- •Введение
- •1 Краткие сведения из атомной и ядерной физики
- •1.1 Строение атома
- •1.2 Атомное ядро, изотопы
- •1.3 Радиоактивность и радиоактивный распад
- •1.4 Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля ионизирующего излучения
- •2 Доза излучения. Единицы дозы излучения
- •2.1 Поглощенная доза
- •2.2 Эквивалентная доза
- •2.3 Эффективная эквивалентная доза облучения
- •2.4 Коллективная эквивалентная доза облучения
- •2.5 Экспозиционная доза фотонного излучения
- •2.6 Гамма – постоянная радионуклида
- •3.1 Цезий
- •3.3 Стронций-90
- •3.4 Трансплутониевые радионуклиды
- •4 Радиоактивные материалы и окружающая среда
- •4.1 Естественная радиация
- •4.1.1 Космическое излучение
- •4.1.2 Земное излучение
- •4.2 Изменение естественного радиоактивного фона
- •4.2.1 Использование излучений в медицине
- •4.2.1.1 Медицинская диагностическая рентгенография
- •4.2.1.2 Диагностическая радиационная медицина
- •4.3 Испытания ядерного оружия
- •4.4 Промышленные процессы и естественные радионуклиды
- •4.5 Радиация и атомная энергетика
- •4.5.1 Производство электроэнергии на АЭС в условиях нормальной эксплуатации
- •4.5.1.1 Добыча и переработка урановых руд
- •4.5.1.2 Производство ядерного топлива
- •4.5.1.3 Эксплуатация реакторов
- •4.5.1.4 Переработка ядерного топлива
- •4.5.1.5 Транспортировка радиоактивных материалов
- •4.5.1.6 Долговременные перспективы
- •5 Обстановка после Чернобыльской аварии
- •5.1 Авария и аварийные меры на площадке
- •5.2 Последствия аварии на ЧАЭС
- •6 Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути облучения организма человека
- •6.1 Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ
- •6.2 Пути внешнего облучения
- •6.3 Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов
- •6.3.1 Ингаляционное поступление радионуклидов
- •6.3.2 Поступление радионуклидов с продуктами питания
- •6.4 Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и содержания радионуклидов в продуктах питания
- •6.4.1 Допустимые уровни годовой суммарной эффективной дозы
- •6.5 Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания
- •7 Взаимодействие заряженного излучения с веществом
- •7.1 Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом
- •8 Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом
- •8.1 Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
- •8.2 Ослабление излучения в веществе
- •8.3 Фотоэффект
- •8.4 Комптон-эффект
- •8.5 Эффект образования пар
- •9 Ионизационный метод регистрации излучения
- •9.1 Принципы регистрации излучения
- •9.2 Физические основы газовой проводимости
- •9.2.1 Подвижность ионов
- •9.2.1.1 Рекомбинация ионов
- •9.3 Вольт–амперная характеристика газового разряда
- •9.4 Ионизационные камеры. Принципы работы и общие характеристики
- •9.4.4 Импульсные камеры
- •9.5 Пропорциональный счетчик
- •9.5.1 Принцип действия
- •9.5.2 Механизм газового разряда
- •9.5.3 Рабочие характеристики
- •9.5.4 Конструкция и применение пропорциональных счетчиков
- •9.6.1 Особенности газового разряда
- •9.6.2 Рабочие характеристики
- •10 Сцинтилляционные детекторы
- •10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора
- •10.2 Фосфоры
- •10.2.1 Органические монокристаллы
- •10.2.2 Жидкие фосфоры
- •10.2.3 Пластики
- •10.2.4 Неорганические монокристаллы
- •10.3 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
- •10.3.1 Особенности регистрации излучений
- •11 Полупроводниковые детекторы
- •11.1 Зонная теория проводимости
- •11.2 Примесные полупроводники
- •11.4 Диффузионно-дрейфовые детекторы
- •12 Спектрометрия излучений
- •12.1 Основные виды спектрометров и их характеристики
- •12.2 Энергетические спектрометры
- •12.3 Методы построения спектрометров
- •13 Методы дозиметрии
- •13.1 Термолюминесцентные дозиметры
- •13.2 Фотографический метод дозиметрии
- •13.2.1 Сенситометрические характеристики фотографических материалов
- •14 Методы отбора и подготовки проб для радиометрических измерений
- •14.1 Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования почв
- •14.2 Полевое агрохимическое и радиологическое обследование почв
- •14.2.1 Выделение элементарных участков
- •14.3 Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.4 Формирование объединенных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.5 Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения радионуклидов не проводилась обработка почвы
- •14.6 Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов для агрохимических анализов
- •14.7 Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов
- •15 Математическая обработка результатов измерений
- •15.1 Методы и средства измерения
- •15.2 Погрешность измерения действительных величин
- •15.3 Статистическая точность измерения
- •Список литературы
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования
«Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»
Ю. М. Жученко
Радиационные методы измерений в биогеохимических
объектах
Учебное пособие
для студентов 5 курса специальности 1-31 01 01 02 «Биология
(научно-педагогическая деятельность)»
Гомель 2008
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение................................................................................................................... |
5 |
|
1 |
Краткие сведения из атомной и ядерной физики ..................................... |
6 |
1.1 |
Строение атома ............................................................................................... |
6 |
1.2 |
Атомное ядро, изотопы .................................................................................. |
9 |
1.3 |
Радиоактивность и радиоактивный распад.................................................. |
11 |
1.4Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля
ионизирующего излучения .................................................................................... |
17 |
|
2 |
Доза излучения. Единицы дозы излучения ............................................. |
20 |
2.1 |
Поглощенная доза......................................................................................... |
20 |
2.2 |
Эквивалентная доза ...................................................................................... |
21 |
2.3 |
Эффективная эквивалентная доза облучения.............................................. |
23 |
2.4 |
Коллективная эквивалентная доза облучения ............................................. |
24 |
2.5 |
Экспозиционная доза фотонного излучения ............................................... |
25 |
2.6 |
Гамма – постоянная радионуклида. ............................................................. |
27 |
3 |
Основные делящиеся и радиоактивные материалы и их свойства ..... |
29 |
3.1 |
Цезий ............................................................................................................. |
31 |
3.2 |
Йод................................................................................................................. |
32 |
3.3 |
Стронций-90 .................................................................................................. |
33 |
3.4 |
Трансплутониевые радионуклиды ............................................................... |
34 |
4 |
Радиоактивные материалы и окружающая среда.................................. |
36 |
4.1 |
Естественная радиация ................................................................................. |
36 |
4.2 |
Изменение естественного радиоактивного фона ........................................ |
40 |
4.3 |
Испытания ядерного оружия........................................................................ |
42 |
4.4 |
Промышленные процессы и естественные радионуклиды ........................ |
43 |
4.5 |
Радиация и атомная энергетика ................................................................... |
45 |
5 |
Обстановка после Чернобыльской аварии.............................................. |
48 |
5.1 |
Авария и аварийные меры на площадке ...................................................... |
48 |
5.2 |
Последствия аварии на ЧАЭС ...................................................................... |
53 |
6 |
Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути |
|
облучения организма человека .......................................................................... |
60 |
|
6.1 |
Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ ........................................ |
61 |
6.2 |
Пути внешнего облучения ............................................................................ |
62 |
6.3 |
Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов ....................... |
63 |
6.4Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и
содержания радионуклидов в продуктах питания ................................................ |
69 |
|
6.5 |
Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания.............. |
72 |
7 |
Взаимодействие заряженного излучения с веществом .......................... |
78 |
7.1 |
Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом ...................... |
78 |
7.2 |
Взаимодействие β-частиц с веществом ....................................................... |
84 |
8 |
Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом ............... |
93 |
|
2 |
|
8.1 |
Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение ...................... |
|
94 |
||||
8.2 |
Ослабление излучения в веществе............................................................... |
|
|
|
94 |
||
8.3 |
Фотоэффект................................................................................................... |
|
|
|
|
|
99 |
8.4 |
Комптон-эффект ......................................................................................... |
|
|
|
|
|
101 |
8.5 |
Эффект образования пар |
............................................................................ |
|
|
|
103 |
|
9 |
Ионизационный метод регистрации излучения.................................... |
|
|
105 |
|||
9.1 |
Принципы регистрации излучения ............................................................ |
|
|
|
105 |
||
9.2 |
Физические основы газовой ..............................................проводимости |
|
|
108 |
|||
9.3 |
Вольт–амперная характеристика ...................................газового разряда |
|
|
111 |
|||
9.4 |
Ионизационные камеры. ...Принципы работы и общие характеристики |
115 |
|||||
9.5 |
Пропорциональный счетчик....................................................................... |
|
|
|
124 |
||
9.6 |
Счетчик Гейгера–Мюллера........................................................................ |
|
|
|
130 |
||
10 |
Сцинтилляционные детекторы ............................................................... |
|
|
|
140 |
||
10.1 |
Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного |
|
|||||
детектора............................................................................................................... |
|
|
|
|
|
140 |
|
10.2 |
Фосфоры...................................................................................................... |
|
|
|
|
|
142 |
10.3 |
Фотоэлектронный умножитель ......................................................(ФЭУ) |
|
|
|
148 |
||
11 |
Полупроводниковые детекторы .............................................................. |
|
|
|
153 |
||
11.1 |
Зонная теория проводимости ..................................................................... |
|
|
|
153 |
||
11.2 |
Примесные полупроводники ...................................................................... |
|
|
|
155 |
||
11.3 |
Поверхностно–барьерные .........................................................детекторы |
|
|
|
160 |
||
11.4 |
Диффузионно-дрейфовые ........................................................детекторы |
|
|
|
160 |
||
12 |
Спектрометрия излучений....................................................................... |
|
|
|
163 |
||
12.1 |
Основные виды спектрометров ...............................и их характеристики |
|
|
163 |
|||
12.2 |
Энергетические спектрометры................................................................... |
|
|
|
168 |
||
12.3 |
Методы построения спектрометров........................................................... |
|
|
|
170 |
||
12.4 |
Спектрометры |
с |
линейным |
энергетическо–амплитудным |
|
||
преобразованием .................................................................................................. |
|
|
|
|
|
170 |
|
13 |
Методы дозиметрии .................................................................................. |
|
|
|
|
174 |
|
13.1 |
Термолюминесцентные дозиметры ........................................................... |
|
|
|
174 |
||
13.2 |
Фотографический метод ........................................................дозиметрии |
|
|
|
181 |
||
14 |
Методы отбора и подготовки проб для радиометрических |
|
|||||
измерений ............................................................................................................ |
|
|
|
|
|
188 |
|
14.1 |
Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования |
|
|||||
почв |
.................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
189 |
14.2 |
Полевое агрохимическое ...........и радиологическое обследование почв |
|
190 |
||||
14.3 |
Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при |
|
|||||
агрохимическом и радиологическом ...........................................обследовании |
|
|
192 |
||||
14.4 |
Формирование |
объединенных |
почвенных |
образцов |
при |
|
|
агрохимическом и радиологическом ...........................................обследовании |
|
|
194 |
||||
14.5 |
Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения |
|
|||||
радионуклидов не проводилась ..............................................обработка почвы |
|
|
195 |
||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
14.6 |
Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов |
|
для агрохимических анализов ............................................................................. |
197 |
|
14.7 |
Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов ...... |
198 |
15 Математическая обработка результатов измерений ........................... |
201 |
|
15.1 |
Методы и средства измерения ................................................................... |
201 |
15.2 |
Погрешность измерения действительных величин................................... |
203 |
15.3 |
Статистическая точность измерения ......................................................... |
206 |
Список литературы ............................................................................................ |
210 |
4
Введение
Противорадиационная защита человека и природной среды требует особой заботы и внимания в связи с широким и крупномасштабным использованием атомной энергии. Поэтому важное значение приобретают количественные характеристики поля ионизирующего излучения, формируемого различными источниками, а так же физические величины, определяющие характеристики источников излучения и последствия воздействия ионизирующего излучения на объекты живой и неживой природы, методы и средства их измерения.
Применяемая человеком атомная энергия, принося несомненную пользу, таит в себе, к сожалению, потенциальную опасность, реализуемую в аварийных ситуациях, источником возникновения которых оказываются либо недостаточная квалификация ответственных лиц, либо преступная небрежность и халатность. Анализ радиационных инцидентов, случившихся в разных странах, показывает, что большая часть из них обусловлена именно этими причинами. Это подтверждают и наиболее крупные аварии, такие, как авария на американской АЭС в 1979 г., авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г., инциденты на границе при попытке перевозки радиоактивных материалов.
В этой связи острым является вопрос об уровне профессиональной культуры, необходимым элементом которой должно быть понимание природы опасных факторов, сопутствующих развитию новых технологий, и тех реальных последствий, которые они могут вызвать. Пути повышения профессиональной культуры разнообразны, но все они связаны с подготовкой и повышением квалификации кадров в области радиационного контроля, важнейшей составляющей которого является радиометрия, спектрометрия и дозиметрия ионизирующих излучений.
5