Выбор и расчет экранов для защиты от ионизирующего

Излучения

Определить толщину экрана для защиты от ионизирующего излучения (гамма-излучения) из заданных материалов (бетон, железо, свинец).

Варианты заданий приведены в табл. 36.

Исходные данные для расчета:

- энергия гамма-излучения МэВ;

- коэффициент ослабления экрана К;

- экспозиционная доза, Зв;

- персонал, работающий с источниками гамма-излучения;

- облучению подвергается организм в целом;

- время воздействия – 1 год.

 

                                   Таблица 3.10.1

Варианты заданий

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Энергия гамма-излучения МэВ	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5	3,0	6,0	8,0	10,0
Экспозиционная доза, Зв	0,04	0,4	2	0,2	0,4	2	1,6	0,8	2	1
Материал экрана	бетон	бетон	бетон	бетон	железо	железо	железо	свинец	свинец	свинец

 

Порядок расчета

- определить поглощенную дозу;

- определить эквивалентную дозу;

- определить эффективную дозу;

- определить допустимый предел эффективной дозы по НРБ-99/2009;

- рассчитать степень ослабления излучения экрана;

- для заданного материала экрана определить толщину экрана по таблицам 38, 39, 40.

 

Пояснения к решению задачи

 

Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивный распад радиоактивных веществ (радионуклидов), ядерные устройства (ускорители, атомные реакторы), рентгеновские трубки.

К ионизирующим излучениям относятся:

- альфа-излучение — поток положительно заряженных частиц, образованных 2 протонами и 2 нейтронами;

- бета-излучение представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов;

- гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение с частотой > 3·10¹⁸ Гц, образующиеся при распаде радиоактивных ядер, элементарных частиц;

- рентгеновское излучение — электромагнитное излучение с частотой 10¹⁷ - 3·10¹⁸ Гц;

- нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (n), являющихся составной частью атомов.

Характеристикой ионизирующих излучений является ионизирующая и проникающая способность.

Для характеристики ионизирующей способности используется понятие экспозиционная доза Х. Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность радиации при общем равномерном облучении человека.

 

                                    Х = Q / m                                           (3.10.1)

 

где Q – полный заряд ионов одного знака, возникающий в сухом атмосферном воздухе малого объем, Кл,

m – масса воздуха этого объема, кг.

Единицы измерения – Кл/кг.

     Для оценки воздействия ионизирующих излучений на организм человека используются поглощенная, эквивалентная, эффективная и экспозиционная дозы.

     Поглощенная доза D - это количество энергии, переданное веществу.

 

                                         Д = W / m                             (3.10.2)                                       

где W - энергия, Дж,

m – масса вещества, кг.

Единицей поглощенной дозы является Грей (Гр): 1 Гр=1Дж/кг.

     Эквивалентная доза учитывает эффект ионизации, возникающий от разных видов излучения:

                                          Н = Д ^. К                             (3.10.3)

 

где К - коэффициент качества, учитывающий биологическую эффективность разных видов ионизирующего излучения.

Средние значения коэффициента качества К для различных видов излучений:

- К =20 для aльфа-излучения.

- К =1 для рентгеновское, бета и гамма - излучения

- К =3 – 10 для нейтронного излучения.

В качестве единицы измерения принят Зиверт (Зв): 1 Зв=1Дж/кг.

     Эффективная доза применяется для оценки облучения отдельных органов и тканей с учетом их радиочувствительности:

                                       Е = Н ^. W _k                                            (3.10.4)                             

где W _k - взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани:

W_k = 1 - для организма в целом;

W_k =0,2 – гонады,

W_k = 0,12 –костный мозг, легкие, желудок,

W_k =0,05 - печень, щитовидная железа, мочевой пузырь, кожа, кости.

Эффективная доза измеряется в Зв.

Для характеристики изменения дозы во времени используется мощность экспозиционной (Х), поглощенной (Д), эквивалентной (Н) дозы:

М(Х) = Х / t

М(Д) = Д / t

М(Н) = Н / t

где t – продолжительность облучения, час.

     Экспозиционную дозу на рабочем месте можно измерить с помощью приборов или рассчитать по формуле:

 

                                     Х = А^.К _γ / R ²                          (3.10.5)

 

где А – активность источника, Ku;

К _γ - гамма – постоянная изотопа, Р см² / r мKu;  

R – расстояние от источника до рабочего места, см.

С помощью приборов можно измерить экспозиционную дозу. Экспозиционную дозу и поглощенную дозу для биологических тканей можно считать совпадающими с погрешностью до 5%.

Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009 применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения. Для категорий облучаемых лиц устанавливаются нормативы - основные пределы доз (ПД), приведенные в таблице 37.

С учетом последствий влияния ионизирующих излучений на организм человека выделены три категории облучаемых лиц:

- категория А - персонал (лица, которые непосредственно работают с источниками ионизирующих излучений или по роду своей работы могут подвергнуться облучению);

- категория Б - отдельные лица, проживающие на территории, где дозы излучения могут превысить установленные предельные значения;

- категория В - население в целом.

 

 

                       Таблица 3.10.2

Основные пределы доз

Нормируемые величины	Пределы доз
	персонал (группа А)*	Население
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год -в хрусталике глаза -коже -кистях и стопах	150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв	15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

Примечания:

* Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни воздействия персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.

 

     Для снижения уровня излучения на рабочем месте до допустимой величины применяются защитные экраны из различных материалов. Толщина экрана зависит от характеристики излучения (вид и энергия излучения), свойства защитного материала и необходимости кратности ослабления К, показывающей, во сколько раз следует уменьшить мощность экспозиционной дозы излучения Х до допустимого значения Х_о

 

                                               К= X / X_o                                (3.10.6)

 

где Х - мощность экспозиционной дозы излучения,

Х_о - допустимое значение мощности экспозиционной дозы излучения.

Расчет толщины защитных экранов от прямого пучка гамма-излучения выполняется с помощью универсальных таблиц. В таблицах 38, 39, 40 приведены значения толщины экрана из различных материалов в зависимости от степени ослабления излучения К и энергии гамма-излучения

 

               Таблица 3.10.3