γ -излучение радиоактивных эле­ментов и тормозное излучение. Рентгеновское излучение возникает при воз­действии на вещество сильного электростатического поля (при разности потенциалов более 10-12 кВ). Взаимные превращения и распады радиоак­тивных элементов сопровождаются появлением γ -излучения. Тормозное излучение возникает при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Видимый свет и радиоволны - тоже электромагнит­ные излучения, но они не ионизируют вещество, ибо характеризуются боль­шой длиной волны (то есть малой энергией) или, как принято говорить, меньшей жесткостью.

Все остальные виды ионизирующих излучений можно рассматривать как пучки элементарных ядерных частиц, ядер элементов или ионов - кор­пускулярные излучения. Большинство из них – заряженные частицы: β-час-тицы (электроны, позитроны), протоны – ядра атомов водорода, дейтроны (ядра атомов тяжелого водорода-дейтерия), α-частицы (ядра атомов ге­лия), тяжелые ионы (ионы и ядра атомов других химических элементов).

Кроме того, к корпускулярным излучениям относят и не имеющие заряда ядер­ные частицы - нейтроны.

Наряду с ионизирующей способностью характерным свойством иони­зирующих излучений является их проникающая способность в облучаемое вещество. Глубина проникновения ионизирующих излучений в вещество за­висит, с одной стороны, от природы излучения, заряда составляющих его частиц и их энергии, а с другой стороны, - от состава и плотности облучае­мого вещества.

Электромагнитное ионизирующее излучение обладает большой про­никающей способностью, так как поглощается в веществе незначительно. Поглощение электромагнитного пучка одной энергии в однородном веще­стве описывает зависимость

l(х) = l₀ * е^μx (5.1)

где l_0; и 1(х) - интенсивности, соответственно, падающего излучения и излу­чения, прошедшего через вещество толщиной х;

μ – линейный коэффициент поглощения, который характеризует поглоща­ющую способность вещества.

Для корпускулярных ионизирующих излучений проникающая способ­ность значительно меньше. Это можно объяснить либо наличием у частиц, иони­зирующих вещество, электрического заряда, либо при его отсутствии наличи­ем значительной массы частиц (нейтронов). Проникающую способность кор­пускулярных ионизирующих излучений удобно характеризовать величиной про­бега частиц в веществе.

При облучении биологических объектов разными видами ионизирую­щей радиации в одинаковых условиях возникают количественно, а иногда и качественно различные биологические эффекты, что связано с пространствен­ным распределением проникающей радиации в биологическом объекте.

Каждому биологическому объекту свойственна своя мера чувствитель­ности к действию ионизирующей радиации, своя радиочувствительность.

В качестве критерия радиочувствительности обычно используют ве­личину ЛД₅₀ – летальную дозу, облучение в которой вызывает 50 %-ную гибель биологических объектов. В таблице 5.3 представлены данные о радио­чувствительности различных биологических объектов к дозам γ-излучения, вызывающих 50 %-ную смертность.

Таблица 5.3 Радиочувствительность биологических объектов

Биологический вид	Доза. Гр	Биологический вид	Доза, Гр
Овца	1,5 - 2,5	Осел	2,0-3,8
Собака	2,5-3,0	Человек	2,5 - 3,5
Обезьяны	2,5 - 6.0	Мыши	6,0- 15,0
Крысы	7,0-9,0	Птицы	8,0 - 20,0
Рыбы	8,0-20,0	Кролик	9,0- 10,0
Хомяк	9,0- 10,0	Змея	80,0-200,0
Насекомые	10,0- 100,0	Растения	10,0- 1500,0

Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излу­чения.

Общее представление о количестве падающей на объект энергии излу­чения за время облучения может быть получено измерением так называе­мой экспозиционной дозы X, определяемой как

X=dQ/dm, (5.2)

где dQ - полный заряд ионов одного знака, возникающих в воздухе;

dm - масса воздуха в данном объеме.

Экспозиционная доза - это доза излучения в воздухе. Она характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при об­щем и равномерном облучении тела человека. Экспозиционная доза в систе­ме единиц СИ измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей экспозиционной дозы излучения является рентген (Р).

Рентген - это доза гамма-излучения, под действием которого в 1 куби­ческом см сухого воздуха при нормальных условиях (температура 0°С и давление 760 мм рт. ст.) создаются ионы, несущие одну электростатичес­кую единицу количества электричества каждого знака.

Эффект от воздействий ионизирующих излучений на объект при про­чих равных условиях прежде всего определяется величиной энергии, ионизи­рующей излучения, переданной веществу поглощенной дозой D

(5.3)

где - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме;

dm - масса вещества в этом объеме.

Поглощенная доза более точно характеризует воздействие ионизиру­ющих излучений на биологические ткани. В системе единиц СИ она измеря­ется в греях (Гр).

Доза в органе или ткани (D_T) – средняя поглощенная доза в определен­ном органе или ткани человеческого тела

где т - масса органа или ткани,

D - поглощенная доза в элементе Т массы dm.

Для сравнительной оценки биологического действия разных видов излучения или смешанных излучений при равных поглощенных дозах ис­пользуется понятие эквивалентной дозы H_TR

H_TR=W_R *D_TR, (5.4)

где D_TR, - средняя поглощенная доза в органе или ткани Т;

W_R - взвешивающий коэффициент для излучения R.

Он определяется как отношение поглощенной дозы «эталонного» излу­чения к поглощенной дозе данного излучения, обусловливающего тот же биологический эффект. В качестве эталонного излучения принимают рент­геновское излучение.

Большинство методов защиты от воздействия внешних ионизирующих излучений основано на трех способах уменьшения влияния ионизирующего и (лучения на биологические объекты: увеличение расстояния между источником излучения и объектом; установка защитных экранов между источником излучения и объектом; - уменьшение времени воздействия излучения на объект. Целью исследования данной работы является: исследование зависимости мощности экспозиционной дозы γ-излучения, действующего на детектор, от расстояния между источником γ-излучения и детектором;

- исследование зависимости мощности экспозиционной дозы γ-излучения, действующего на детектор, от материала защитного экрана при фикси­рованном расстоянии между источником и детектором;

- исследование зависимости эквивалентной дозы, полученной биологическим объектом, от времени воздействия гамма-излучения на объект.

5.1.2. Исследование радиационного фона

Целью является исследование радиационного фона естественных ис­точников излучения. К естественным источникам ионизирующих излуче­ний относятся космическое излучение и естественные радиоактивные веще­ства, распределенные на поверхности и в недрах Земли, в атмосфере, воде растениях и организмах всех живых существ, населяющих нашу планету

Источниками образования космического излучения являются звездные взрывы в Галактике и солнечные вспышки. Солнечное космическое излуче­ние не приводит к заметному увеличению мощности дозы излучения на по­верхности Земли. Земными источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов.

При непосредственном измерении значения величины мощности дозы за счет естественного фона в большинстве районов земного шара колеблют­ся в пределах от 4 до 12 мкР/ч.