Цель работы:
Изучение методики измерения уровня гамма-излучения при помощи дозиметра-радиометра МКС - АТ6130
Задачи:
Ознакомление с методикой измерения уровня гамма-излучения при помощи дозиметра-радиометра МКС - АТ6130.
Проведение измерений дозы гамма-излучения.
Ознакомление с теоретическими материалами в области обеспечения радиационной безопасности.
Порядок выполнения работы:
1.Ознакомиться с общими положениями, выписать основные термины и определения, единицы измерения.
2.Изучить порядок выполнения измерений при помощи дозиметра-радиометра МКС - АТ6130.
3.Провести измерения в точках, указанных преподавателем, результаты измерений занести в карточку, точки зафиксировать на схеме.
Карточка регистрации мощности дозы гамма-излучения
| Место измерения (номер точки на схеме) | Дополнительная характеристика (места измерения) | Мощность дозы,Н мкЗв/ч | Соответствие нормативным значениям |
4.Сделать выводы по результатам проведённых измерений.
5.Ответить на контрольные вопросы, выполнить задания.
Контрольные вопросы:
1.Дать определение экспозиционной, поглощенной, эквивалентной дозы.
2.В чём различие между эквивалентной и поглощённой дозой?
3.Почему эффективная и эквивалентная дозы не могут быть измерены инструментальными методами?
4.Какой вид излучения имеет самый высокий коэффициент биологической эффективности? Чем жесткое рентгеновское излучение отличается от мягкого рентгеновского излучения?
5.Что такое биологический парадокс? От чего он зависит?
6.В чём разница, и что общее между рентгеновским и гамма-излучением?
7.Проанализируйте таблицу 3.
Объясните:
7.1 Почему в России доза, получаемая от космического излучения, меньше, чем среднемировые данные?
7.2.От какого природного источника ионизирующего излучения человек получает самые высокие дозы облучения?
8.При ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС необходимо было очистить крышу 4 энергоблока от кусков радиоактивного графита. В связи с чрезвычайной ситуацией на крышу были направлены солдаты срочной службы, вооруженные лопатами. Уровень радиации на крыше энергоблока составлял 7.000 бэр/час. Командование имело установку не допустить среди личного состава развитие острой лучевой болезни даже в лёгкой форме.
Ответить на вопросы:
8.1. Сколько времени было разрешено работать солдату до того, как у него могла возникнуть легкая форма ОЛБ?
8.2. В тот период уровень ионизации воздуха измеряли армейскими дозиметрами, которые показывали уровень радиации в микрорентгенах в час (мкР/час). Если уровень радиации на крыше 4 энергоблока 7000 бэр/час, то сколько это микрорентген на дозиметре?
9.Что такое коэффициент радиационного риска?
10. В году в среднем 8800 часов:
10.1.Мощность дозы составляет 7 мкЗв/ч рекомендуется срочно покинуть данное место. Подсчитайте, какую дозу мог бы получить человек за год.
10.2.Во сколько раз был превышен естественный радиационный фон?
10.3. Какие следует ожидать последствия для здоровья при таком уровне облучения?
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны— менее 
м— и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.
На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий.
Гамма-излучение переносит энергии на порядок больше чем рентгеновское, потому, что это излучение не отдельного электрона, а ядра атома. Соответственно, гамма-излучение наносит больше вреда биологическим объектам, чем рентгеновское.
Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма- излучением, что соответствует длинам волн от 
до 
Å (от 
до 
м).
Искусственное рентгеновское излучение возникает при работе рентгеновской трубки. Срывающиеся с катода электроны, ускоряясь в вакууме высоким напряжением, бомбардируют анод (обычно медный, т.к. медь хорошо отводит тепло). При резком торможении в аноде электроны сбрасывают лишнюю энергию в виде рентгеновского излучения.
Естественное рентгеновское излучение.
На Земле электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне образуется в результате ионизации атомов излучением, которое возникает при радиоактивном распаде, при ядерных реакциях, а также под воздействием космического излучения.
Мягкое рентгеновское излучение характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткое рентгеновское излучение обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны). Жёсткое рентгеновское излучение используется преимущественно в промышленных целях, а мягкое - в медицинских.
Рис.1
Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения со средой — это ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с рентгеновским излучением, распространявшимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень ионизации воздуха. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза.
Экспозиционная доза — это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объёме воздуха к массе воздуха в этом объёме.
Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и гамма- лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. В международной системе единиц (СИ) единицей измерения экспозиционной дозы является кулон, деленный на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица — рентген (Р). 1 Кл/кг = 3876 Р.
Поглощённая доза
Мера воздействия ионизирующего излучения на вещество не поддается простому определению из-за сложности и многообразности протекающих при этом процессов. В результате этого возникло понятие поглощённая доза.
Доза поглощенная (D) - величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу.
Она показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения к массе поглощающего вещества.
За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грей (Гр). 1 Гр — это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения в 1 джоуль. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад.
1 Гр = 100 рад.
Биологический парадокс
Различные люди получили одинаковые дозы облучения. Однако последствия облучения для из организмов у всех облученных оказались разными. Парадокс заключается в том, что последствия облучения для организма зависят от четырех факторов:
1.Какими частицами облучался организм. Разные частицы обладают различной степенью ионизации и соответственно приносимый ими вред организму тоже отличается (см. коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества).
2. Какие органы попали под облучение (критические группы органов, обладающие различной чувствительностью к облучению, особенно сильно реагируют на облучение органы, относящиеся к первой группе – красный костный мозг и половые железы).
3.За какой срок была накоплена доза (доза, полученная единовременно в 3 раза опаснее такой же дозы, постепенно накопленной в течение года).
4.Состояние иммунной системы человека.
Биологический парадокс показал, что оценивать вред, причиняемый ионизирующим излучением человеку только по поглощенной дозе неверно, поэтому было введено понятие эквивалентная доза.
Эквивалентная доза (биологическая доза)
Изучение отдельных последствий облучения живых тканей показало, что при одинаковых поглощенных дозах различные виды радиации производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы.
Доза эквивалентная- поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, 
:
,
где 
- поглощенная доза в органе или ткани Т, - взвешивающий коэффициент для излучения R. Для фотонов и электронов , т.е. 
и 
равны 1.
Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий в этом случае специальное наименование зиверт (Зв). Используют дольные единицы: миллизиверт, мЗв, 1 мЗв = 
Зв; микрозиверт, мкЗв, 1 мкЗв = 
Зв.
Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент - коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества.
Табл. 1
| Вид излучения | Коэффициент, Зв/Гр |
| Рентгеновское и γ-излучение | |
| β-излучение (электроны, позитроны) | |
| Нейтроны с энергией меньше 20 кэВ | |
| Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ | |
| Протоны с энергией меньше 10 МэВ | |
| α-излучение с энергией меньше 10 МэВ | |
| Тяжелые ядра отдачи |
Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв).
Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1Гр фотонного излучения.
1 Зв = 1000 мЗв = 1000000 мкЗв.
Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр.
1 Зв = 100 бэр.
Эффективная доза
Эффективная доза (Е) — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учётом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.
Одни органы и ткани человека более чувствительны к действию радиации, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака в лёгких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений.
Поэтому дозы облучения разных органов и тканей следует учитывать с разным коэффициентом, который называется коэффициентом радиационного риска. Умножив значение эквивалентной дозы на соответствующий коэффициент радиационного риска и просуммировав по всем тканям и органам, получим эффективную дозу, отражающую суммарный эффект для организма.
Взвешенные коэффициенты устанавливают эмпирически и рассчитывают таким образом, чтобы их сумма для всего организма составляла единицу.
Единицы измерения эффективной дозы совпадают с единицами измерения эквивалентной дозы. Она также измеряется в зивертах или бэрах.
Эффективная и эквивалентная дозы — это нормируемые величины, то есть, величины, являющиеся мерой ущерба (вреда) от воздействия ионизирующего излучения на человека. Они не могут быть непосредственно измерены. Поэтому в практику введены операционные дозиметрические величины, однозначно определяемые через физические характеристики поля излучения в точке, максимально возможно приближенные к нормируемым. Основной операционной величиной является амбиентный эквивалент дозы.
Единица амбиентного эквивалента дозы — зиверт (Зв).
Мощность дозы
Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т. п.), делённую на единицу времени.
Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, мЗв/год и др.). Мощность дозы - доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час). Единица измерения мощности эквивалентной дозы является Зв/с, а дольная единица - микрозиверт в час (мкЗв/ч).
Табл.2
Сводная таблица единиц измерения
| Физическая величина | Внесистемная единица | Единица СИ | Переход от внесистемной единицы к единице СИ |
| Активность нуклида в радиоактивном источнике | Кюри (Ки) | Беккерель (Бк) | 1 Ки=3,7*  Бк
|
| Экспозиционная доза | Рентген (Р) | Кулон/килограмм (Кл/кг) | 1Р=2,58*  Кл/кг
|
| Поглощенная доза | Рад (рад) | Грей (Дж/кг) | 1рад=0,01 Гр |
| Эквивалентная доза | Бэр (бэр) | Зиверт (Зв) | 1бэр=0,01 Зв |
| Мощность экспозиционной дозы | Рентген/секунда (Р/с) | Кулон/килограмм в секунду (Кл/кг*с) | 1Р/с=2,58* Кл/кг*с
|
| Мощность поглощенной дозы | Рад/секунда (Рад/с) | Грей/секунда (Гр/с) | 1рад/с=0,01 Гр/с |
| Мощность эквивалентной дозы | Бэр/секунда (бэр/с) | Зиверт/секунда (Зв/с) | 1бэр/с=0,01 Зв/с |
| Интегральная доза | Рад-грамм (Рад-г) | Грей-килограмм (Гр-кг) | 1рад-г=  Гр-кг
|
Естественный радиационный фон, сокращенно естественный фон - мощность дозы, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, в воде.
Ионизирующее излучение - излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разных знаков.
Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида (радионуклида) в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.
Фотон, фотонное излучение – квант (частица) гамма- и рентгеновского излучений. Фотонное излучение – собирательное название для гамма- и рентгеновского излучений.
Электронвольт, мегаэлектронвольт (МэВ) – внесистемная единица энергии ионизирующей частицы: 1 эВ = 1,602 
Дж; 1 МэВ = 1,602 
Дж.
Нуклид – вид атомов с данным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером Z.
Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
При использовании дозиметров, шкалы которых размечены в единицах, так называемой, экспозиционной дозы (или мощности дозы), т.е. в рентгенах (Р) или Р/ч, мР/ч, мкР/ч, для интерпретации их показаний в зивертах и соответствующих дольных единицах, следует помнить, что экспозиционной дозе (в воздухе) 1Р соответствует эквивалентная доза (в биологической ткани) 9,6 мЗв, и при показаниях такого дозиметра, например, 15 мкР/ч, с небольшой погрешностью ̴ 4% можно считать, что для биологической ткани это соответствует 0,15 мкЗв/ч.
1 Р = 9,6 мЗв = 0,96 бэр
Табл.3
Эффективные эквивалентные дозы человека от природных (естественных) источников ИИ
| Источники радиации | Среднемировые данные | Россия | ||
| мЗв\год | % | мЗв\год | % | |
| Космические лучи | 0,355 | 14,8 | 0,320 | 10,9 |
| Гамма-излучение Земли | 0,410 | 17,1 | 0,410 | 14,0 |
| Внутреннее облучение | 0,355 | 14,8 | 0,362 | 12,3 |
| Излучение стройматериалов (радон) | 1,280 | 53,3 | 1,850 | 62,8 |
| ИТОГО | 2,400 | 2,942 | ||
Для населения, не имеющего отношения к предприятиям ядерного, цикла годовая доза, получаемая от естественных природных источников ионизирующего излучения, не должна превышать 0,1 бэр/год.
Доза, полученная за относительно короткий срок, превышающая 100 бэр вызывает острую лучевую болезнь (ОЛБ) 1 степени.
Без медицинской помощи абсолютно смертельной считается доза в 500 бэр, полученная за относительно короткий период времени.
1 Зиверт = 1.000 мЗв = 1.000 000 мкЗв = 100 бэр.
Бэр расшифровывается как биологический эквивалент рентгена.
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ДОЗЫГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
Назначение методики
Методика устанавливает порядок выполнения измерений, обработки и оформления результатов измерений в учебно-практических целях.
Средство измерения
Для выполнения измерений используется дозиметра-радиометра МКС - АТ6130 (далее дозиметр). Дозиметр предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы гамма- излучения. Дозиметр позволяет оперативно обнаружить загрязненность радионуклидами или найти источник ионизирующего излучения.
Метод измерений
Измерение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности выполняют методом измерения скорости счета импульсов, возникающих в газоразрядных счетчиках под действием гамма-излучения.
Требования безопасности
При выполнении измерений мощности эквивалентной дозы на местности необходимо соблюдать требования "Норм радиационной безопасности НРБ-99/2009"
Подготовка к выполнению измерений
Изучить до начала работы руководство по эксплуатации дозиметра принцип работы дозиметра и назначение органов управления дозиметром.
Произвести внешний осмотр дозиметра. Установить выключатель питания в положение "выключено", открыть крышку отсека питания и установить элемент “Корунд” (или аналогичный). Закрыть крышку отсека питания.
Экран - заднюю крышку дозиметра не снимать, проверить правильность положения ее фиксатора.
Проверить работоспособность преобразователя напряжения и счетчиков дозиметра, нажав кнопку “ПУСК”.
Примечание. Если при проведении проверок индицируются числа, отличные от указанных выше, или число, меньшее 0.005, то дозиметр неисправен, и его следует отправить в ремонт; если при первичном включении дозиметр издает постоянный звуковой сигнал, то необходимо установить новый элемент питания.
Выполнение измерений
Разместить дозиметр на высоте 1 м от поверхности грунта в выбранной точке измерений экраном вниз, к земле.
Через 25 секунд снять показания на цифровом табло в микрозивертах в час
Снять (записывая) пять показаний в данной точке измерения.
При поиске местонахождения источника ионизирующего излучения следует медленно перемещать дозиметр в направлении повышения показаний, делая 25-секундные паузы. При перемещениях дозиметр следует держать таким образом, чтобы экран был направлен в сторону предполагаемого источника.
Обработка и оформление результатов измерений
Показания дозиметра записывают в карточку регистрации (форма карточки приведена в Приложении).
Вычисляют среднее значение показаний, записывают его в соответствующую графу карточки.
Заполняют свободные графы карточки, указывают, как использованы или будут использоваться полученные результаты.
Измерения при обследовании территорий
До начала обследования выбранного участка территории изготавливают его карту- схему. При невозможности иметь карту-схему вычерчивают кроки разведочного маршрута непосредственно в процессе работы на местности.
Обязательные измерения проводят у входов в общественные здания, жилые дома, образовательные учреждения.
Примечание. Схема и маршрутная карточка измерений являются единым радиоэкологическим документом и при использовании результатов измерений должны представляться вместе.
В случае обнаружения локальных очагов с мощностью дозы, превышающей удвоенный естественный фон, необходимо провести их оконтуривание. Измерения при этом проводят через каждые 10 м до выхода показаний дозиметра на двойной естественный фон.
Во всех случаях обнаружения повышенного уровня гамма-излучения на обследуемых территориях рекомендуется сообщать об этом представителям местной СЭС.
При проведении обследований и оценке по показаниям дозиметра опасности облучения необходимо ПОМНИТЬ, что последствия облучения определяются не мощностью дозы, а суммарной полученной дозой, т.е. мощностью дозы, умноженной на время, в течение которого облучается человек. Например, если мощность дозы составляет 0,11 мкЗв/ч, то облучение в течение года (8800 ч) создаст дозу ~1 мЗв/год - по НРБ-99/2009 предел, который не должен превышаться при техногенном облучении населения.
Некоторые горные породы, например, гранит, мрамор, радиоактивны и поэтому создают повышенный естественный фон. Вплотную к гранитной поверхности мощность дозы может возрасти до 0,15 мкЗв/ч.
Для населения, проживающего вблизи атомных электростанций и предприятий ядерного цикла, установлен предел годовой дозы 5 мЗв/год. Этой величине соответствует постоянная в течение года мощность дозы на открытой местности 0,6 мкЗв/ч. С учетом того, что часть времени человек находится внутри зданий, которые ослабляют излучение в два и более раз, мощность дозы на открытой местности может быть 1,2 мкЗв/ч.
Если мощность дозы превышает 1,2 мкЗв/ч, рекомендуется покинуть данное место или, если есть необходимость находиться на нем, то пребывание следует ограничить шестью месяцами в год; при мощности дозы 2,5 мкЗв/ч, - тремя месяцами в год, а при 7 мкЗв/ч, - одним месяцем.
 |
Дозиметр-радиометр МКС-АТ6130 предназначен для измерения:
мощности амбиентной дозы рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне от 0,1 мкЗв/ч до 10 мЗв/ч (в диапазоне от 0,1 мкЗв/ч до 100 мЗв/ч);
плотности потока бета-частиц, испускаемых с загрязненных радиоактивными веществами поверхностей в диапазоне от 10 до 10.000 част/(мин-см2);
оперативного поиска источников ионизирующих излучений и радиоактивных материалов.
Прибор используется службами радиационной безопасности на предприятиях, имеющих дело с источниками ионизирующего излучения, для контроля уровней облучения персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения.
Время измерения естественного гамма-фона (мкЗв/ч) при статистической погрешности 20% не превышает 300 сек.
При включении приборов автоматически устанавливаются следующие фиксированные значения пороговых уровней:
а) по мощности дозы 30 мкЗв/ч;
б) по дозе 180 мЗв/ч;
в) по плотности потока 100 част/(мин-см2).
5. В ручном режиме можно выставить другие значения пороговых уровней в рамках имеющейся шкалы измерений.
Принцип работы
Принцип действия прибора основан на измерении интенсивности импульсов, генерируемых в газоразрядном счетчике Гейгера-Мюллера под воздействием регистрируемого рентгеновского, гамма - и бета-излучения. Преобразование полученных значений в непосредственно измеряемые физические величины (мощность дозы, доза, плотность потока) осуществляется автоматически.
На передней панели прибора находится ЖКИ, мембранная панель управления и светодиодный индикатор.
На задней стенке корпуса располагается газоразрядный счетчик. Окно детектора защищено откидывающимся фильтром с магнитным фиксатором.
Для защиты детектора имеется полимерная металлизированная плёнка, прикасаться к которой (повреждать) категорически запрещается.
ВКЛЮЧЕНИЕ И ВЫКЛЮЧЕНИЕ ПРИБОРА
Для включения прибора необходимо нажать кнопку ПУСК.
На индикаторе появляется надпись «АТОМТЕХ», через 3-5 секунд прибор переходит в режим индикации измерений.
а) при закрытом крышкой окне детектора (располагается на задней панели) прибор показывает мощность дозы (в мкЗв).
б) при открытом окне детектора прибор показывает плотность потока бета-частиц част/(мин-см2). Выключение прибора осуществляется быстрым троекратным нажатием кнопки ОТКЛ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Радиофобия.
Паническую боязнь любого ионизирующего излучения в любом количестве называют радиофобией. Нужно понимать, что через каждый см2 вашей кожи внутрь человека ежесекундно проходит порядка 10 ионизирующих частиц, а в теле человека происходит примерно 105 распадов в минуту.
Радиофобия в настоящее время распространилась на телевизор, как источник рентгеновского излучения, и на самолет, выносящий человека в верхние слои атмосферы, где более высок уровень космического излучения. Телевизор действительно является источником рентгеновского излучения, но при ежедневном просмотре телевизионных программ по три-четыре часа в день за год будет получена доза в 100—200 раз меньше естественного фона. Полет в современном самолете на расстояние 2000 км обусловливает получение примерно одной сотой долю среднего значения естественного облучения в год. На Земле имеются области, где уровень радиации в сотни раз превосходит средний (до 250 мЗв), однако неблагоприятных влияний на здоровье живущих там людей не отмечено.
Уменьшение дозы излучения при необходимости работы с источником ионизирующего излучения может быть осуществлено тремя путями: увеличением расстояния от источника, уменьшением времени пребывания около источника, установкой экрана, поглощающего излучение.