Как защититься от гаммы излучения человеку

Гамма-излучением называется одна из коротковолновых разновидностей электромагнитных излучений. Из-за крайне малой длины волны излучения гамма диапазона обладают выраженными корпускулярными свойствами, при этом волновые свойства практически отсутствуют.

Гамма обладает мощнейшим травмирующим действием на живые организмы, и при этом его совершенно невозможно распознать органами чувств.

Оно относится к группе ионизирующих излучений, то есть способствует превращению устойчивых атомов различных веществ в ионы с положительным или отрицательным зарядом. Скорость гамма-излучения сопоставима со скоростью света. Открытие ранее неизвестных радиационных потоков было сделано в 1900 году французским учёным Вилларом.

Для названий были использованы буквы греческого алфавита. Излучение, находящееся на шкале электромагнитных излучений после рентгеновского, получило название гаммы - третьей буквы алфавита.

Следует понимать, что границы между различными видами радиации, весьма условны.

Что такое гамма-излучение

Попробуем, избегая специфической терминологии, разобраться, что такое гамма ионизирующее излучение. Любое вещество состоит из атомов, которые в свою очередь включают в себя ядро и электроны. Атом, а тем более его ядро отличаются высокой устойчивостью, поэтому для их расщепления нужны особые условия.

Если эти условия каким-то образом возникают или получены искусственно, происходит процесс ядерного распада, который сопровождается выделением большого количества энергии и элементарных частиц.

В зависимости от того, что именно выделяется в этом процессе, излучения делятся на несколько видов. Альфа, бета и нейтронное излучение отличаются выделением элементарных частиц, а рентгеновские и гамма активный луч - это поток энергии.

Хотя, на самом деле, любое излучение, в том числе и излучение в гамма-диапазоне, подобно потоку частиц. В случае этого излучения частицами потока являются фотоны или кварки.

По законам квантовой физики, чем меньше длина волны, тем более высокой энергией обладают кванты излучения.

Так как длина волны гамма лучей очень мала, то можно утверждать, что энергия гамма излучения чрезвычайно велика.

Возникновение гамма-излучения

Источниками излучения в гамма-диапазоне являются различные процессы. Во вселенной существуют объекты, в которых происходят реакции. Результатом этих реакций является космическое гамма-излучение.

Основные источники гамма-лучей - это квазары и пульсары. Ядерные реакции с массивным выделением энергии и гамма-излучения также происходят в процессе преобразования звезды в сверхновую.

Гамма электромагнитное излучение возникает при различных переходах в области атомной электронной оболочки, а также при распаде ядер некоторых элементов. Среди источников гамма-лучей можно также назвать определённую среду с сильным магнитным полем, где элементарные частицы тормозятся сопротивлением этой среды.

Опасность гамма-лучей

В силу своих свойств радиация гамма-спектра обладает очень высокой проникающей способностью. Чтобы её задержать, нужна свинцовая стена толщиной не менее пяти сантиметров.

Кожные покровы и прочие защитные механизмы живого существа не являются препятствием гамма-излучению. Оно проникает прямо в клетки, оказывая разрушительное воздействие на все структуры. Облучённые молекулы и атомы вещества сами становятся источником излучения и провоцируют ионизацию других частиц.

В результате этого процесса из одних веществ получаются другие. Из них составляются новые клетки с другим геномом. Ненужные при строительстве новых клеток остатки старых структур становятся токсинами для организма.

Наибольшая опасность радиационных лучей для живых организмов, получивших дозу радиации, в том, что они не способны ощущать наличие в пространстве этой смертельной волны. А также в том, что у живых клеток нет никакой специфической защиты от разрушительной энергии, которую несёт гамма ионизирующее излучение. Наибольшее влияние этот вид радиации оказывает на состояние половых клеток, несущих молекулы ДНК.

Разные клетки организма по-разному ведут себя в гамма-лучах, и обладают разной степенью устойчивости к воздействию этого вида энергии. Однако ещё одним свойством гамма-излучения является кумулятивная способность.

Однократное облучение небольшой дозой не наносит непоправимого разрушительного воздействия на живую клетку. Именно поэтому радиационным излучениям нашлось применение в науке, медицине, промышленности и других областях человеческой деятельности.

Области применения гамма-лучей

Даже смертоносным лучам пытливые умы учёных нашли сферы применения. В настоящее время гамма-излучение используется в различных отраслях промышленности, идут на благо науки, а также успешно применяются в различных медицинских приборах.

Способность изменять структуру атомов и молекул оказалась на благо при лечении тяжёлых заболеваний, разрушающих организм на клеточном уровне.

Для лечения онкологических новообразований гамма-лучи незаменимы, так как способны разрушить аномальные клетки, и прекратить их стремительное деление. Иногда остановить аномальный рост раковых клеток невозможно ничем, тогда на помощь приходит гамма-излучение, где клетки уничтожаются полностью.

Применяется гамма ионизирующее излучение для уничтожения патогенной микрофлоры и различных потенциально опасных загрязнений. В радиоактивных лучах стерилизуют медицинские инструменты и приборы. Также данный вид радиации применяется для обеззараживания некоторых продуктов.

Гамма-лучами просвечивают различные цельнометаллические изделия для космической и других отраслей промышленности с целью обнаружения скрытых дефектов. В тех областях производства, где необходим предельный контроль за качеством изделий, этот вид проверки просто незаменим.

При помощи гамма-лучей учёные измеряют глубину бурения, получают данные о возможности залегания различных пород. Гамма-лучи могут быть использованы и в селекции. Строго дозированным потоком облучаются определённые отобранные растения, чтобы получить нужные мутации в их геноме. Таким способом селекционеры получают новые породы растений с нужными им свойствами.

С помощью гамма-потока определяются скорости космических аппаратов и искусственных спутников. Посылая лучи в космическое пространство, учёные могут определить расстояние и смоделировать путь космического аппарата.

Способы защиты

Земля обладает естественным механизмом защиты от космической радиации, это озоновый слой и верхние слои атмосферы.

Те лучи, которые, обладая огромными скоростями, проникают в защищённое пространство земли, не причиняют большого вреда живым существам. Наибольшую опасность представляют источники и гамма-радиация, полученная в земных условиях.

Самым главным источником опасности радиационного заражения остаются предприятия, где под контролем человека осуществляется контролируемая ядерная реакция. Это атомные электростанции, где производится энергия для обеспечения населения и промышленности светом и теплом.

Для обеспечения работников этих объектов принимаются самые серьёзные меры. Трагедии, произошедшие в разных точках мира, из-за утраты человеком контроля за ядерной реакцией, научили людей быть осторожными с невидимым врагом.

Защита работников электростанций

На предприятиях ядерной энергетики и производствах, связанных с использованием гамма-излучения, строго ограничивается время контакта с источником радиационной опасности.

Все сотрудники, имеющие служебную необходимость контактировать или находиться вблизи источника гамма-излучения, используют специальные защитные костюмы и проходят несколько ступеней очистки перед тем, как вернуться в «чистую» зону.

Для эффективной защиты от гамма-лучей используются материалы, обладающие высокой прочностью. К ним относятся свинец, высокопрочный бетон, свинцовое стекло, определённые виды стали. Эти материалы применяются в сооружении защитных контуров электростанций.

Элементы из этих материалов используются при создании противорадиационных костюмов для сотрудников электростанций, имеющих допуск к источникам радиации.

В так называемой «горячей» зоне свинец нагрузки не выдерживает, так как его температура плавления недостаточно высока. В области, где протекает термоядерная реакция с выделением высоких температур, используются дорогие редкоземельные металлы, например вольфрам и тантал.

Все люди, имеющие дело с гамма-излучением, обеспечиваются индивидуальными измерительными приборами.

Ввиду отсутствия естественной чувствительности к радиации, человек может воспользоваться дозиметром, чтобы определить, какую дозу радиации он получил за определённый период.

Нормальной считается доза, не превышающая 18-20 микрорентген в час. Ничего особенно страшного не произойдёт при облучении дозой до 100 микрорентген. Если человек получил такую дозу, могут проявиться последствия через две недели.

При получении дозы в 600 рентген человеку грозит смерть в 95% случаев в течение двух недель. Доза в 700 рентген смертельна в 100% случаев.

Из всех видов радиации именно гамма-лучи несут наибольшую опасность для человека. К сожалению, вероятность радиационного заражения существует для каждого. Даже находясь вдали от промышленных предприятий, производящих энергию посредством расщепления атомного ядра, можно подвергнуться опасности облучения.

История знает примеры таких трагедий.

Гамма излучение представляет собой довольно серьезную опасность для человеческого организма, да и для всего живого в общем.

Это электромагнитные волны с очень маленькой длиной и высокой скоростью распространения.

Чем же они так опасны, и каким образом можно защититься от их воздействия?

О гамме излучение

Все знают, что атомы всех веществ содержат в себе ядро и электроны, которые вращаются вокруг него. Как правило, ядро – это довольно стойкое образование, которому трудно нанести повреждения.

При этом существуют вещества, ядра которых неустойчивы, и при некотором воздействии на них происходит излучение их составляющих. Такой процесс называется радиоактивным, он имеет определенные составляющие, названные по первым буквам греческого алфавита:

гамма излучения.

Стоит отметить, что радиационный процесс подразделяется на два вида в зависимости от того, что именно в результате выделяется.

Виды:

Поток лучей с выделением частиц – альфа, бета и нейтронное;
Излучение энергии – рентгеновское и гамма.

Гамма излучение – это поток энергии в виде фотонов. Процесс разделения атомов под воздействием радиации сопровождается образованием новых веществ. При этом атомы вновь образовавшегося продукта имеют довольно нестабильное состояние. Постепенно при взаимодействии элементарных частиц возникает восстановление равновесия. В результате происходит выброс лишней энергии в виде гаммы.

Проникающая способность такого потока лучей очень высока. Оно способно проникать через кожные покровы, ткани, одежду. Более тяжелым будет проникновение через металл. Чтобы задержать такие лучи необходима довольно толстая стена из стали или бетона. Однако длина волныγ-излучения очень мала и составляет меньше 2·10 −10 м, а ее частота находится в диапазоне 3*1019 – 3*1021 Гц.

Гамма частицами являются фотоны с довольно высокой энергией. Исследователи утверждают, что энергия гаммы излучения может превышать показатель 10 5 эВ. При этом граница между рентгеновскими и γ-лучами далеко не резкая.

Источники:

Различные процессы в космическом пространстве,
Распад частиц в процессе опытов и исследований,
Переход ядра элемента из состояния с большой энергией в состояние покоя или с меньшей энергией,
Процесс торможения заряженных частиц в среде либо движение их в магнитном поле.

Открыл гамма излучение французский физик Поль Виллар в 1900 году, проводя исследование излучения радия.

Чем опасно гамма-излучение

Гамма излучение является наиболее опасным, нежели альфа и бета.

Механизм действия:

Гамма лучи способны проникать через кожные покровы внутрь живых клеток, в результате происходит их повреждение и дальнейшее разрушение.
Поврежденные молекулы провоцируют ионизацию новых таких же частиц.
В результате возникает изменение в структуре вещества. Пострадавшие частицы при этом начинают разлагаться и превращаться в токсические вещества.
В итоге происходит образование новых клеток, но они уже с определенным дефектом и поэтому не могут полноценно работать.

Гамма излучения опасно тем, что такое взаимодействие человека с лучами не ощущается им ни в коей мере. Дело в том, что каждый орган и система человеческого организма реагирует по-разному на γ-лучи. Прежде всего, страдают клетки, способные быстро делиться.

Системы:

Лимфатическая,
Сердечная,
Пищеварительная,
Кроветворная,
Половая.

Оказывается негативное влияние и на генетическом уровне. Кроме того, такое излучение имеет свойство накапливаться в человеческом организме. При этом в первое время оно практически не проявляется.

Где применяется гамма-излучение

Несмотря на негативное влияние, ученые нашли и положительные стороны. В настоящее время такие лучи применяются в различных сферах жизни.

Гамма излучение — применение:

В геологических исследованиях с их помощью определяют длину скважин.
Стерилизация различных медицинских инструментов.
Используется для контроля внутреннего состояния различных вещей.
Точное моделирование пути космических аппаратов.
В растениеводстве применяется для вывода новых сортов растений из тех, что мутируют под воздействием лучей.

Излучение гамма частиц нашло свое применение в медицине. Используется оно в терапии онкологических больных. Такой метод имеет название «лучевая терапия» и основывается на воздействии лучей на быстро делящиеся клетки. В результате при правильном использовании появляется возможность уменьшить развитие патологических клеток опухоли. Однако такой метод, как правило, применяется в том случае, когда другие уже бессильны.

Отдельно стоит сказать о влияние его на мозг человека

Современные исследования позволили установить, что мозг постоянно испускает электрические импульсы. Ученые считают, что гамма излучения возникает в те моменты, когда человеку приходится работать с разной информацией одновременно. При этом небольшое количество таких волн ведет к уменьшению запоминающей способности.

Как защититься от гамма-излучения

Какая же защита существует, и что сделать, чтобы уберечься от этих вредных лучей?

В современном мире человек окружен различными излучениями со всех сторон. Однако гамма частицы из космоса оказывают минимальное воздействие. А вот то, что находится вокруг представляет гораздо большую опасность. Особенно это относится к людям, работающим на различных атомных станциях. В таком случае защита от гамма излучения состоит в применении некоторых мер.

Меры:

Не находится длительное время в местах с таким излучением. Чем дольше времени человек находится под воздействием этих лучей, тем больше разрушений возникнет в организме.
Не стоит находиться там, где расположены источники излучения.
Необходимо использовать защитную одежду. В ее состав входит резина, пластик с наполнителями из свинца и его соединений.

Стоит отметить, что коэффициент ослабления гамма излучения зависит от того, из какого материала сделан защитный барьер. Так, например, лучшим металлом считается свинец в виду его свойства поглощать излучение в большом количестве. Однако он плавится при довольно низких температурах, поэтому в некоторых условиях используется более дорогой металл, например, вольфрам или тантал.

Еще один способ обезопасить себя – это измерить мощность гамма излучения в Вт. Кроме того, мощность измеряется также в зивертах и рентгенах.

Норма гамма излучения не должна превышать 0,5 микрозиверта в час. Однако лучше если этот показатель не будет выше 0,2 микрозиверта в час.

Чтобы измерить гамма излучение, применяется специальное устройство – дозиметр. Таких приборов существует довольно много. Часто используется такой аппарат, как «дозиметр гамма излучения дкг 07д дрозд». Он предназначен для оперативного и качественного измерения гамма и рентгеновского излучения.

У такого устройства есть два независимых канала, которые могут измерять МЭД и Эквивалент дозировки. МЭД гамма излучения это мощность эквивалентной дозировки, то есть количество энергии, которую поглощает вещество в единицу времени с учетом того, какое воздействие лучи оказывают на человеческий организм. Для этого показателя также существуют определенные нормы, которые обязательно должны быть учтены.

Излучение способно негативно влиять на организм человека, однако даже для него нашлось применение в некоторых сферах жизни.

Видео: Гамма-излучение

Цель работы

Работа имеет целью практическое обучение методике определения энергии гамма-квантов по ослаблению узкого пучка излучения в веществе путем экспериментального измерения величины массового коэффициента ослабления.

Введение

Общие понятия

Гамма-излучение – это фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, ядерных превращениях и при аннигиляции частиц. Гамма-излучение является электромагнитным косвенно ионизирующим излучением. Энергия гамма-квантов, испускаемых радионуклидами, заключена в пределах от 0,01 МэВ до 10 МэВ. Большинство радионуклидов дают гамма-излучение сложного энергетического спектра. Некоторые ядра (их немного) испускают моноэнергетически гамма-излучения.

Для радионуклидов со сложным спектром гамма-излучения в эксперименте может быть определена эффективная энергия фотонов такого моноэнергетического фотонного излучения, относительное ослабление которого в поглотителе определенного состава и определенной толщины то же самое, что и у рассматриваемого немоноэнергетического фотонного излучения.

Характеристиками гамма-излучения являются поток гамма-квантов и плотность потока.

Под потоком гамма-квантов понимают отношение числа квантов dN γ , проникающих через данную поверхность за интервал времени dt, к этому интервалу

Плотность потока гамма-квантов – это отношение потока dФ γ , проникающего в объем элементарной сферы, к площади поперечного сечения этой сферы dS

Аналогичными характеристиками, учитывающими энергию гамма-квантов, является поток энергии и плотность потока энергии гамма-излучения.

Взаимодействие гамма-излучения с веществом осуществляется в основном за счет трех элементарных процессов: фотоэлектрического эффекта, некогерентного рассеяния (эффект Комптона) и образования электронно-позитронных пар (пар-эффекта). При малых энергиях гамма-квантов определенный вклад дает также когерентное рассеяние на электронах.

Вероятность взаимодействия гамма-квантов с веществом характеризуется массовым коэффициентом ослабления. Под ним понимается отношение доли косвенно ионизирующих частиц данной энергии, претерпевших взаимодействие при прохождении элементарного путиdl в среде с плотностью ρ к длине этого пути и к плотности среды

Для фотонного излучения массовый коэффициент ослабления равен сумме массовых коэффициентов ослабления, обусловленных фотоэффектом, некогерентным рассеянием, когерентным рассеянием и образованием электронно-позитронных пар. При этом для гамма-излучения когерентное рассеяние, как правило, не учитывается:

Как видно из приведенного определения, по физическому смыслу массовый коэффициент ослабления – это вероятность для гамма-квантов провзаимодействовать с веществом при единичной массовой толщине мишени.

В расчетах по защите от излучения часто используют линейный коэффициент ослабления гамма-излучения μ, получающийся умножением массового коэффициента ослабления на плотность ρ. По физическому смыслу линейный коэффициент ослабления – это вероятность взаимодействия гамма-кванта с веществом на пути единичной длины. Единицы измерения и μ в системе СИ соответственно м 2 /кг и м -1 .

Величина коэффициентов ослабления сложным образом зависит от энергии гамма-квантов и от материала защиты. Эти зависимости приводятся в справочнике в виде таблиц или графиков (см. приложение 3, рис. 3-6).

Аналитическое выражение для описания ослабления гамма-излучения защитой можно получить для узкого пучка моноэнергетического гамма-излучения. В этом случае в результате любого акта взаимодействия гамма-квант выбывает из пучка. Следовательно, число выбывших из пучка фотонов dN пропорционально пройденной толщине вещества dx и числу падающих фотонов N, т.е.

Для моноэнергетического излучения μ постоянно, и интегрирование полученного выражения дает

Если разделить обе части этого выражения на площадь мишени и время облучения, то получится выражение для плотности потока гамма-квантов

где φ γ0 и φ γ – плотность потока гамма-квантов перед поглотителем и после поглотителя толщиной d.

График зависимости lgφ=f(d) имеет вид, приведенный на рис. 4.1.

Экспериментально построенный график служит для определения значения линейного коэффициента ослабления μ, а затем по справочному графику μ=f(E) – для определения энергии гамма-излучения. Значение μ из графика определяют либо по толщине слоя половинного ослабления d 1/2

либо по тангенсу угла наклона α

При проведении работы измеряют не плотность потока φ γ непосредственно, а пропорционально ему скорость счета импульсов n.

1.2. Описание лабораторной установки

Блок-схема лабораторной установки показана на рис. 4.2. Источниками излучения служат препараты 60 Со или 137 Сs активностью около 10 мКu. Источник помещается в свинцовую защиту, из которой выходит направленный пучок гамма-квантов, проходящий на пути к детектору через поглотитель. Второй коллиматор служит для поглощения гамма-квантов, рассеянных в поглотителе, иначе значение коэффициента ослабления гамма-излучения окажется заниженным.

Измерения выполняются на лабораторной установке, разработанной на основе радиометра КРВП-3Б.

Выполнение лабораторной работы

2.1. Подготовка к работе и производство измерений

Получить у лаборанта источник излучения и набор пластин поглотителя.

Собрать лабораторную установку в соответствии с приведенной на рис. 4.2. блок-схемой. Обратить особое внимание на соосность коллиматоров. Для этого перед установкой источника в коллиматор произвести «прицеливание» путем наблюдения через второй коллиматор. Источник излучения устанавливать после измерения фона в лаборатории.

Подготовить к работе радиометр КРВП-3Б. Обсчитать фон в течение пяти минут.

Установить источник излучения, измерить скорость счета без поглотителя. Затем установить поочередно одну, две, три и т.д. пластины поглотителя, каждый раз измеряя их толщину и скорость счета от проходящего сквозь них пучка гамма-излучения. Время измерения скорости счета выбирать, исходя из 5% точности измерения.

Измерения выполнять до уменьшения скорости счета в 8-10 раз. Результаты измерений и последующих расчетов занести в таблицу отчета.

По результатам измерений построить график lg n=f(d), по графику определить коэффициент ослабления гамма-излучения и по нему – энергию гамма-квантов.

2.2. Оформление отчета по лабораторной работе

До начала работы необходимо на специальном бланке отчета составить краткое описание работы и заготовить таблицу для записи результатов измерений. Подготовить оси координат для нанесения графика зависимости lg n=f(d).

Таблица 4.1 Результаты измерений

N ф = импульсов за t = минут

n ф = имп/мин. Материал поглотителя

По результатам измерений построить график зависимости lgn=f(d), по которому определить величину μ. По графикам (см. приложение, рис. 3, 4, 5, 6) определить энергию γ-квантов. Полученное значение энергии γ-квантов сравнить с табличными значениями (см. приложение 2, табл. 6) и определить погрешность измерения.

3. Техника безопасности

Перед началом работы каждому исполнителю необходимо получить у лаборанта дозиметр для измерения дозы облучения. Источники γ-излучения брать только пинцетом. После укладки источника в коллиматор закрыть обратную сторону коллиматора свинцовой защитой.

В процессе выполнения работы необходимо принимать меры для уменьшения дозы облучения, помня при этом, что доза облучения от точечного источника пропорциональна времени и обратно пропорциональна квадрату расстояния.

Дозы облучения после работы измеряет лаборант, докладывает преподавателю и заносит в журнал учета доз. Так как в электрической схеме установки имеется опасное напряжение (400 В), вскрывать электрическую схему ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

Контрольные вопросы

С каким видом излучения выполняется работа?

Что такое гамма-излучение?

Каков спектр гамма-излучения?

Какие процессы определяют ослабление гамма-излучения в веществе?

Что такое поток гамма-излучения?

Что такое плотность потока гамма-излучения?

Что такое массовый коэффициент ослабления гамма-излучения?

Каков физический смысл линейного коэффициента ослабления гамма-излучения?

Линейный коэффициент ослабления гамма-излучения в свинце равен 0,5 см -1 . Чему равна энергия гамма-квантов?

Слой половинного ослабления гамма-излучения в свинце равен 1,4 см. Чему равна энергия гамма-квантов?

Массовый коэффициент ослабления гамма-излучения в свинце равен 0,02 м 2 /кг. Чему равна энергия гамма-квантов?

Какая математическая зависимость описывает ослабление гамма-излучения в веществе?

Какие условия должны соблюдаться, чтобы ослабление гамма-излучения в веществе описывалось экспонентой?

Какой вид имеет график зависимости lgφ γ =f(d)?

Как по графику lgφ γ =f(d) определить энергию гамма-излучения?

Для чего нужны коллиматоры в данной работе?

Каковы пути уменьшения дозы облучения от точечного источника гамма-излучения?

Как измениться доза облучения пальцев рук, если вместо пинцета (R=25см) источник брать руками (R=0,5см)?

Чем обеспечивается необходимая точность измерений в данной работе?

Какой радионуклид исследовался в данной работе?

Какова энергия гамма-излучения у радионуклида в данной работе?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Cтраница 1

Поток гамма-излучения после прохождения через контролируемый объект и пленку попадает на рабочий блок детектирования, где преобразуется в статистически распределенные электрические импульсы. Средняя скорость поступления импульсов с выхода датчика пропорциональна мощности экспозиционной дозы. Плотность почернения пленки определяется экспозиционной дозой, следовательно, необходимое время просвечивания, при котором обеспечивается оптимальная плотность почернения пленки, можно задавать числом импульсов.

Плотность возникает, когда поток гамма-излучения взаимодействует с материей.

Источниками ионизирующих излучений при ядерном взрыве являются потоки гамма-излучений и нейтронов, оказывающие поражающее воздействие в районе взрыва в течение 10 - 15 секунд с момента взрыва, а также гамма-кванты, альфа - и бета-частицы радиоактивных веществ - осколков деления вещества ядерного заряда, выпадающих в районе взрыва и по пути движения образующегося радиоактивного облака и заражающих территорию на десятки и сотни километров. Степень поражения определяется дозой ионизирующего облучения - количеством энергии, поглощенной 1 см3 среды.

Радиационные сигнализаторы уровня действуют по принципу зависимости интенсивности потока гамма-излучения от плотности контролируемой среды. Источник и приемник радиоактивного излучения устанавливают на заданном уровне на противоположных сторонах контролируемой емкости. Увеличение или уменьшение потока гамма-лучей вызывает срабатывание исполнительного реле.

Принцип работы гамма-реле состоит в том, что интенсивность потока гамма-излучения, попадающего на преобразовательный элемент, зависит от плотности среды, через которую он проникает. Приемная станция и блок источника гамма-излучения устанавливаются на противоположных сторонах измеряемой емкости на контролируемых уровнях.

Экспериментальная проверка рассмотренной выше методики была осуществлена как для случая модуляции потоков гамма-излучения, так и для случая модуляции световых потоков.

Итак, приблизительно 1 / 4 (1 / 2 1 / 2) всей светимости будет наблюдаться в виде обильного потока гамма-излучения, а остальное - в виде мягкого рентгена.

Блоки источника излучения КО, К1, К2 и КЗ предназначены для формирования направленного потока гамма-излучения, а также для защиты персонала от потоков гамма-излучения, действующих в других направлениях.

Действие приборов основано на преобразовании датчиком потока гамма-излучений, поступающего от блока источника, в электрический сигнал, передаваемый по кабелю в электронно-релейный блок, для срабатывания реле. Интенсивность потока гамма-излучения, попадающего на датчик, зависит от плотности среды, через которую он проникает.

Принцип работы гамма-реле состоит в том, что интенсивность потока гамма-излучения, попадающего на датчик, зависит от плотности среды, через которую он проникает. Датчик преобразует поток гамма-излучения в электрический сигнал, усиливает и передает его по кабелю в электронно-релейный блок, где осуществляется его дальнейшее преобразование в показывающий результат.

Слово радиация, в переводе с английского "radiation" означает излучение и применяется не только в отношении радиоактивности, но целого ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Поэтому в отношении радиоактивности следует применять принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и Нормами радиационной безопасности понятие "ионизирующее излучение".

ионизирующее излучение ( ИОНИЗИРУЮЩАЯ РАДИАЦИЯ )?

Ионизирующее излучение - излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое при взаимодействии с веществом непосредственно или косвенно вызывает ионизацию и возбуждение его атомов и молекул. Энергия ионизирующего излучения достаточно велика, чтобы при взаимодействии с веществом, создать пару ионов разных знаков, т.е. ионизировать ту среду в которую попали эти частицы или гамма кванты.

Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны.

Что такое радиоактивность?

Радиоактивность - самопроизвольное превращение атомных ядер в ядра других элементов. Сопровождается ионизирующим излучением. Известно четыре типа радиоактивности:

альфа-распад - радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается альфа-частица;
бета-распад - радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается бета-частицы, т.е электроны или позитроны;
спонтанное деление атомных ядер - самопроизвольное деление тяжелых атомных ядер (тория, урана, нептуния, плутония и других изотопов трансурановых элементов). Периоды полураспада у спонтанно делящихся ядер составляют от нескольких секунд до 1020 для Тория-232;
протонная радиоактивность - радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускаются нуклоны (протоны и нейтроны).

Что такое изотопы?

Изотопы - это разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый электрический заряд атомных ядер и потому занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева одинаковое место. Например: 55Cs131, 55Cs134m, 55Cs134, 55Cs135, 55Cs136, 55Cs137. Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые - самопроизвольно распадающиеся путем радиоактивного распада, так называемые радиоактивные изотопы. Известно около 250 стабильных, и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить Pb206, Pb208 являющийся конечным продуктом распада радиоактивных элементов U235, U238 и Th232.

ПРИБОРЫ ДЛЯ измерения радиации и радиоактивности.

Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов на различных объектах используются специальные средства измерения:

для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа и бета-излучения, нейтронов, используются дозиметры различного назначения;
для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды используются спектрометрические тракты, состоящие из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.

В настоящее время в магазинах можно купить различные виды измерителей радиации различного типа, назначения, и обладающие широкими возможностями. Для примера приведём несколько моделей приборов, которые наиболее популярные в профессиональной и бытовой деятельности:

Профессиональный дозиметр-радиометр, был разработан для радиационного контроля денежных купюр операционистами банков, в целях исполнения "Инструкция Банка России от 04.12.2007 N 131-И "О порядке выявления, временного хранения, гашения и уничтожения денежных знаков с радиоактивным загрязнением"".

Лучший бытовой дозиметр от ведущего производителя, данный портативный измеритель радиации зарекомендовал себя временем. Благодаря простому использованию, небольшому размеру и низкой цене, пользователи назвали его народным, рекомендуют его друзьям и знакомым, не боясь за рекомендацию.

СРП-88Н (сцинтилляционный радиометр поиска) - профессиональный радиометр предназначен для поиска и обнаружения источников фотонного излучения. Имеет цифровой и стрелочный индикаторы, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора, что значительно облегчает работу при обследовании территорий, проверки металлолома др. Блок детектирования выносной. В качестве детектора используется сцинтилляционный кристалл NaI. Автономный источник питания 4 элемента Ф-343.

ДБГ-06Т - предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) фотонного излучения. Источник питания гальванический элемент типа «Корунд».

ДРГ-01Т1 - предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) фотонного излучения.

ДБГ-01Н - предназначен для обнаружения радиоактивного загрязнения и оценки с помощью звукового сигнализатора уровня мощности эквивалентной дозы фотонного излучения. Источник питания гальванический элемент типа «Корунд». Диапазон измерения от 0.1 мЗв*ч-1 до 999.9 мЗв*ч-1

РКС-20.03 «Припять» - предназначен для контроля радиационной обстановки в местах проживания, пребывания и работы.

Дозиметры позволяют измерять:

величину внешнего гамма-фона;
уровни загрязнения радиоактивными веществами жилых и общественных помещений, территории, различных поверхностей
суммарное содержание радиоактивных веществ (без определения изотопного состава) в продуктах питания и других объектах внешней среды (жидких и сыпучих)
уровни загрязнения радиоактивными веществами жилых и общественных помещений, территории, различных поверхностей;
суммарное содержание радиоактивных веществ (без определения изотопного состава) в продуктах питания и других объектах внешней среды (жидких и сыпучих).

Как выбрать измеритель радиации и другие приборы для измерения радиации вы можете прочитать в статье "Бытовой дозиметр и индикатор радиоактивности. как выбрать? "

Какие виды ионизирующего излучения существуют?

Виды ионизирующего излучения. Основными видами ионизирующего излучения, с которыми нам чаще всего приходится сталкиваться являются:

Конечно существуют и другие виды излучения (нейтронное), но с ними мы сталкиваемся в повседневной жизни значительно реже. Различие этих видов излучения заключается в их физических характеристиках, в происхождении, в свойствах, в радиотоксичности и поражающем действии на биологические ткани.

Источники радиоактивности могут быть природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения это естественные радиоактивные элементы находящиеся в земной коре и создающие природный радиационный фон, это ионизирующее излучение приходящее к нам из космоса. Чем больше активность источника (т.е. чем больше в нем распадается атомов за единицу времени), тем больше он испускает за единицу времени частиц или фотонов.

Искусственные источники радиоактивности могут содержать радиоактивные вещества полученные в ядерных реакторах специально или являющиеся побочными продуктами ядерных реакций. В качестве искусственных источников ионизирующего излучения могут быть и различные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.

Основными поставщиками радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов:

добыча и переработка урановых руд;
добыча нефти и газа; угольная промышленность;
промышленность строительных материалов;
предприятия энергетической промышленности и др.

Радий-226 хорошо поддается выщелачиванию из минералов содержащих уран, этим его свойством объясняется наличие значительных количеств радия в некоторых видах подземных вод (радоновых применяемых в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах колеблется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л. Существенной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226- радий-222 (Радон). Радон - инертный, радиоактивный газ, наиболее долгоживущий (период полураспада 3.82 дня) изотоп эманации *, альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому преимущественно накапливается погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д. * - эманирование- свойство веществ содержащих изотопы радия (Ra226, Ra224, Ra223), выделять образующиеся при радиоактивном распаде эманацию(радиоактивные инертные газы).

Считается, что до 70% вредного воздействия на население связано с радоном в жилых зданиях (см. диаграмму). Основным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):

водопроводная вода и бытовой газ;
строительные материалы (щебень, глина, шлаки, золошлаки и др.);
почва под зданиями.

Распространяется радон в недрах Земли крайне не равномерно. Характерно его накопление в тектонических нарушениях, куда он поступает по системам трещин из пор и микротрещин пород. В поры и трещины он поступает за счет процесса эманирования, образуясь в веществе горных пород при распаде радия-226.

Радоновыделение почвы определяется радиоактивностью горных пород, их эманированием и коллекторными свойствами. Так, сравнительно слаборадиоактивные породы, оснований зданий и сооружений могут, представлять большую опасность, чем более радиоактивные, если они характеризуются высоким эманированием, или рассечены тектоническими нарушениями, накапливающими радон. При своеобразном «дыхании» Земли, радон поступает из горных пород в атмосферу. Причем в наибольших количествах - из участков на которых имеются коллекторы радона (сдвиги, трещины, разломы и др.), т.е. геологические нарушения. Собственные наблюдения за радиационной обстановкой в угольных шахтах Донбасса показали, что в шахтах, характеризующихся сложными горно-геологическими условиями (наличие множественных разломов и трещин в угле вмещающих породах, высокая обводненность и др.) как правило, концентрация радона в воздухе горных выработок значительно превышает установленные нормативы.

Возведение жилых и общественно-хозяйственных сооружений непосредственно над разломами и трещинами горных пород, без предварительного определения радоновыделения из почвы, приводит к тому, что в них из недр Земли поступает грунтовый воздух, содержащий высокие концентрации радона, который накапливается в воздухе помещений и создает радиационную опасность.

Техногенная радиоактивность возникает в результате деятельности человека в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование радионуклидов. К техногенной радиоактивности относится добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание каменного угля и углеводородов, накопление промышленных отходов и многое другое. Уровни воздействия на человека различных техногенных факторов иллюстрирует представленная диаграмма 2 (А.Г. Зеленков "Сравнительное воздействие на человека различных источников радиации", 1990 г.)

Что такое "черные пески" и какую опасность они представляют?

Черные пески представляют собой минерал монацит - безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO4, которые замещаются торием. Монацит содержит до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y2O3 до 5%, окиси тория ThO2 до 5-10%, иногда до 28%. Удельный вес монацита составляет 4.9-5.5. С повышением содержания тория уд. вес возрастает. Встречается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород включающих монацит, он накапливается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.

Такие месторождения наблюдаются и на юге Донецкой области.

Россыпи монацитовых песков находящиеся на суше, как правило не вносят существенного изменения в сложившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области) создают ряд проблем особенно с наступлением купального сезона.

Дело в том, что в результате морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в результате естественной флотации, скапливается значительное количество "черного песка", характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк*кг-1 и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 300 и более мкР*час-1. Естественно, отдыхать на таких участках рискованно, поэтому, ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются отдельные участки побережья. Но все это не позволяет предотвратить нового накопления "черного песка".

Позволю высказать по этому поводу личную точку зрения. Причиной, способствующей выносу "черного песка" на побережье, возможно является тот факт, что на фарватере Мариупольского морского порта постоянно работают земснаряды по расчистке судоходного канала. Грунт, поднятый со дна канала, сваливается западнее судоходного канала, в 1-3 км от побережья (см. карту размещения мест свалки грунта), и при сильном волнении моря, с накатом на прибрежную полосу, грунт содержащий монацитовый песок выносится на побережье, где обогащается и накапливается. Однако все это требует тщательной проверки и изучения. И если это как, то снизить накопление "черного песка" на побережье, возможно, удалось бы просто переносом места свалки грунта в другое место.

Основные правила выполнения дозиметрических измерений.

При проведении дозиметрических измерений, прежде всего, необходимо строго придерживаться рекомендаций изложенных в технической документации на прибор.

При измерении мощности экспозиционной дозы гамма-излучения или эквивалентной дозы гамма-излучения необходимо соблюдать следующие правила:

при проведении любых дозиметрических измерений, если предполагается их постоянное проведения с целью наблюдения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию измерения;
для повышения достоверности результатов дозиметрического контроля проводится несколько измерений (но не менее 3-х), и вычисляется среднее арифметическое;
при выполнении измерений на территории выбирают участки вдали от зданий и сооружений (2-3 высоты); -измерения на территории проводят на двух уровнях, на высоте 0.1 и 1.0 м от поверхности грунта;
при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в центре помещения на высоте 1.0 м от пола.

При измерении уровней загрязнения радионуклидами различных поверхностей необходимо выносной датчик или прибор в целом, если выносного датчика нет, поместить в полиэтиленовый пакет (для предотвращения возможного загрязнения), и проводить измерение на максимально возможно близком расстоянии от измеряемой поверхности.