Вимірювання потужності еквівалентної дози випромінювання за допомогою індивідуального дозиметра

Mетa poбoти: ознайомитися з основними величинами та одиницями, що характеризують джерела іонізуючих випромінювань; вимipяти потужність еквівалентної дози випромінювання та густину потоку випромінювання за допомогою індивідуального дозиметра.

Пpилaди і матepіaли: прилад комбінований для вимірювання іонізуючих випромінювань РКСБ-104, зразки непродовольчих та продовольчих товарів.

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

У системі СІ поглинена доза іонізуючого випромінювання (до­за випромінювання) D - відношення середньої енергії dw, щопередається іонізуючим випромінюванням речовині в елементарному об’ємі, до маси dm речовини у цьому об’ємі:

D = d w /d m.

Розмірністю та одиницею поглиненої дози іонізуючого випромінювання є грей: 1 Гр = Дж/кг.

Грей дорівнює поглиненій дозі іонізучого випромінювання, при якій речовині масою 1 кг пере­дається енергія іонізучого випромінювання 1 Дж.

Процес проходження іонізуючого випромінювання крізь речовину пов’язаний з поглинанням енергії, при якому поглинена речовиною енергія дорівнює втраті енергії випромінюванням. Поглинена доза випромінювання показує втрату енергії випромінювання на одиницю маси речовини і в той же час енергію, яку набуває речовина на одиницю її маси.

Поглинена доза випромінювання є основною величиною, що визначає ступінь радіаційного діяння.

Сфери використання терміна “поглинена доза” - променева терапія, радіаційна технологія, радіобіологічні та радіаційно-матеріалознавчі дослідження, радіаційна безпека (аварійне опромінення).

Еквівалентна доза іонізуючого випромінювання (еквівалентна доза) H – добуток поглиненої дози D на середній коефіціент якості k іонізуючого випромінювання у даному елементі об’єму біологічної тканини стандартного складу:

H = Dk.

Якщо врахувати, що коефіціент k – величина безрозмірна, тоді розмірність H збігається з розмірністю поглиненої дози: [ H ] = 1 Зв. Для g - і b -випромінювань к = 1, для a -частинок к = 10.

Зіверт дорівнює еквівалентній дозі, при якій добуток поглиненої дози у біологічній тканині стандартного складу на середній коефіцієнт якості дорівнює 1 Дж/кг.

Еквівалентна доза іонізучого випромінювання є основною величиною, що визначає рівень радіаційної небезпеки при хронічному опроміненні людини у малих дозах. Кращою одиницею еквівалентної дози є мілізіверт (мЗв). Припускається використання одиниці мікрозіверт (мкЗв). Еквівалентна доза припускається до використання при її значеннях, що не перевищують 250 мЗв при опроміненні всього тіла людини на протягом року.

За біологічну тканину стандартного складу приймається склад, рекомендований МКРВ (Міжнародною комісією з радіологічних одиниць та вимірювання): О – 76,2, С – 11,1, Н – 10,1, N – 2,6%.

Потужність еквівалентної дози іонізуючого випромінювання (потужність еквівалентної дози) - відношення прирісту d H еквивалентної дози за інтервал часу d t до цього інтервалу часу:

₌

Розмірність та одиниця потужності еквівалентної дози іонізуючого випромінювання: [ ] = 1 Зв/c. Зіверт на секунду дорівнює потужності еквівалентної дози, при якій за 1 с створюється еквівалентна доза 1 Зв.

Час перебування людини у полі випромінювання при низьких рівнях іонізуючого випромінювання вимірюється, як правило, годинами (шестигодинний робочий день, 36-годинний робочий тиждень). Тому кращою одиницею для потужності еквівалентної дози повинен бути мікрозіверт на годину (мкЗв/год) незалежно від розміру величини. Припустима середньорічна потужність еквівалентної дози всього тіла працюючих дорівнює 28 мкЗв/год при 36-годинному робочому тижні. Природний фон на території України створює потужність еквівалентної дози у межах 0,05-0,2 мкЗв/год.

Густина потоку іонізуючих частинок j - відношення потоку d F іонизованих частинок, що проникають в елементарну сферу, до площі d S центрального перерізу цієї сфери:

j = d F/ d S = d Ф /d t = d²N/(d S d t).

Розмірність та одиниця густини потоку іонізуючих частинок: [ j ] =

1 c^-1×м^-2.

ОПИС МЕТОДУ ВИМІРЮВАНЬ

Прилад РКСБ-104 являє собою портативну переносну конструкцію, що складається з корпусу 1 та кришки 2, скріплених між собою. До кришки кріпляться ще дві легкознімні кришки – відсікуживлення 3 та кришка-фільтр 4. Загальний вид приладу репрезентований на рис. 1.

 

Рис. 1

 

На лицьовій панелі (корпус 1) приладу передбачені вікно для індикатора і три тум­блери - для вмикання приладу та вибору режиму його роботи (S1, S2 і S3).

На тильній стороні пристрою передбачена кришка-фільтр (4) для вирівнювання енер­гетичної залежності показань приладу при його роботі в режимі вимірювання потужності польо­вої еквівалентної дози гамма-виромінювання. При роботі приладу в режимі радіометра ця криш­ка знімається; лічильники вимірювань залишаються закритими тільки плівковими фільтрами. Під кришку-фільтр виведені повзунки кодового перемикача S4, за допомогою якого можна ви­брати вид вимірювання (потужності польової еквива­лентної дози гамма-випромінюванняя, густини потоку бета-випромінювання з поверхні, питомої актив­ності радіонукліда цезію-137 у речовині), встановити пороги спрацьовування сигналізації, а також вимикнути вбудовані лічильники СБМ20 та під­ключити зовнішній блок детектування випромінювань.

Батарея для живлення приладу встановлюється разом з колодкою підключення у нижній відсік приладу, що закривається знімною кришкою (3).

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Для вимірювання потужності польової еквивалентної дози гамма-випромінювання потрібно перевести тумблери S2 і S3 у верхні положення (“РАБ.” та “´0,01 ´0,01 ´200” відповідно).

Вмикання приладу здійснюється за допомогою тумблера S1, для чого його потрібно перевести у положення “ВКЛ.”. Через 27-28 секунд прилад видає переривчастий звуковий сигнал, а на табло рідкокристалічного індикатора індицирується символ “F” та відображається 4-розрядне число. Для визначення потужності польової еквівалентної дози гамма-випромінювання потрібно помножити значущу частину цього числа на перерахунковий коефіцієнт, який дорівнює 0,01 – і отримаємо результат у мікрозівертах на годину (мкЗв/год).

Важливо, що значуща частина 4-розрядного числа відповідає виміряній величині потужності експозиційної дози гамма-випромінювання у мікрорентгенах на годину (мкР/год).

На рис. 2 репрезентований приклад вимірювання величини потужності польової еквівалентної дози гамма-випромінювання: індикатор показує число 0072; його значуща частина – 72; перерахунковий коефіцієнт – 0,01; отриманий результат – 0,18 мкЗв/год (що відповідає потужності експозиційної дози у 18 мкР/год).

 

 

Рис. 2

 

Для вимірювання забрудненості поверхні бета-випромінюючими радіонуклідами потрібно перевести тумблери S2 і S3 у верхні положення (“РАБ.” та “´0,01 ´0,01 ´200” відповідно).

Далі прилад потрібно піднести до поверхні, що досліджується, перед цим необхідно вмістити між ними пластмасову упаковку (рис. 3), або віддалити прилад від цієї поверхні на відстань 110-120 см. Увімкнути прилад тумблером S1, встановивши його у положення “ВКЛ.”

 

 

Рис. 3

 

Зняти фонове показання приладу (j _ф), яке встановиться на табло приблизно 18 с після вмикання приладу (рис. 4). Запишіть показання приладу.

 

 

Рис. 4

 

Вимкнути прилад, встановивши тумблер S1 у положення “ВЫКЛ.”. Зняти задню кришку-фільтр 4 та розташувати прилад зверху речовини, що досліджується, на відстані не більше 1 см (рис. 5).

 

 

Рис. 5

 

Увімкнути прилад тумблером S1. Запишіть показання приладу (j_с), що встановиться за час дії переривчастого звукового сигналу.

Визначити величину забрудненості поверхні бета-радіонуклідами, яка характеризується величиною густини потоку бета-випромінювання з поверхні (j), за формулою:

j = K₁(j_с - j_ф), (1)

де j - густина потоку бета-випромінювання зповерхні у частинках за секунду з квадратного сантиметра (1/(c×cм²) або с^-1×см^-2);

К₁ –коефіцієнт, що дорівнює 0,01;

j_с – показання приладу зі знятою кришкою;

j_ф – показання приладу, що відповідає зовнішньому радіаційному фону гамма-випромінювання.

Наприклад, показання приладу від зовнішнього радіаційного фону – 18 (значуща частина числа 0018), показання приладу зі знятою кришкою – 243 (значуща частина числа 0243). За формулою (1) визначимо результат вимірювання густини потоку бета-випромінювання:

j = 0,01(243-18) = 2,25 (1/(c×cм²));

якщо перейти до іншої одиниці вимірювання густини потоку – до бета-частинок за хвилину з квадратного сантиметра (b -частинок/(хв×см²) або хв^-1×см^-2), тоді отримаємо результат:

j = 2,25×60 = 135 (b -частинок/(хв×см²)).

Для кожної речовини, що досліджується, виконати не менш 5-ти дослідів. Отримані дані дослідів записати в таблицю.

 

№ досліду	, мкЗв/год	D , мкЗв/год	j, 1/(c×cм^2)	Dj, 1/(c×cм^2)
Середнє значення

 

Остаточні результати подати у вигляді

= < > ± <D >,

l = < l > ± <D l >.

 

KOHTPOЛЬHІ ЗAПИTAHHЯ

1. Назвіть одиниці вимірювання поглиненої дози, еквівалентної дози, потужності еквівалентної дози випромінювання, густини потоку іонізуючих часток.

2. Назвіть порядок дій щодо вимірювання потужності еквивалентної дози випромінювання.

3. Назвіть порядок дій щодо вимірювання густини потоку іонізуючих часток.

 

Додаток 1

Універсальні фізичні сталі

Назва	Позначення	Числове значення
Стала тяжіння Прискорення вільного падіння Абсолютний нуль температур Об’єм 1 моль ідеального газу при нормальних умовах (0°С та 101325 Па) Універсальна газова стала Число молекул у моль речовини (число Авогадро) Стала Больцмана   Атомна одиниця маси Маса спокою електрона Маса спокою протона Маса спокою нейтрона   Маса атома водню   Елементарний заряд Стала Фарадея Електрична стала Магнітна стала Стала Планка Швидкість поширення світла у вакуумі Відношення заряда е до me Стала Стефана-Бльцмана Енергетичні еквіваленти: 1 а.о.м. 1 електрон-вольт Комптоновська довжина хвилі електрона Стала закона зміщення Віна	g g -     V0 R   NA k= а.о.м. me mp mn e F e0 m0 h с e/me s   lК   b	6,67´10^-11 м^3/(кг×с^2) 9,80602 м/с^2 -273,15°С     22,41 м^3/кмоль 8,314 Дж/(моль×К)   6,022´10^23 моль^-1 1,38´10^-23Дж/К   1,660´10^-27 кг 9,1095´10^-31 кг 1,6726´10^-27 кг 1,675´10^-27 кг   1,6735´10^-27 кг 1,6022´10^-19 Кл 9,6500´10^7 Кл/кмоль 8,8542´10^-12 Ф/м 12,5664´10^-7 Гн/м 6,626´10^-34 Дж×с   2,997925´10^8 м/с 1,759´10^11 Кл´кг^-1 5,67´10^-8 Вт´м^-2´К^-4   931,5 МеВ 1,602´10^-19 Дж 2,42´10^-12 м   2,90´10^-3 м´К

Додаток 2

Тиск і густина насиченої пари води

t, °С	Тиск p,	r макс, г/м^3	t, °С	Тиск p,	r макс, г/м^3
кПа	мм.рт.ст.	кПа	мм.рт.ст.
-5	0,401	3,01	3,25		1,401	10,51	10,67
-4	0,437	3,28	3,53		1,497	11,23	11,36
-3	0,463	3,47	3,83		1,597	11,98	12,08
-2	0,517	3,88	4,14		1,704	12,78	12,84
-1	0,563	4,22	4,49		1,817	13,63	13,65
	0,611	4,58	4,85		1,937	14,53	14,50
	0,656	4,92	5,20		2,062	15,47	15,39
	0,705	5,59	5,57		2,196	16,47	16,32
	0,757	5,68	5,95		2,337	17,53	17,32
	0,813	6,10	6,37		2,486	18,65	18,35
	0,872	6,54	6,80		2,642	19,82	19,44
	0,935	7,01	7,27		2,809	21,07	20,60
	1,005	7,54	7,79		2,984	22,38	21,81
	1,072	8,04	8,28		3,168	23,76	23,07
	1,148	8,61	8,83		3,361	25,21	24,40
	1,227	9,20	9,41		3,565	26,74	25,79
	1,312	9,84	10,02		3,780	28,35	27,26

 

 

Лабораторна робота 5
Дозиметр іонізуючих випромінювань

 

Мета заняття: дати студентам поняття про вимірювання іонізуючих випромінювань, дозах опромінення, потужності дози випромінювання, ОБЕ, бер.

Метод: лабораторне заняття з розрахунком доз і потужності випромінювання, відносної біологічної ефективності різних видів випромінювання.

Види контролю: усне опитування з теми; результати по обчисленню доз опромінення.

Поняття про дозиметрію

Дозиметрія - це розділ радіобіології, що вивчає методи і прилади для кількісного та якісного виміру іонізуючих випромінювань: альфа-і бета-, гамма-, нейтронного, рентгенівського, позитронного та інших випромінювань, здатних викликати іонізацію в будь-яких рідинах, газах, твердих речовинах і в тканинах організмів тварин і людини.
Завдання дозиметрії: визначення дози опромінення для кількісної та якісної оцінки ступеня ураження живого організму і для попередження променевих поразок людини і тварин. Розрізняють експозиційну і поглинену дози опромінення. Експозиційна доза опромінення характеризує іонізаційну здатність рентгенівських і гамма-променів у повітрі і виражається в рентгенах (Р) - позасистемна одиниця, або в Кулон на кілограм (Кл / кг) - у системі СІ. 1 рентген - це така доза випромінювання, при якій в 1 см3 повітря (0,001293 г) при t = 0 0C і при атмосферному тиску 760 мм. рт. × 10 вересня пар іонів. стовпа утворюються 2,1. Для визначення ефекту опромінення в живих організмах використовується поняття поглинена доза опромінення. Одиницею поглинутої дози опромінення є радий (radiation absorbent dose). 1 рад - це поглинена доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, при якій в 1 г маси поглинається енергія випромінювання, що дорівнює 100 ерг (1 рад = 100 ерг / г = 10-2 Дж / кг).

За Міжнародній системі одиниць СІ за одиницю поглиненої дози опромінення прийнятий джоуль на кілограм, тобто така поглинена доза, при якій в 1 кг маси опроміненого речовини поглинається 1 Дж енергії випромінювання. Цій одиниці присвоєно найменування грей (Гр), 1 Гр = 1 Дж / кг = 100 рад або 1 рад = 0,01 Гр.

При вимірюванні дози опромінення біологічних об'єктів існуючими приладами, відградуювати в рентгенах, поглинену дозу знаходять розрахунковим шляхом: дозу, виміряну в рентгенах, множать на середній коефіцієнт поглинання живого організму (К = 0,93):
Дпогл. = Дексп. К-Коефіцієнт поглинання для жирової тканини К = 0,6, для кісткової тканини К = 2,6, для повітря К = 0,88.

Одиниці виміру експозиційної і поглиненої доз випромінювання мають частинні та кратні величини (див. Додаток 3).