Как найти мощность дозы излучения

Мощность экспозиционной,
поглощенной или эквивалентной дозы
характеризуется
дозой, полученной в единицу времени,
т.е.

,
(1.7)

где 
D — приращение дозы за промежуток времени 

t.

Мощность экспозиционной
дозы
измеряется в системе СИ в Кл/(кг с)
; внесистемными единицами являются
Р/с, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и др.

Мощность поглощенной
дозы
в системе СИ измеряется в Гр/с, мкГр/с,
аГр/с и т.д.

Мощность эквивалентной
дозы
измеряется
в системе СИ в Зв/с, мЗв/ч, мкЗв/ч;
внесистемными единицами являются
бэр/с, бэр/ч и т.д.

Для измерения мощности
дозы применяются различные приборы,
имеющие ионизационные камеры, камеры
с люминесцирующим веществом, химические
системы и др.

По измеренным значениям
мощности дозы можно определить дозу
облучения:

,
(1.8)

если мощность дозы не меняется во
времени, то

,
при
(1.9)

где
t — время воздействия ионизирующего
излучения.

Для измерения дозы
ионизирующего излучения применяются
приборы — дозиметры. Сравнительная
простота измерения ионизации воздуха
привела к тому, что большинство
дозиметрических приборов фиксируют
экспозиционную дозу.

2. Воздействие ионизирующих излучений на организм человека, нормирование доз облучения

Ионизирующее излучение
оказывает вредное воздействие на
организм человека, но наши органы чувств
не приспособлены к их восприятию, поэтому
без специальных приборов мы не можем
судить о наличии радиации и ее уровне.

Ионизация живой
ткани приводит к разрыву молекулярных
связей, изменению химической структуры
молекул и как следствие — к гибели
клеток. Под влиянием излучения происходит
расщепление молекул воды с образованием
радикалов, которые могут вступать в
реакции с веществами. В результате
нормальное течение биохимических
процессов и обмен веществ нарушается.
Чем больше поглощенная доза, тем больше
ионизация и отрицательный биологический
эффект.

Красный костный мозг
теряет способность нормально
функционировать при дозах облучения
0,5…1 Зв (50…100 бэр). Репродуктивные органы
и глаза отличаются повышенной
чувствительностью к облучению.
Однократное облучение семенников при
дозе 0,1 Зв приводит к временной стерильности
мужчин, а дозы свыше 2 Зв — могут привести
к постоянной стерильности. Облучение
глаз при дозе 2…10 бэр/год в течение 10 —
20 лет приводит к гибели клеток хрусталика
глаза, появлению помутневших участков
хрусталика (катаракте), а затем и полной
слепоте.

Рак — наиболее серьезное
из всех последствий облучения человека
при малых дозах. Вероятность заболевания
раком растет прямо-пропорционально
дозе облучения. Первыми в группе раковых
заболеваний стоят лейкозы, они вызывают
гибель людей в среднем через 10 лет с
момента облучения. Далее — рак молочной
железы и рак щитовидной железы; эти
виды заболеваний в начальной стадии
излечимы.

Рак желудка, печени, толстой кишки и
т.д. встречаются реже. Рак легких излечим
хирургическим путем только на начальной
стадии.

У людей, получающих
малые дозы облучения, наблюдается
повышенное содержание клеток крови с
хромосомными нарушениями. Эти нарушения
проявляются в следующем или последующих
поколениях (это дети, внуки и более
отдаленные потомки).

Если облучение
производится не однократно, а в этой
дозе растянуто во времени, то эффект
облучения будет снижен. Это связано с
тем, что живые организмы, в том числе и
человек, способны восстанавливать
нормальную жизнедеятельность после
нарушений.

Условия
безопасной работы с радиоактивными
веществами регламентированы Нормами
радиационной безопасности НРБ-76/87 и
Основными санитарными правилами работы
с радиоактивными веществами и другими
источниками ионизирующих излучений
ОСП-72/87 [1].

Радиационному
воздействию могут подвергаться не
только лица, непосредственно работающие
с радиоактивными веществами, но и
население, поэтому нормами НРБ-76/87
установлены предельно допустимые
уровни облучения в зависимости от
категории облученных лиц и группы
критических органов (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Дозовые
пределы облучения

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.

Раздел 1. Физические основы биологического действия ионизирующих излучений (ИИ)

1.6. Мощность дозы и единицы ее измерения

В биологическом отношении важно знать не только дозу излучения, которую получил облучаемый объект, а дозу, полученную в единицу времени. Суммарная доза, значительно превышающая летальную, но полученная в течение длительного периода времени, не приводит к гибели животного, а доза, меньше смертельной, но полученная в короткий период времени, может вызвать лучевую болезнь различной степени тяжести.

Мощность дозы (P) – это доза излучения (D) отнесенная к единице времени t:  P = D / t.

Мощность экспозиционной дозы  в системе СИ измеряется в ампер на килограмм (Акг), внесистемная единица – в рентген в час (Р/ч) или в других дольных и кратных величинах:

1 А/кг = 3876 Р/с, 1 Р/с = 2,58×10^-4 А/кг.

Мощность поглощенной дозы облучения в системе СИ измеряется в Вт/кг, Гр/с или в других кратных и дольных величинах. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад/с, а так же другие кратные и дольные величины. Для измерения мощности дозы излучения используются рентгенметры типа ДП-5, УСИТ, ДРГЗ, СРП 68-01 и др.

Под радиационным фоном понимают именно мощность экспозиционной дозы ионизирующих излучений в воздухе, уровень его для средней полосы России составляет 4-40 мкР/ч (микрорентген в час ).

Согласно рекомендациям  Международной комиссии по радиационной защите (МКЗР) и Всемирного общества здравоохранения (ВОЗ)
радиационный уровень, соответствующий естественному фону
0,1-0,2 мкЗв/ч (10-20 мкР/ч), признано считать нормальным уровнем, уровень 0,2-0,6 мкЗв/ч (20-60 мкР/ч) считается допустимым, а уровень свыше 0,6-1,2 мкЗв/ч (60-120 мкР/ч) с учетом эффекта экранирования считается повышенным.

Если говорить о границе жизненно необходимой радиации, проведенные в последнее время эксперименты с растениями и животными показали, что изоляция организма от естественной радиации вызывает в нем замедление самых фундаментальных жизненных процессов, в том числе – деление клеток и межклеточного информационного объема.

Ионизирующее излучение не только вызывает ионизацию, но и возбуждение, энергия возбуждения от одной молекулы передается другой молекуле  в виде вторичного биогенного излучения в области УФО. Это излучение обладает удивительными свойствами – вдвое увеличивается всхожесть семян, распускаются пребывающие в спячке почки деревьев, стимулируется развитие зародышей в яйцах и т.д.

Имеются и иные исследования. Считают, что наследственные нарушения, вызванные малыми дозами радиации, не подчиняются линейной зависимости «доза-эффект». Нобелевский выдвиженец, канадский ученый Петкау А.  в  своих исследованиях показал, что облучение при низкой мощности дозы может вызывать такой же разрушительный эффект в мембранах живой клетки, какой возникает при интенсивном облучении дозой в десятки и сотни раз более высокой.

Определение границы жизненно необходимой радиации является предметом дополнительных исследований по радиационной биологии.

В данной теме рассмотрим способы решения задач, связанных с
основами дозиметрии и на определение поглощенной дозы радиоактивных излучений.

Задача 1. Мощность дозы гамма-излучения радиоактивных изотопов
в зоне заражения равна 200 мкГр/ч. В течение скольких часов человек может
работать в этой зоне без вреда для здоровья, если в аварийной обстановке в
качестве допустимой принята доза 25 мЗв?

Ответ: в зоне заражения человек может работать в
течение 125 часов.

Задача 2. Человек массой 60 кг подвергался облучению в
течение 12 ч. Какова мощность поглощенной дозы и энергия, поглощенная человеком
за это время, если поглощенная доза излучения 35 мГр?

Ответ: Р = 0,81 мкГр/с; W = 2,1 Дж.

Задача 3. Воздух при нормальных условиях облучается
γ-излучением. Определить энергию, поглощаемую воздухом массой 5 г при
экспозиционной дозе излучения 258 мкКл/кг.

Ответ: энергия, поглощенная воздухом
массой 5 г, равна 43,5 мкДж.

Задача 4. Мощность экспозиционной дозы на расстоянии
10 см от источника составляет 85 мР/ч. На каком расстоянии от источника можно
находиться без защиты, если допустимая мощность дозы равна 0,017 мР/ч?

Ответ: без защиты можно находиться на
расстоянии 7,1 м от источника.

Задача 5. Карманный дозиметр радиоактивного облучения,
представляющий собой миниатюрную ионизационную камеру емкостью 3 пФ, заряжен до
потенциала 180 В. Под влиянием облучения потенциал снизился до 160 В. Сколько
рентген покажет дозиметр, если до этого он был поставлен на ноль, а объем
воздуха в камере 1,8 см³?

Ответ: зарегистрированная дозиметром
доза облучения составляет 0,1 Р.

Радиация или ионизирующее излучение

Это вид излучения, который для человека не заметен, но постоянно присутствует в окружающей его среде в виде радиационного фона, в воздухе, строительных материалах, продуктах и т.д. или в виде излучения непосредственно от самих источников ионизирующего излучения (радиоактивные изотопы).

В настоящее время для контроля за радиационной обстановкой и воздействия радиации на биологическую среду выпускаются, как бытовые дозиметры, профессиональные дозиметры так и специальное дозиметрическое оборудование для фиксации малых доз радиации.

Гамма- или рентгеновское излучение образует в среде определенное количество ионов. Так как поглощенная энергия расходуется на ионизацию среды, то для измерения ее необходимо подсчитать число пар ионов, образующихся под действием излучения. Однако измерить число пар ионов непосредственно в глубине тканей живого организма сложно. В связи с этим для количественной характеристики рентгеновского и гамма-излучения, действующего на объект, определяют сначала экспозиционную дозу в воздухе, а затем расчетным путем определяют поглощенную дозу для тканей и органов организма.

Экспозиционную дозу определяют по ионизирующему действию излучения в определенной массе воздуха и только при значениях энергии рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне от десятков килоэлектронвольт до трех мегаэлектронвольт.

Экспозиционная доза

Это количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучения, основанная на их ионизирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в элементарном объеме воздуха в условиях электронного равновесия.

Экспозиционная доза рассчитывается только для рентгеновского и гамма-излучения, ибо только кванты этих излучений достаточно долгопробежные и могут создавать равномерное наружное облучение.
Альфа- и бета-излучения короткопробежные, большая их часть поглощается одеждой и кожей, и не представляют большой опасности для внутренних органов.

За единицу экспозиционной дозы в Международной системе единиц (СИ) принят один кулон электрического заряда в одном килограмме облучаемого воздуха.
Кл/кг, это такая экспозиционная доза рентгеновских и гамма-лучей, под действием которой в 1 кг сухого воздуха образуется число пар ионов, суммарный заряд каждого знака которых равен одному кулону. Это число составляет 6,24х1018 пар ионов.

На практике до сих пор применяют внесистемную единицу экспозиционной дозы – рентген.

Рентген (Р), единица экспозиционной дозы, при которой в 1 см³ воздуха (0,001293г) при нормальных условиях (00 С и 1013 ГПА) образуется 2,082 х 109 пар ионов. Обычно используют производные рентгена – дробные доли: миллирентген – мР (тысячные доли рентгена), микрорентген – мкР (миллионные доли рентгена (мкР = 10-6 Р, мР = 10-3 Р).

При определении действия радиации на какую-либо среду (особенно при облучении живого организма) необходимо учитывать не только общую дозу, но и время, за которое она получена. Поэтому вводится понятие мощность дозы.

Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации)

Это доза, отнесенная к единице времени: Р/ч, мР/ч, мкР/ч.
В Международной системе единиц мощность экспозиционной дозы выражается в Кл/кг х с или А/кг (ампер на кг).

Взаимосвязь между единицами экспозиционной дозы следующая:

• 1 Кл/кг = 3876Р;
• 1 Р = 2,58 х 10 -4 Кл/кг.

Эквивалентная доза

Поглощенная доза облучения, которая учитывает особенности действия любого вида ионизирующего излучения на биологическую ткань (или орган) человека.
Использовать само понятие эквивалентной дозы можно только для целей радиационной безопасности человека и в отношении низких доз облучения.
При более высоких дозах следует применять понятие поглощенной дозы.

Эффективная доза

Величина ионизирующего излучения, используемая, как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом возникновения в них отдаленных неблагоприятных эффектов излучения.

Единицы измерения эквивалентной и эффективной дозы:

• Единица в системе СИ, Дж/кг, зиверт (Зв);
• Внесистемная единица, бэр, рэм

Взаимосвязь между единицами эквивалентной и эффективной дозы следующая:

• 1 Зв = 100 бэр

При радиационном контроле (оценке радиационной опасности обстановки), как правило используются понятия эффективной и эквивалентной дозы.

В оценке воздействия радиации на биологические объекты, как правило используется понятие поглощенной дозы.