Контрольная работа по «Радиационная безопасность »

Центроспас создан в  целях оперативного выполнения первоочередных поисково-спасательных работ, , оказания пострадавшим медицинской помощи и  их эвакуации из мест ЧС. Отряд имеет  в своем составе большегрузные военно-транспортные самолеты ИЛ-76, способные перебрасывать на большие расстояния формирования спасателей и средства спасения, выполнять такие операции, как тушение крупных пожаров. Он оснащен аэромобильными госпиталями, оперативно доставляемыми в районы ЧС и развертываемыми там для оказания медицинской помощи пострадавшим.

Отряд находится в  состоянии постоянной готовности к  экстренному выдвижению в район  ЧС, возникшей практически в любой  точке России. При этом время готовности к вылету подразделений Центроспаса не превышает 30 минут с момента их оповещения.

Войска ГО. Они не участвуют  в боевых действиях и не располагают  тяжелым оружием, за исключением  относительно небольшого его количества, предназначенного для обеспечения  собственной охраны.

Задачами войск ГО в составе МЧС РБ являются следующие: ведение общей и специальной разведки как непосредственно в очагах поражения, зонах заражения и катастрофического затопления, так и на маршрутах выдвижения к ним; проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ; санитарная обработка населения, специальная обработка техники и имущества, обеззараживание зданий, сооружений и территории в целом; выполнение работ по разминированию объектов и территорий; содействие эвакуации населения; восстановление объектов жизнеобеспечения населения, аэродромов, дорог, переправ и других важных элементов народного хозяйства.

В составе войск ГО имеются спасательные бригады, механизированные полки и батальоны, вертолетные  отряды и роты специальной защиты. В них, в свою очередь, входят аварийно-спасательные, инженерные, механизированные, пожарные, медицинские, водопроводные, пиротехнические подразделения, подразделения радиационной и химической защиты и другие.

Размещение соединений и частей ГО осуществляют прежде всего  в тех регионах и местах, где высока вероятность возникновения ЧС природного или техногенного характера. При этом особенности региона учитываются в структуре и составе соединений ГО: в случае высокой сейсмоопасности региона в состав последних включают больше механизированных подразделений, если существует угроза затопления — включают понтонно-переправочные средства и т.п.

В последние годы в  частях и соединениях войск ГО созданы специальные десантные  спасательные отряды, предназначенные  для экстренной доставки спасателей на вертолетах в труднодоступные районы. Такие спасатели могут десантироваться парашютным способом или с помощью троса и лебедки вертолета

 

Вопрос№3 Взаимодействие гамма-излучения с веществом. Закон ослабления гамма-излучения.

Гамма-излучение _ это  коротковолновое электромагнитное излучение, возникающее в результате разрядки состояний ядер, возбуждающихся при радиоактивном распаде ядер и в ядерных реакциях. Гамма-излучение возникает также в процессах распада элементарных частиц, в результате аннигиляции пар частица-античастица, при прохождении заряженных частиц через вещество и в ряде других процессов. По своим свойствам гамма-лучи являются сильно проникающим излучением, часто имеющим ещё более короткую длину волны, чем рентгеновские лучи. Гамма-лучи имеют весьма различные энергии - т десятков электрон-вольт и выше. При радиоактивном распаде и в ядерных реакциях энергия гамма-лучей, как правило, составляет 10 кэВ-–10 МэВ.

Энергетический спектр γ-лучей является дискретным и в различных схемах распада бывает более или менее сложным. Например, радиоактивные нуклиды ²⁰³Hg и ¹³⁷Cs излучают одну γ-линию; ⁶⁰Co и ²⁴Na -две γ-линии (см. рис. 44). Во многих случаях γ-спектры, излучаемые атомными ядрами, содержат большое число монохроматических γ-линий. Знание спектра γ-излучения различных радиоактивных веществ необходимо для многих научных и практических целей.

К основным видам взаимодействия -лучей с веществом относятся  фотоэффект, эффект Комптона и образование  электроннопозитронных пар.

 

Фотоэффект

Фотоэффект означает вырывание связанных электронов из атомов (вообще говоря, любых частиц) под действием электромагнитного излучения. В этом процессе квант, взаимодействуя с

атомом, отдает одному из электронов оболочки почти всю энергию, а атом получает небольшую энергию отдачи. В результате нарушается связь электрона с ядром и электрону передается кинетическая энергия.

Фотоэффект _ понятие  широкое, применимое к электромагнитному  излучению как в области видимого спектра (λ~500 нм), так и в области рентгеновских (λ~0,1÷0,5 нм) и γ-лучей (λ<0,1 нм).

Вероятность фотоэффекта  тем больше, чем ближе энергия  падающего кванта к энергии связи  электрона. Так, при облучении поверхности металла световыми квантами (энергия кванта порядка величины работы выхода металла) происходит вырывание электронов с поверхности - внешний фотоэффект, при облучении полупроводника квантами с энергией, превосходящей ширину запрещенной зоны данного полупроводника, электроны из валентной зоны переходят в свободную (внутренний фотоэффект) и возникает фотопроводимость.

При прохождении -лучей  через вещество фотоэлектрическое  поглощение осуществляется при взаимодействии γ-кванта с электроном одной из оболочек атома. При этом электрон выбрасывается за пределы атома с кинетической энергией

где hν -энергия -кванта; E_i _ потенциал ионизации i-й оболочки атома. Освободившееся на электронной оболочке место заполняется одним из электронов с вышерасположенных оболочек. Этот процесс сопровождается испусканием характеристического рентгеновского излучения.

 

Очевидно, что для вырывания  электрона с одной из оболочек атома энергия γ-кванта должна быть не меньше потенциала ионизации этой оболочки.

Фотоэффект невозможен на свободных (несвязан-

ных) электронах, так как для выполнения закона со-

хранения импульса, кроме фотона и электрона, необходимо присутствие третьего тела _ ядра. Ввиду того что масса ядра значительно превышает массу электрона¹, большая часть импульса γ-кванта передается ядру. Вероятность передачи импульса электрону зависит от энергии связи электрона с ядром и энер гии γ-кванта. Именно этими обстоятельствами обусловлены основные характеристики фотоэффекта γ-лучей, а именно:

1) Зависимость сечения  (величины, пропорциональной вероятности  данного процесса) от энергии (рис. 45_47).

2) Соотношение вероятностей фотоэффекта на разных

электронных оболочках (при энергиях γ-квантов,    превышающих энергию связи KL-оболочек, вероятность фотоэффекта во внешних оболочках относительно мала).

3) Зависимость сечения  от заряда ядра вещества поглотителя.

4) Угловое распределение фотоэлектронов. Формулы для сечения фотоэффекта были получены методами квантовой электродинамики. Показано, что существует следующая зависимость сечения фотоэффекта (σ_ф) от энергии γ-лучей hν и заряда ядра Z

вещества поглотителя:

 

 

 

 

 

¹Масса покоя электрона в энергетических единицах составляет m₀=511 кэВ/c²

 

 

 

 

Формулы для сечения  фотоэффекта были получены методами квантовой электродинамики. Показано, что существует следующая зависимость  сечения фотоэффекта (σ_ф) от энергии γ-лучей hν и заряда ядра Z вещества поглотителя:

Вероятность фотоэффекта  на L-, M- и других оболочках значительно  меньше, чем на K-оболочке:

            

Вероятность фотоэффекта  сильно зависит от заряда ядра (~Z⁵), так как с увеличением заряда ядра резко возрастает величина энергии связи орбитальных электронов с ядром (кулоновские силы).

Пространственное распределение  электронов, освобождающихся при  фотоэффекте, подчиняется закону cos² φ (φ- угол между направлением вылета электрона и электрическим вектором Е падающей волны) для энергии hν < m₀c² (рис. 48, а).

Распределение фотоэлектронов в этом случае симметрично относительно электрического вектора Е. При hν ≥ m₀c² угловое распределение фотоэлектронов становится «вытянутым вперед» вследствие релятивистских эффектов (см. рис. 48, б).

 

Рассеяние γ-лучей

При прохождении γ-лучей через вещество, наряду с поглощением, происходит их рассеяние, т. е. отклонение от первоначального направления. Рассеяние бывает с изменением и без изменения длины волны. Рассеяние без изменения длины волны падающего излучения называется классическим или томсоновским. Падающее излучение приводит в резонансные колебания связанные электроны атома и они становятся излучателями квантов такой же частоты. Рассеяние с изменением длины волны (комптон-эффект) возникает тогда, когда энергия падающего кванта больше энергии связи электрона в атоме. Впервые это явление наблюдал Комптон при исследовании рассеяния рентгеновских лучей. Он предложил трактовать этот эффект как упругое рассеяние частиц-фотонов на свободных электронах. В каждом отдельном акте взаимодействуют один фотон и один электрон (электроны в этом случае можно считать свободными, так как энергия падающих квантов превосходит энергию связи электронов в атомах). Из законов сохранения энергии и импульса можно получить следующее соотношение, связывающее энергию hν′ рассеянного γ-кванта с углом рассеяния φ (см. рис. 49):                                                                                 

Полное эффективное  сечение, определяющее число γ-квантов, выбывших из первичного пучка и рассчитанное на электрон, дается формулой Клейна–Нишины–Тамма:

 

где σ_T = (8π/3)r²₀ = 6,65 · 10⁻²⁵ см² -сечение томсоновского рассеяния (r₀ = e²/m₀c² -классический радиус электрона). Рассмотрим предельные случаи:

1) для малых энергий σ_K линейно убывает с ростом энергии γ-лучей:

            

2) при очень больших  энергиях σ_K убывает с увеличением энергии падающего излучения обратно пропорционально hν:

            

Линейный коэффициент  ослабления за счет комптоновского рассеяния выражается формулой

                                         

где n -число атомов в 1 см; Z -заряд ядра, т. е. число электронов на атом. Это выражение можно записать также в виде

                                 

где NA = 6,02·1023 моль⁻¹ -постоянная Авогадро; ρ - плотность вещества поглотителя; A -атомная масса. Ввиду того что Z/A мало изменяется при переходе от вещества к веществу (от 0,5 до 0,4 в пределах периодической таблицы), то линейный коэффициент ослабления за счет комптоновского рассеяния при определённой энергии γ-лучей зависит практически только от плотности вещества ρ. На рис. 45_47 представлена зависимость линейного коэффициента σ от энергии первичных γ-квантов для фильтров из свинца и алюминия. Если поглотитель сделан из вещества, характеризуемого малым Z, то фотоэффектом можно пренебречь. Ослабление пучка γ-лучей определяется главным образом комптон-эффектом (при средних hν). В этом случае, ввиду того, что σ пропорционально плотности ρ, а отношение Z/A приблизительно постоянно, можно ввести массовый коэффициент ослабления, являющийся универсальной величиной:

 

                                  

Одно и то же значение _M пригодно для любого поглотителя. Величина _M является функцией только энергии γ-кванта. Указанный на рис. 45_47 ход кривых, изображающих зависимость _ от hν, относится к случаю бесконечно узкого пучка и точечного детектора. Однако на опыте потребляются пучки с конечным углом раствора и детектор не является точечным. Поэтому весьма существенно знание углового распределения рассеянных γ-квантов. Последнее дается дифференциальным сечением рассеяния в теории Клейна–Нишины–Тамма. Относительное число γ-квантов, рассеянных в единичном телесном угле под углом φ, равно

 

При очень малых значениях α(hν≤ m₀c²) угловое распределение следует закону (1 + cos² ≤φ), характерному для классической электромагнитной теории. Это распределение симметрично относительно угла 90◦. Вероятность рассеяния максимальна при углах 0◦ и 180◦. Если α превосходит единицу (hν ≤ m0c2 в релятивистской области), то угловое распределение становится все более и более резко направленным вперед. Кривые рис. 50 иллюстрируют характер углового распределения рассеянного γ-излучения для различных значений hν. При hν~2,5 МэВ почти все рассеянные кванты отклоняются менее чем на 30◦. При _ ≫ 1 практически все рассеянное излучение можно считать сосредоточенным в узком конусе с углом раствора

                        

Поэтому при выборе геометрии  опыта необходимо позаботиться о  том, чтобы детектор захватывал возможно меньшую долю рассеянного в фильтрах излучения. Другими словами, угол, под которым виден детектор из фильтров, должен быть настолько малым, чтобы регистрировался лишь пренебрежимо малый процент рассеянных квантов. Захват детектором рассеянного излучения приведет, очевидно, к тому, что кривая σ= σ(hν), полученная при помощи реальной установки, пойдет выше теоретической, причем отклонение будет увеличиваться по мере возрастания hν. Соответственно неправильно будет определена энергия кванта по измеренному коэффициенту ослабления (значение hν будет завышено). Во избежание подобных ошибок желательно проградуировать установку по известным γ-линиям. Погрешности, связанные с нарушением идеальной геометрии, могут быть также оценены расчетным путем.

В заключение, о комптоновском  рассеянии следует указать на то, что с этим явлением связано  не только рассеяние γ-квантов, но также и их поглощение. Если источник γ-лучей со всех сторон окружить достаточно большими блоками из легкого вещества (например, алюминия), то за пределы блоков -излучение уже не выйдет. Это будет не так, если наблюдается только явление рассеяния. Выше уже указывалось, что при комптон-эффекте часть энергии γ-кванта передается электрону. Поэтому, в результате многократного рассеяния в блоке, γ-квант постепенно потеряет свою энергию, и, в конце концов, поглотится. На явлении поглощения γ-лучей при комптон-эффекте основано устройство защиты из бетона, кирпича, железа и т. д.