Волинський національний університет імені Лесі Українки
Кафедра загальної фізики та методики викладання фізики
Інструкція до лабораторної роботи.
Тема: Вимірювання потужності дози рентгенівського і гама-випромінювання та бета- променів індивідуальними дозиметрами.
Мета:
Ознайомитись із особливостями будови та принципом роботи радіометра бета- гама випромінювання РКС-20.03 “Прип’ять” та методикою дозиметричних вимірювань за його допомогою.
Прилади і матеріали:
1. Радіометр бета- гама-випромінювання РКС-20,03”Прип”ять”.
2. Уранова руда.
Література:
1. Кабардин О.Ф. Практикум по ядерной физике. - М.: Просвещение, 1965.
2. Давидюк Г. Є., Калапуша Л. Р., Булатецький В. О. Посібник для лабораторних робіт з квантової фізики. - Луцьк.: Видавництво ЛДПІ ім. Лесі Українки, 1992, с. 93.
3. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. ІІІ. - М.: Наука, 1988.
4. Завацький В.І., Грейда Б.П., Зимовін А.І., Павлів Л.В., Чижик В.В. Соціальні та медико-біологічні особливості життєдіяльності дітей і дорослого населення, які постраждали внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС. – Луцьк.: Надстир’я, 1994, с.91.
Завдання:
Виміряти природний радіоактивний фон в лабораторії, на подвір’ї університету, біля бетонної стіни, гранітної глиби, дороги.
Виміряти потужність дози, яку створює уранова руда.
Дати відповіді на контрольні питання.
Теоретичні відомості:
Основною характеристикою радіоактивного випромінювання препарату є його активність.
Для кількісної оцінки дії іонізуючого випромінювання на різні об’єкти в дозиметрії вводять поняття дози випромінювання. Розрізняють експозиційну, поглинуту і еквівалентну дози.
Експозиційна доза є кількісною характеристикою рентгенівського випромінювання і γ-випромінюванням. Вона чисельно рівна відношенню сумарного заряду іонів одного знаку, створених в певному об’ємі повітря до маси повітря в цьому об’ємі. , (1) .
Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р). Це така експозиційна доза, при якій в результаті повної іонізації в 1 см3 сухого повітря (при 00С і 760 мм. рт. ст.) утворюються іони, які мають сумарний заряд 1од. СГСq. В 1 см3 повітря масою 0,001293 г утворюється 2,08·109 пар іонів. Тому 1Р=2,58·10-4 або 1 =3880 Р. Дозу віднесену до часу називають потужністю дози: , ; позасистемна одиниця - це дуже велика одиниця, тому використовують менше значення ;
Вплив іонізуючого випромінювання на біологічні об’єкти залежить від енергії поглинутого випромінювання. Для характеристики цього показника використовують поглинуту дозу.
Поглинута доза – це відношення енергії, переданої випромінюванням речовини до маси цієї речовини. За одиницю поглинутої дози прийнято грей 1Гр=1 . (2).
В радіобіології використовується рад. Це така поглинута доза, при якій 1г речовини передається енергія будь-якого виду випромінюється в 100 ерг. 1 Гр=100 рад.
Між одиницями поглинутої і експозиційної дози рад і рентген існує співвідношення 1Р=88 .
В 1г повітря поглинається енергія 88 ерг при експозиційній дозі 1 Р. Х=0,88 Д , X=f·D (3).
Для води і м’яких тканин людини f=1. Отже, доза випромінювання в радах чисельно рівна відповідній експозиційній дозі в рентгенах. Для кісткової тканини f змінюється із збільшення енергії фотонів від 4,5 до 1. Проте різні типи випромінювання навіть при одній і тій же поглинутій дозі будуть чинити різну дію.
В дозиметрії прийнято порівнювати біологічні ефекти, зумовлені різним опроміненням з ефектами від рентгенівського та γ-випромінювання.
Коефіцієнт k, який показує в скільки разів ефективність біологічної дії даного випромінювання більша ніж рентгенівського або γ-випромінювання називають коефіцієнтом якості. В радіобіології його називають відносною біологічною ефективністю ВБЕ.
Фотонне випромінювання, β-промені – 1;
теплові нейтрони з Е<20 кеВ – 3;
нейтрони з Е=0,1- 10 МеВ, протони з Е<10 МеВ – 10;
α-випромінювання, важкі ядра віддачі – 20.
Вводять поняття еквівалентної дози Dекв=k·D (4).
Одиницею еквівалентної дози є Зіверт.
Позасистемною одиницею є Бер. 1Зв=100 Бер.
1 зіверт рівний такій поглинутій дозі будь-якого виду випромінювання, яка викликає в тканинах такий самий біологічний ефект, як 1 грей рентгенівського або гама- випромінювання:
1 Бер = 0,01 Зв ( 5)
Основну частину опромінення населення землі отримує від природних джерел радіації: річної дози від земних джерел і від космічних.
Рiвнi земної радіації різні в різних місцях земної кулі і залежать від концентрації радіонуклідів в різних ділянках земної кори. Наприклад в Індії (штат Керала ) біля 70 тис. людей живе в районі, де внаслідок виходу на поверхню мінералів, які містять торій річна доза природного опромінення в 10 разів більша від загальносвітової.
ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина отримує від природних джерел радіації надходить від радіоактивних речовин, що понадають в організм з їжею, водою і повітрям. Найбільш вагомим із усіх природних джерел радіації є важкий інертний газ радон. Він виділяється із земної кори. Особливий інтерес являє найбільш довго живучий ізотоп з періодом піврозпаду 3,83 доби. Деяка частина радону накопичується пиловими, аерозольними, смолистими відкладеннями в дихальних шляхах. Тому радонова небезпека різко збільшується для шахтарів і курців. Велику небезпеку для людини мають продукти розпаду радону і . Вони на відміну від радону хімічно активні, дуже міцно утримуються організмом і сильно діють на організм потужним небезпечним α-випромінюванням. Іншими джерелами радіації є вугілля, фосфати.
Людина створила також ряд штучних джерел радіації. За останні 40 років кожна людина піддавалася опроміненню радіоактивними осадами, які утворилися в результаті випробування атомної зброї в атмосфері.
Під дією радіоактивного випромінювання в тканинах людини відбувається збудження і іонізація атомів, яка приводить до розриву хімічних зв’язків в молекулах біологічних тканин, до запуску ланцюгових хімічних реакцій. Внаслідок цих явищ утворюються нові хімічні сполуки, дуже шкідливі для здоров’я людини.
Таблиця 2.
Генетичні |
Соматикостохастичні |
Соматичні |
Мутація генів, хромосомів. |
Скорочення тривалості життя. Лейкози . Пухлини різних органів і тканин. Пригнічення імунної системи організму. |
Гостра променева хвороба. Хронічна променева хвороба. Локальна променева хвороба.
|
В 2936 р. в Гамбурзі був відкритий пам’ятник рентгенологам і радіологам всіх націй, які віддали життя, працюючи з іонізуючим випромінюванням. На пам’ятнику було зазначено 110 прізвищ. Без перебільшень можна сказати, що весь перший загін дослідників радіоактивних речовин і іонізуючого випромінювання, який загинув внаслідок шкідливої дії ядерної радіації, кожен рік зростає, особливо після Чорнобильської катастрофи.
Природний фон складається з 3 видів радіоактивного випромінювання: космічні промені, радіоактивні ізотопи в харчових продуктах і в Земній корі.
Фактори природного фону |
Потужність дози (Бер/рік) |
Космічні промені |
0,04 |
Харчі |
0,03 |
Земні породи |
0,03 |
Природний фон |
0,1
|
Науково-технічний прогрес привів до збільшення природного фону зв’язаного з телебаченням (на 0,004 Бер\рік), рентгенологічними дослідженнями ( на 0,01 Бер/рік), з транспортом (на 0,01 Бер/рік). Необхідно розрізняти два види опромінення людського організму: зовнішнє і внутрішнє. При зовнішньому опромінені найбільш небезпечними є радіоактивні промені, які мають велику проникну здатність. До них належать рентгенівські і гама-промені, потік нейтронів. Всі види опромінення не мають електричного заряду і тому глибоко проникають в організм людини. Особливо небезпечні нейтрони, які мають велику масу і тому створюють велику руйнівну дію (таб. 1). Заряджені частинки мають велику поглинальну здатність і затримуються в одязі і в роговому покритті шкіри. Тому при зовнішньому опромінені вони створюють дуже великий руйнівний ефект, але їх роль міняється при внутрішньому опромінені, коли радіоактивні нукліди з пилом попадають в організм людини.
Вченими було встановлено наступні максимальні дози опромінення:
для населення - 0,5 Бер\рік ( для електромагнітного опромінення 50мкР/год.);
для обслуговуючого персоналу ядерних реакторів (які працюють в даних умовах 8 років) - 5 Бер/рік;
одноразова доза опромінення (протягом короткого проміжку часу)-25 Бер/рік.
Всі ці допустимі дози були розраховані на основі теорії, де вважається, що доза 25-30 Бер, яку протягом життя може набрати людина, не впливає на стан здоров’я людини. Останні дослідження, зв’язані з ЧАС вносять великі поправки в цю теорію.
Внаслідок того, що в багатьох речовинах, особливо в гранітах, в різних мінералах знаходяться радіоактивні ізотопи, предмети виготовлені з цих речовин створюють додатковий радіоактивний фон.
Наприклад:
бетонні приміщення -0,4Бер/рік;
цегельний будинок -0,1 Бер/рік;
дерев’яний будинок -0,03 Бер/рік.