Физические величины, характеризующие поля ионизирующих излучений
Севастопольский Национальный Университет ядерной энергии и промышленности
Контрольная работа №1
по учебной дисциплине
Дозиметрия и радиационная безопасность на атомных электрических станциях
на тему:
Физические величины, характеризующие поля ионизирующих излучений
Выполнил:
Студент 4-го курса
заочного обучения
Васильчук В.В.
Севастополь 2006
Введение
Прикладная ядерная физика, ядерные технологии и промышленное использование источников ионизирующих излучений находят все более широкое применение в различных областях науки и техники. Дозиметрия ионизирующих излучений является самостоятельным разделом прикладной ядерной физики. Методы дозиметрии и зашиты от ионизирующих излучений применяются везде, где производятся работы с радиоактивными источниками, в атомной энергетике при проектировании, эксплуатации и снятии с эксплуатации ядерных энергетических установок.
Физические величины, характеризующие поля ионизирующих излучений
Впервые Международная система единиц была принята Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. В СИ большое внимание уделено и совокупности дозиметрических и радиационных величин, применяемых в области ионизирующих излучений. В качестве меры скорости спонтанного перехода из определенного энергетического состояния нуклида (т.е. активности радионуклида) была введена единица — "беккерель" (Бк) или, что то же самое, "обратная секунда" (с-1). Для измерения поглощенной дозы была введена единица " джоуль на килограмм" (Дж/кг), получившая название "грей". Для обозначения единицы эквивалентной и эффективной эквивалентной доз было введено специальное наименование "зиверт".
Имеется ограниченная группа внесистемных единиц, которые не всегда можно заменить единицами СИ. Поэтому они допущены к применению без ограничения срока наряду с единицами СИ. Это, например, единицы: литр (л) для объема и вместимости; градус (...°), минута (...'), секунда (...'') для плоского угла; минута (мин), час (ч), сутки (сут.) и др., получившие широкое распространение единицы для времени. Особо можно отметить разрешение на применение без ограничения срока внесистемную единицу энергии электрон-вольт (эВ) и ее десятичные кратные единицы. Электрон-вольт удобно использовать применительно к энергии отдельных ионизирующих частиц. Для суммарной энергии ионизирующих частиц (макропроцессы) рекомендуется единица СИ джоуль и ее десятичные и дольные единицы.
До принятия системы СИ имело место приблизительное числовое равенство между величинами экспозиционной дозы в воздухе и поглощенной дозы в ткани, т.к. 1 P был равен примерно 1 рад. В СИ такого приблизительного числового соответствия нет (1 P = 2,58·10-1 (Кл/кг)). Поэтому для характеристики поля излучения в отсутствии объекта излучения стало целесообразнее использовать такие величины как, воздушная керма или плотность потока частиц и т.д.. Аналогичные трудности наблюдались и при практическом использовании в СИ таких величин, как гамма-постоянная радионуклида и гамма-эквивалент источника, так или иначе связанных с экспозиционной дозой. Поэтому принято решение отказаться от использования экспозиционной дозы как дозиметрической величины, а величины гамма-постоянная радионуклида и гамма-эквивалент источника заменить величинами керма- постоянная радионуклида и керма-эквивалент источника соответственно.
Однако, необходимо помнить, что во всем мире к настоящему времени опубликован уникальный по своей научной ценности суммарный материал о биологическом действии ионизирующих излучений и уровнях радиационного воздействия на человека от естественного радиационного фона или от результатов деятельности человека, и что в большинстве этих работ уровень радиационного воздействия выражен в единицах рентген, рентген в секунду и т.д.. Поэтому, еще в течение длительного времени, будет возникать необходимость сравнения значений новых и ранее полученных результатов.
На территории СССР в 1981 г. утвержден ГОСТ8.417-81 "Единицы физических величин", который подтверждает введение Международной системы единиц физических величин в действие как обязательной.
Введением этого ГОСТа в переходной период с 1 января 1982 г. по 1 января 1990 г. осуществлено изъятие из обращения всех основных широко ранее использовавшихся внесистемных единиц активности и дозовых характеристик поля излучения. Среди них: единицы кюри для активности радионуклида в источнике, рентген — для экспозиционной дозы фотонного излучения, миллиграмм-эквивалент радия — для нестандартной величины гамма-эквивалента источника, рад — для поглощенной дозы и кермы, бэр — для эквивалентной дозы и производные от них единицы. На территории Украины, с принятием нормативного документа "Нормы радиационной безопасности Украины. НРБУ-97", С 1997 года обратно вводится в обращение подавляющее большинство из названных выше внесистемных единиц (Кюри, Рентген, рад, бэр и т. д. Единицы Кюри — для активности радионуклида в источнике; Рентген — для экспозиционной дозы фотонного излучения; рад — поглощенной дозы; бэр — для эквивалентной дозы; производные от них единицы). Учитывая это и то, что еще многие годы в опубликованных ранее монографиях, статьях, отчетах специалисты будут встречаться с названными выше внесистемными единицами, они рассматриваются в "Пособии" вместе с единицами СИ. Таблица 1. позволит легко осуществить переход от внесистемных единиц к единицам СИ.
При работе с радиоактивными веществами наиболее существенным является не масса радионуклида, а его активность.
Активность радионуклида в источнике А — отношение числа спонтанных (самопроизвольных) ядерных превращений dN, происходящих в источнике за интервал времени dt, к этому интервалу:
А = dN/dt. (1)
Таблица 1. Соотношение между единицами СИ и внесистемными единицами в области радиационной безопасности
|
Величина и ее обозначение |
Названия и обозначения единиц |
Связь с единицей СИ |
|
|
Единица СИ |
Внесистемная единица |
||
|
Активность |
Беккерель (Бк) |
Кюри(Ки) |
1 Ки = 3,7000 · 1010 Бк |
|
Плотность потока |
Ватт на квадратный метр (Вт/м2),равный одному джоулю на квадратный метр в секунду [Дж/(м2·с)! |
Эрг на квадратный сантиметр в секунду [эрг/(см2·с)] или мегаэлектронвольт на квадратный сантиметр в секунду (МэВ/см2·с]*, |
1 эрг/(см2·с)= 1·10-3Дж/(м2·с)= 1·10-3 Вт/м2; 1МэВ/(см2·с)= 1,602·10-9 Дж/(м2·с)= 1,602· 10-9 Вт/м2 |
|
Поглощенная доза D, керма К |
Грей (Гp) |
Рад (рад) |
1 рад = 0,01 Гр |
|
Мощность поглощенной дозы D |
Грей в секунду (Гр/с) |
Рад в секунду (рад/с) |
1 рад/с=0,01 Гр/с |
|
Эквивалентная доза H |
Зиверт (Зв) |
Бэр (бэр) |
1 бэр=0,01 Зв |
|
Мощность эквивалентной дозы H |
Зиверт в секунду (Зв/с) |
Бэр в секунду (бэр/с) |
1 бэр/с = 0,01 Зв/с |
|
Экспозиционная доза DЄКСП |
Кулон на килограмм (Кл/кг) |
Рентген (P) |
1 Р = 2,58·10-4 Кл/кг |
|
Мощность экспозиционной дозы PЄКСП |
Ампер на килограмм (А/кг) |
Рентген в секунду (Р/с) |
1 Р/с=2,58·10-4 А/кг |
|
Концентрация (объемная активность) радионуклида в атмосферном воздухе или воде А/V |
Беккерель на кубический метр (Бк/м3) Беккерель на литр (Бк/л) |
Кюри на мер кубический (Ки/м3) Кюри на литр (Ки/л) |
1 Ки/кг = 3,700 · l013 Бк/м3 1 Ки/л=3,700 · l010 Бк/л |
|
Энергия ионизирующей частицы E, |
Джоуль (Дж) |
Электрон-вольт (эВ)* Мегаэлекгронвольт (МэВ)* |
1эВ=1,602·10-19 Дж МэВ=1,602·10-10-13 Дж |
|
* Допущена к применению без ограничения срока. |
|||
В системе СИ единица измерения активности имеет специальное название беккерель (Бк) и имеет размерность обратной секунды (с-1). Беккерель равен активности радионуклида в источнике, в котором за время 1 с происходит одно спонтанное ядерное превращение.
Внесистемной единицей активности является кюри (Ки). Кюри — активность радионуклида в источнике, при которой в 1 с происходит 3,7·1010 спонтанных ядерных превращений. Такое число ядерных превращений происходит в 1 секунду в 1 г 226Ra. Связь между внесистемной единицей активности кюри и беккерелем следующая:
1 Ки = 3,7·1010 Бк; 1 Бк = 2,7·10-11 Ки. (2)
Приведем практичное выражение соотношения, связывающего массу (т) радионуклида в граммах (г) (без учета массы неактивного носителя) с его активностью в беккерелях:
m=3,3·10-3·Μ·Τ1/2·A, (3)
где, M—массовое число радионуклида; Т1/2 — период полураспада радионуклида в секундах.
Единицами поверхностной и линейной активности являются в СИ соответственно Бк/м2 и Бк/м.
Характеристики поля излучения
Энергетическое и пространственно-временное распределения ионизирующего излучения в среде изменяется в процессе его взаимодействия с веществом. Для установления закономерностей этих изменений необходимо знать, сколько частиц или фотонов, с какой энергией и в каком направлении проходят в каждой точке пространства, т.е. необходимо иметь представление о поле излучения.
