Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На  тему: Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка 1 курса группы РФФ-1      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2013

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1.МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ 4

2.ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ 6

3.КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ, СИСТЕМ И СРЕДСТВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

Литература: 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Ионизирующее излучение  – это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию  электрических зарядов разных знаков.

При ядерном взрыве, авариях  на АЭС и других ядерных превращениях появляются и действуют невидимые  и не ощущаемые человеком излучения. По своей природе ядерное излучение  может быть электромагнитным, как, например, гамма-излучение, или представлять поток быстро движущихся элементарных частиц – нейтронов, протонов, бета и альфа-частиц. Любые ядерные  излучения, взаимодействуя с различными материалами, ионизируют их атомы и  молекулы. Ионизация среды тем  сильнее, чем больше мощность дозы проникающей  радиации или радиоактивного излучения  и длительнее их воздействие.

Действие ионизирующих излучений  на людей и животных заключается  в разрушении живых клеток организма, которое может привести к различной  степени заболеваниям, а в некоторых  случаях и к смерти. Чтобы оценить  влияние ионизирующих излучений  на человека (животного), надо учитывать  две основных характеристики: ионизирующую и проникающую способности.

Давайте рассмотрим эти две  способности для альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия с двумя  положительными зарядами. Ионизирующая способность альфа-излучения в  воздухе характеризуется образованием в среднем 30 тыс. пар ионов на 1 см пробега. Это очень много. В  этом главная опасность данного  излучения. Проникающая способность, наоборот, очень невелика. В воздухе  альфа- частицы пробегают всего 10 см. Их задерживает обычный лист бумаги.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов со скоростью, близкой к скорости света. Ионизирующая способность невелика и составляет в воздухе 40 – 150 пар  ионов на 1 см пробега. Проникающая способность намного выше, чем у альфа-излучения, и достигает в воздухе 20 м.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое распространяется со скоростью  света. Ионизирующая способность в  воздухе – всего несколько  пар ионов на 1 см пути, А вот  проникающая способность очень  велика – в 50 – 100 раз больше, чем  у бета-излучения и составляет в воздухе сотни метров.

Нейтронное излучение  – это поток нейтральных частиц, летящих со скоростью 20 – 40 тыс. км/с. Ионизирующая способность составляет несколько тысяч пар ионов  на 1 см пути. Проникающая способность  чрезвычайно велика и достигает  в воздухе несколько километров.

Рассматривая ионизирующую и проникающую способность, можно  сделать вывод. Альфа-излучение обладает высокой ионизирующей и слабой проникающей  способностью. Обыкновенная одежда полностью  защищает человека. Самым опасным  является попадание альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и  пищей. Бета-излучение имеет меньшую  ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Одежда уже не может полностью  защитить, нужно использовать любое  укрытие. Это будет много надежнее. Гамма- и нейтронное излучения обладают очень высокой проникающей способностью, защиту от них могут обеспечить только убежища, противорадиационные укрытия, надежные подвалы и погреба.

1.МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней  средой происходит ионизация и возбуждение  ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации  и измерения ионизирующих излучений используют ионизационный, химический и сцинтилляционный методы.

Ионизационный метод. Сущность его заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен. Такие устройства называются детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах используются ионизационные камеры и газоразрядные счетчики различных типов.

Химический метод. Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию.

Сцинтилляционный метод. Этот метод основывается на том, что некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция и др.) светятся при воздействии на них ионизирующих излучений. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под действием излучений; при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором – так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку.

2.ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

По мере открытий учеными  радиоактивности и ионизирующих излучений стали появляться и  единицы их измерения. Например, рентген, кюри. Но они не были связаны какой-либо системой, а потому и называются внесистемными единицами. Во всем мире сейчас действует единая система  измерений – СИ (система интернациональная). У нас она подлежит обязательному  применению с 1 января 1982 г. К 1 января 1990 г. этот переход надо было завершить. Но в связи с экономическими и  другими трудностями процесс  затягивается. Однако вся новая аппаратура, в том числе и дозиметрическая, как правило, градуируются в новых  единицах.

Единицы радиоактивности

В качестве единицы активности принято одно ядерное превращение  в секунду. В целях сокращения используется более простой термин один распад в секунду (распр./с). В  системе СИ эта единица получила название беккерель (Бк). В практике радиационного контроля, в том  числе и в Чернобыле до последнего времени широко использовалась внесистемная единица активности – кюри (Ки). Один кюри – это 3,7х10~" ядерных превращений  в секунду.

Концентрация радиоактивного вещества обычно характеризуется концентрацией  его активности. Она выражается в  единицах активности на единицу массы: Ки/т, мКи/г, кБк/кг и т.п. (удельная активность). На единицу объема: Ки/м³, мКи/л, Бк/см³ и т.п. (объемная концентрация) или на единицу площади: Ки/км², мКи/см², ПБк/м² и т.п.

 

Единицы ионизирующих излучений

Для измерения величин, характеризующих  ионизирующее излучение, исторически  первой появилась единица «рентген». Это мера экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излучений. Позже для измерения поглощенной дозы излучения добавили «рад».

Доза излучения (поглощенная  доза) – энергия радиоактивного излучения, поглощенная в единице  массы облучаемого вещества или  человеком. С увеличением времени  облучения доза всегда растет. При  одинаковых условиях облучения она  зависит от состава вещества. Поглощенная  доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни  различной степени тяжести. В  качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена  специальная единица – грей (Гр). 1 грей – это такая единица  поглощенной дозы, при которой 1 кг облучаемого вещества поглощает  энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг.

Поглощенная доза излучения  является основной физической величиной, определяющей степень радиационного  воздействия.

Мощность дозы (мощность поглощенной  дозы) – приращение дозы в единицу  времени. Она характеризуется скоростью  накопления дозы и может увеличиваться  или уменьшаться во времени. Ее единица  в системе СИ – грей в секунду. Это такая мощность поглощенной  дозы излучения, при которой за 1 с в веществе создается доза излучения в 1 Гр.

На практике для оценки поглощенной дозы излучения до сих  пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы – рад в час (рад/ч) или рад  в секунду (рад/с).

Эквивалентная доза. Это понятие  введено для количественного  учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов  излучений. Определяется она по формуле  Дэкв=QxД. Где Д – поглощенная доза данного вида излучения, Q – коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета- излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа- излучения с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект.

В системе СИ эквивалентная  доза измеряется в зивертах (Зв).

Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. При Q=1 получаем

 

 

Бэр (биологический эквивалент рентгена) – это внесистемная единица  эквивалентной дозы, такая поглощенная  доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что  и 1 рентген гамма-излучения. Поскольку  коэффициент качества бета и гамма-излучений  равен 1, то на местности, загрязненной радиоактивными веществами при внешнем  облучении,

1 Зв = 1 Гр; 1 бэр = 1 рад; 1 рад » 1 Р.

Из этого можно сделать  вывод, что эквивалентная, поглощенная  и экспозиционная дозы для людей, находящихся в средствах защиты на зараженной местности, практически  равны.

Мощность эквивалентной  дозы – отношение приращения эквивалентной  дозы за какой-то интервал времени. Выражается в зивертах в секунду. Поскольку время пребывания человека в поле излучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражать мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час.

Согласно заключению Международной  комиссии по радиационной защите вредные  эффекты у человека могут наступать  при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв/год (150 бэр/год), а случаях кратковременного облучения – при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает  некоторый порог, возникает лучевая  болезнь.

Мощность эквивалентной  дозы, создаваемая естественным излучением (земного и космического происхождения), колеблется в пределах 1,5 – 2 мЗв/год, плюс искусственные источники (медицина, радиоактивные осадки) от 0,3 до 0,5 мЗв/год. Вот и выходит, что человек в год получает от 2 до 3 мЗв. Эти цифры примерные и зависят от конкретных условий. По другим источникам они выше и доходят до 5 мЗв/год.

Экспозиционная доза –  мера ионизационного действия фотонного  излучения, определяемая по ионизации  воздуха в условиях электронного равновесия.

В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), 1Р=2,58х10^-4Кл/кг. В свою очередь 1Кл/кг 3,876х10³Р. Для удобства в работе при пересчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющимися в справочной литературе.

Мощность экспозиционной дозы – приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Ее единица  в системе СИ – ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно  пользоваться внесистемной единицей –  рентген в секунду (Р/с).

1Р/с = 2,58х10^-4 А/кг.

Надо помнить, что после 1 января 1990 г. не рекомендуется вообще пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности, Поэтому во время  переходного периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/ кг, А/кг), а во в несистемных единицах – рентгенах и рентгенах в секунду.

 3.КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ, СИСТЕМ И СРЕДСТВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

В настоящее время для коллективной и личной безопасности при служебно-бытовом  применении юридическими и физическими  лицами используются переносные приборы  для измерения радиации. Их существует великое множество. Переносные приборы  радиационного контроля делятся  на профессиональные (рабочие) средства измерения и бытовые приборы. Приборы, системы и средства радиационного контроля предназначены для измерения степени ионизации окружающей среды и дозиметрического контроля населения в различных условиях обстановки. В основе работы приборов и систем радиационного контроля используются различные методы обнаружения ионизирующего излучения: ионизационный, фотографический, химический, сцинтилляционный, люминесцентный, термолюминесцентный и т.д. Принципиальная схема любого прибора радиационного контроля включает, как правило, воспринимающее и преобразующее устройство (детектор, измерительной устройство, индикатор, источник питания и различные вспомогательные устройства).

Приборы, системы и средства контроля радиационной обстановки подразделяются на

-радиометрические,