logo
Конспект лекций

2.3 Базовые, нормируемые и рабочие величины в радиационной безопасности

Базовые физические величины являются мерой физического воздействия ионизирующего излучения на вещество. Они также характеризуют источник излучения, самоизлучение и радиационные поля, возникающие при прохождении излучения через вещество.

Для описания воздействия излучения на человека физические дозиметрические величины напрямую не используют. Облучение характеризуют нормируемые дозиметрические величины, в определении которых используются соподчиненные базовые физические величины. Измерение нормируемых величин при контроле облучения практически невозможно.

В оценке соответствия условий облучения нормативным требованиям используются операционные величины, значения которых при определенных условиях облучения близки к значениям соответствующих нормируемых величин. Важнейшим качеством операционных величин является то, что они могут быть непосредственно измерены при радиационном контроле.

2.3.1 Основными базовыми физическими величинами являются:

– активность радионуклидов, характеристики поля их излучения;

– экспозиционная доза;

– поглощенная доза и их мощности.

Активность радионуклидов и ее единицы измерения. Радиоактивные вещества могут быть в аэрозольном, взвешенном состоянии в жидкости, в воздухе, строительных материалах и продуктах питания и др. агрегатных состояниях. Для измерения радиоактивности используют число происходящих в нем распадов в единицу времени. Такая величина названа активностью (А).

Единицей активности радионуклидов в Международной системе единиц является беккерель (Бк), названный так в честь первооткрывателя этого явления (Анри Антуана Беккереля). Дадим определение 1 Бк.

1 Бк – это такая активность радиоактивного вещества, при которой за 1 с происходит одно самопроизвольное ядерное превращение. 1 Бк = 1расп./с.

Если, например, активность источника равна 500 Бк, то это означает, что он содержит радионуклиды, 500 из них распадаются каждую секунду.

Величины в тысячу и миллион беккерель обозначаются соответственно как килобеккерель (кБк) и мегабеккерель (МБк):

1 кБк = 103Бк; 1 МБк =10бБк.

Широко используется и старая (внесистемная) единица активности – кюри (Ки), которая названа так в честь Пьера – Жолио Кюри и Марии Складовской – Кюри, исследователей, первыми получившими чистый радий.

Значению 1 Ки – приблизительно соответствует активность 1 г чистого радия, в котором за 1 с распадается 37 млрд. или 3,7 · 1010 ядер.

Один кюри – это активность одного грамма радия. Данной единицей широко пользуются при оценке загрязненности территории каким – либо радиоактивным элементом. Например, если на настоящее время уровень поверхностной активности по цезию – 137 равен 40 Ки/ км2 ,то снижение до значения ниже 1 Ки/ км2 при периоде полураспада 30 лет произойдет приблизительно через 5,5·Т1/2, т.е. через 165 лет. Практически полное исчезновение активности для любого элемента происходит через 10 – 20 периодов его полураспада. Следует отметить его, что миграция его радионуклидов, усвоение их растениями, их перенос в результате техногенной деятельности может значительно ускорить этот процесс.

Кюри – относительно большая единица активности, поэтому часто используют ее тысячные (милликюри (мКи)), миллионные (микрокюри (мкКи)) и миллиардные (нанокюри (нКи)) доли:

1 мКи =10 – 3 Ки; 1 мкКи = 10 – 6Ки; 1нКи=10 – 9 Ки.

Используются и большие, чем кюри, единицы активности: килокюри (кКи) и мегакюри (МКи).

1 кКи = 103Ки; 1 МКи=106Ки.

Между кюри и беккерелем существует следующее соответствие:

1 Ки =3,7·1010расп/с = 3,7·1010Бк, 1 Бк = 1расп/с = 2,7 ·10 – 11 Ки.

Для соблюдения правил радиационной безопасности часто необходимо определить не только активность радиоактивного вещества, но и его концентрацию (т.е. объемную, удельную активность) в воде, продукте питания или атмосфере, а также зараженность поверхности земли.

Активность объёмная (Аоб) – отношение активности (А) радионуклида, содержащегося в образце, к его объёму (v):

Аоб =А/v, Бк/л (Ки/л).

Например, допустимый уровень объемной активности цезия – 137 в молоке составляет 100 Бк/л.

Активность удельная (Aуд) – отношение активности (А) радионуклида, содержащегося в образце, к массе образца (М):

Aуд=A/M, Бк/кг (Ки/кг).

Например, допустимый уровень удельной активности цезия – 137 в мясе (говядине) и мясных продуктах составляет 500 Бк/кг.

Активность поверхностная (Апов) – отношение активности (А) радионуклида, содержащегося на поверхности, к площади поверхности (s):

Апов = A/s, Бк/м2 (Ки/км2).

Так, зона с правом на отселение включает территории, уровень поверхностного загрязнения которых цезием – 137 составляет 5 – 15 Ки/км2.

Экспозиционная доза. Гамма – излучение или рентгеновское излучение образует в воздухе определённое количество пар ионов. Именно для них и определена экспозиционная доза, которая является количественной характеристикой поля ионизирующего излучения. Она зависит от величины ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении в 760 мм рт. ст.

Экспозиционная доза – это величина отношения суммарного заряда всех ионов одного знака, которые образуются рентгеновским или гамма – излучением в некотором объёме, к массе воздуха в этом объёме.

Дозу облучения обусловленную воздействием рентгеновского или гамма – излучения, используют для оценки радиационной обстановки на местности, в производственных или жилых помещениях.

Единицей экспозиционной дозы в СИ является 1 кулон делённый на 1 кг облучённого воздуха – 1 Кл/кг.

Старой (внесистемной) единицей экспозиционной дозы является рентген (Р).

1Рентген – такая доза облучения рентгеновским или гамма – излучением, при прохождении которого через 1,29•10 – 6 кг (1см3) воздуха при температуре 0оС, давления 1013 гПа (760 мм РТ. Ст.), в результате завершения всех ионизационных процессов, вызванных этими излучениями, образуется заряд равный 3,34• 10 – 10 Кл каждого знака, что соответствует возникновению 2 млрд. ( 2,08• 109) пар ионов.

Доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой в 1г, то есть активностью в 1 Ки.

Применяются и более мелкие единицы: миллирентген (мР) и микрорентген (мкР).

1 мР = 10 – 3 Р, 1 мкР= 10 – 6 P.

Соотношение между старой и новой единицей измерения экспозиционной дозы:

1 Р = 2,58 · 10 – 4 Кл/кг, 1 Кл/кг = 3876 Р.

Таким образом, новая единица значительно больше чем старая.

Учитывая, что экспозиционная доза накапливается во времени, на практике используется и понятие мощность экспозиционной дозы, которая характеризует интенсивность излучения.

Мощность экспозиционной дозы – отношение приращения экспозиционной дозы dХ за интервал времени dt к этому интервалу:

.

Единицы измерения: в системе СИ – А/кг (ампер на кг); внесистемная единица – Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.д. Мощность дозы, измеренная на высоте 70 – 100 см от поверхности земли, часто называют уровнем радиации.

Нормальный радиационный фон (мощность экспозиционной дозы) не превышает 20 мкР/ч .

Поглощённая доза (D погл). Экспозиционная доза характеризует поле радиации вокруг объектов. Воздействие же на объект (организм) оказывает только та часть радиации, которую этот объект или организм поглотил. Поэтому наиболее удобной характеристикой, которая определяет степень воздействия излучения на объект, является поглощенная энергия излучения.

Поглощённая доза – это количество энергии Е, переданное веществу ионизирующим излучением любого вида в пересчете на единицу массы м любого вещества.

, [D]= Дж/кг .

За единицу поглощенной дозы в СИ принимается грей (Гр) (Единица названа по имени Луи Гарольда Грея – лауреата премии имени Рентгена, радиобиолога).

1 Грей – это такая поглощенная доза излучения, при которой массе облучённого вещества в 1 кг, передаётся энергия ионизирующего излучения в 1 джоуль, т.е. 1 Гр = 1 Дж/кг.

В некоторых случаях доза радиации может быть значительно меньше чем 1Гр.

Тогда её измеряют в тысячных – миллигреях (мГр), миллионных – микрогреях (мкГр) частях грея.

1 мГр = 10 – 3 Гр;1 мкГр= 10 – 6 Гр.

Внесистемной единицей поглощённой дозы является рад (радиационная адсорбционная доза).

Соотношение: 1 Гр = 100 рад;1 рад = 0,01 Гр.1 рад = 0,01 Дж/кг.

Для мягких тканей в поле рентгеновского или гамма – излучения поглощённой дозе в 1 рад соответствует экспозиционная доза равная ~ 1 рентген.