Измерения радиоактивности и ионизирующих излучений

Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агенство железнодорожного транспорта 

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Омский  государственный университет путей  сообщения (ОмГУПС) 
 

Кафедра «Теоретическая электротехника» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Измерения радиоактивности  и ионизирующих излучений 
 

Тематический  реферат

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Студентка гр. 59П

Лебедева Л.Ю. 

Проверил:

Старший преподаватель кафедры ТЭ

Мешкова О.Б. 
 
 

Омск 2011

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Радиоактивность и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали во Вселенной постоянно. Радиоактивные материалы практически повсеместно встречаются на Земле, и даже в живой ткани присутствуют в небольших количествах радиоактивные вещества.

     Самое неприятное свойство радиоактивного (ионизирующего) излучения - его воздействие на ткани живого организма, поэтому необходимы соответствующие измерительные приборы, которые предоставляли бы оперативную информацию для принятия полезных решений до того, когда пройдет определенное время и проявятся нежелательные или даже губительные последствия.

     Опасность поражения людей радиоактивными, отравляющими и сильнодействующими ядовитыми веществами требует быстрого выявления и оценки радиационной и химической обстановки в условиях заражения.

     Действие  ионизирующих излучений на людей  и животных заключается в разрушении живых клеток организма, которое  может привести к заболеванию  лучевой болезнью различной степени, а в некоторых случаях и  к летальному исходу. Чтобы оценить  влияние ионизирующих излучений на человека (животного), надо учитывать две основные характеристики: ионизирующую и проникающую способности.

     Поражение людей может быть вызвано при  непосредственном попадании отравляющих  и сильнодействующих ядовитых веществ  на них, в результате соприкосновения людей с зараженной почвой и предметами, употребления зараженных продуктов и воды, а также при вдыхании зараженного воздуха.

     Поэтому в целях своевременного оповещения населения о возможном радиационном и химическом заражении службы радиационной и химической разведки гражданской обороны располагают соответствующими приборами, которыми можно контролировать состояние окружающей среды.  

     Ионизирующее  излучение

     Ионизирующее  излучение – это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков.

     При ядерном взрыве, авариях на АЭС  и других ядерных превращениях появляются и действуют не видимые и не ощущаемые человеком излучения. По своей природе ядерное излучение  может быть электромагнитным, как например, гамма-излучение, или представлять поток быстро движущихся элементарных частиц – нейтронов, протонов, бета и альфа-частиц. Любые ядерные излучения, взаимодействуя с различными материалами, ионизируют их атомы и молекулы. Ионизация среды тем сильнее, чем больше мощность дозы проникающей радиации или радиоактивность излучения и длительное их воздействие.

     Альфа-излучение  представляет собой поток ядер гелия  с двумя положительными зарядами. Ионизирующая способность альфа-излучений  в воздухе характеризуется образованием в среднем 30 тыс. пар ионов на 1 см. пробега. Это очень много. В этом главная опасность данного излучения. Проникающая способность, наоборот, очень не велика. В воздухе альфа-частицы пробегают всего 10 см. Их задерживает обычный лист бумаги.

     Бета-излучение  представляет собой поток электронов или позитронов со скоростью, близкой  к скорости света. Ионизирующая способность  невелика и составляет в воздухе 40 – 150 пар ионов на 1 см. пробега. Проникающая способность намного  выше, чем у альфа-излучения, и достигает в воздухе 20 см.

     Гамма-излучение  представляет собой электромагнитное излучение, которое распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность  в воздухе – всего несколько  пар ионов на 1 см. пути. А вот  проникающая способность очень велика – в 50 – 100 раз больше, чем у бета-излучения и составляет в воздухе сотни метров.

     Нейтронное  излучение – это поток нейтральных  частиц, летящих со скоростью 20 - 40 тыс. км/с. Ионизирующая способность составляет несколько тысяч пар ионов  на 1 см. пути. Проникающая способность чрезвычайно велика и достигает в воздухе нескольких километров.

     Рассматривая  ионизирующую и проникающую способность, можно сделать вывод. Альфа-излучение  обладает высокой ионизирующей и  слабой проникающей способностью. Обыкновенная одежда полностью защищает человека. Самым опасным является попадание альфа-частиц во внутрь организма с воздухом, водой и пищей. Бета-излучение имеет меньшую ионизационную способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Одежда уже не может полностью защитить, нужно использовать любое укрытие. Это будет намного надежней. Гамма- и нейтронное излучение обладают очень высокой проникающей способностью, защиту от них могут обеспечить только убежища, противорадиационные укрытия, надежные подвалы и погреба. 

     Методы  обнаружения и  измерения

     В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных  атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют ионизационный, химический и сцинтилляционный методы.

     Ионизационный метод. Сущность его заключается  в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен.

     Такие устройства называют детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических  приборах используются ионизационные  камеры и газоразрядные счетчики различных типов.

     Ионизационный метод положен в основу работы таких дозиметрических приборов, как ДП-5А (Б, В), ДП-22В и ИД-1.

     Химический  метод. Его сущность состоит в  том, что молекулы некоторых веществ  в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя  новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра гамма- и нейтронного излучения ДП-70 МП.

     Сцинтилляционный  метод. Этот метод основывается на том, что некоторые вещества (сернистый  цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция) светятся при воздействии на них ионизирующих излучений. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под воздействием излучений: при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором – так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку. В основу работы индивидуального измерителя дозы ИД-11 положен сцинтилляционный метод обнаружения ионизирующих излучений. 

     Единицы измерений

     По  мере открытий учеными радиоактивности  и ионизирующих излучений стали  появляться и единицы их измерений. Например: рентген, кюри. Но они не были связаны какой-либо системой, а потому и называются внесистемными единицами. Во всем мире сейчас действует единая система измерений – СИ (система интернациональная). У нас она подлежит обязательному применению с 1 января 1982 г.

     Единицы радиоактивности

     В качестве единицы активности принято  одно ядерное превращение в секунду. В целях сокращения используется более простой термин – один распад в секунду (расп./с) В системе СИ эта единица получила название беккерель (Бк). В практике радиационного контроля, в том числе и в Чернобыле, до последнего времени широко использовалась внесистемная единица активности – кюри (Ки). Один кюри – это 3,7 * 1010 ядерных превращений в секунду.

     Концентрация  радиоактивного вещества обычно характеризуются концентрацией его активности. Она выражается в единицах активности на единицу массы: Ки/т, мКи/г, кБк/кг и т.п.(удельная активность). На единицу объема: Ки/м3 , мКи/л, Бк/ см3. и т.п. (объемная концентрация) или на единицу площади:   Ки/км3, мКи/с м2. , ПБк/ м2. и т.п.

      

     Единицы ионизирующих излучений

     Для измерения величин, характеризующих  ионизирующее излучение, исторически первой появилась единица «рентген». Эта мера экспозиционной дозы рентгеновского или гамма-излучений. Позже для измерения поглощенной дозы излучений добавили «рад».

     Доза  излучения (поглощенная доза) – энергия  радиоактивного излучения, поглощенная в единице облучаемого вещества или человеком. С увеличением времени облучения доза растет. При одинаковых условиях облучения она зависит от состава вещества. Поглощенная доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни различной степени тяжести. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена специальная единица – грей (Гр). 1 грей – это такая единица поглощенной дозы, при которой 1 кг. облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг.

     Поглощенная доза излучения является физической величиной, определяющей степень радиационного  воздействия.

     Мощность  дозы (мощность поглощенной дозы) –  приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью  накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе Си – грей в секунду. Эта такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с. в веществе создается доза излучения в 1 Гр.

     На  практике для оценки поглощенной  дозы излучения до сих пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы – рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с).

     Эквивалентная доза. Это понятие введено для  количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных  видов излучений. Определяется она по формуле Дэкв=Q*Д, где Д – поглощенная доза данного вида излучения, Q – коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета-излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа-излучений с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. При Q = 1 получаем