Формула расчета мощности дозы

Радиация, экспозиционная доза, мощность дозы

Радиация или ионизирующее излучение

Это вид излучения, который для человека не заметен, но постоянно присутствует в окружающей его среде в виде радиационного фона, в воздухе, строительных материалах, продуктах и т.д. или в виде излучения непосредственно от самих источников ионизирующего излучения (радиоактивные изотопы).

В настоящее время для контроля за радиационной обстановкой и воздействия радиации на биологическую среду выпускаются, как бытовые дозиметры, профессиональные дозиметры так и специальное дозиметрическое оборудование для фиксации малых доз радиации.

Гамма- или рентгеновское излучение образует в среде определенное количество ионов. Так как поглощенная энергия расходуется на ионизацию среды, то для измерения ее необходимо подсчитать число пар ионов, образующихся под действием излучения. Однако измерить число пар ионов непосредственно в глубине тканей живого организма сложно. В связи с этим для количественной характеристики рентгеновского и гамма-излучения, действующего на объект, определяют сначала экспозиционную дозу в воздухе, а затем расчетным путем определяют поглощенную дозу для тканей и органов организма.

Экспозиционную дозу определяют по ионизирующему действию излучения в определенной массе воздуха и только при значениях энергии рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне от десятков килоэлектронвольт до трех мегаэлектронвольт.

Экспозиционная доза

Это количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучения, основанная на их ионизирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в элементарном объеме воздуха в условиях электронного равновесия.

Экспозиционная доза рассчитывается только для рентгеновского и гамма-излучения, ибо только кванты этих излучений достаточно долгопробежные и могут создавать равномерное наружное облучение.
Альфа- и бета-излучения короткопробежные, большая их часть поглощается одеждой и кожей, и не представляют большой опасности для внутренних органов.

За единицу экспозиционной дозы в Международной системе единиц (СИ) принят один кулон электрического заряда в одном килограмме облучаемого воздуха.
Кл/кг, это такая экспозиционная доза рентгеновских и гамма-лучей, под действием которой в 1 кг сухого воздуха образуется число пар ионов, суммарный заряд каждого знака которых равен одному кулону. Это число составляет 6,24х1018 пар ионов.

На практике до сих пор применяют внесистемную единицу экспозиционной дозы – рентген.

Рентген (Р), единица экспозиционной дозы, при которой в 1 см 3 воздуха (0,001293г) при нормальных условиях (00 С и 1013 ГПА) образуется 2,082 х 109 пар ионов. Обычно используют производные рентгена – дробные доли: миллирентген – мР (тысячные доли рентгена), микрорентген – мкР (миллионные доли рентгена (мкР = 10-6 Р, мР = 10-3 Р).

При определении действия радиации на какую-либо среду (особенно при облучении живого организма) необходимо учитывать не только общую дозу, но и время, за которое она получена. Поэтому вводится понятие мощность дозы.

Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации)

Это доза, отнесенная к единице времени: Р/ч, мР/ч, мкР/ч.
В Международной системе единиц мощность экспозиционной дозы выражается в Кл/кг х с или А/кг (ампер на кг).

Взаимосвязь между единицами экспозиционной дозы следующая:

• 1 Кл/кг = 3876Р;
• 1 Р = 2,58 х 10 -4 Кл/кг.

Эквивалентная доза

Поглощенная доза облучения, которая учитывает особенности действия любого вида ионизирующего излучения на биологическую ткань (или орган) человека.
Использовать само понятие эквивалентной дозы можно только для целей радиационной безопасности человека и в отношении низких доз облучения.
При более высоких дозах следует применять понятие поглощенной дозы.

Эффективная доза

Величина ионизирующего излучения, используемая, как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом возникновения в них отдаленных неблагоприятных эффектов излучения.

Единицы измерения эквивалентной и эффективной дозы:

• Единица в системе СИ, Дж/кг, зиверт (Зв);
• Внесистемная единица, бэр, рэм

Взаимосвязь между единицами эквивалентной и эффективной дозы следующая:

• 1 Зв = 100 бэр

При радиационном контроле (оценке радиационной опасности обстановки), как правило используются понятия эффективной и эквивалентной дозы.

В оценке воздействия радиации на биологические объекты, как правило используется понятие поглощенной дозы.

Источник

Практическая защита от ионизирующего излучения

Защита от внешнего Гамма-излучения

Для уменьшения воздействия внешнего гамма-излучения во всем мире применяются три главных метода:

• Время;
• Расстояние;
• Экранирование (установка защиты).

Время

Исходя из формулы расчета дозы облучения:

ДОЗА = МОЩНОСТЬ ДОЗЫ * ВРЕМЯ

Один из факторов, влияющих на дозу облучения, — время.

Зависимость простая: Меньше время воздействия ИИ на организм — меньше доза.

Грубый расчет может помочь определить дозу, которую получит работник в течение некоторого отрезка времени, или, как долго он может оставаться на рабочем месте без снижения мощности дозы.

Работник собирается выполнить работу, которая требует приблизительно полтора часа. Мощность дозы на рабочем месте 1,0 мЗв/ч (mSv/h). Определить ожидаемую дозу облучения.

ДОЗА = МОЩНОСТЬ ДОЗЫ * ВРЕМЯ = 1,0 мЗв/ч (mSv/h) * 1,5 ч (h) = 1,5 мЗв (mSv).

Ответ: ожидаемая доза будет равна 1,5 мЗв (mSv).

Если работник работает более быстро и закончит работу за один час, то он уменьшит дозу до 1,0 мЗв (mSv): (1,0 mSv/h * 1,0 h = 1,0 mSv).

Если необходим перерыв в работе (на отдых и др.), то работник должен выйти из зоны воздействия ИИ в место, где уровень излучения настолько низок насколько это возможно.

Расстояние

Исходя из формулы расчета дозы облучения:

ДОЗА = МОЩНОСТЬ ДОЗЫ * ВРЕМЯ

Низкая мощность дозы означает маленькую дозу облучения. Свойством всех источников ИИ является то, что мощность дозы уменьшается с расстоянием.

Источник излучения может иметь различную конфигурацию: точечный, объемный, поверхностный или линейный источник.

Излучение от точечного источника уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Например:

Мощность дозы на расстоянии одного метра от источника составляет — 9 мЗв/ч (mSv/h). Если работник увеличивает расстояние до трех метров, мощность дозы будет уменьшена до 1 мЗв/ч (mSv/h).

Однако, большинство источников излучения — не точечные источники. Очень много линейных источников, имеются также крупные объемные источники типа радиоактивных емкостей и теплообменников.

Для линейных источников и крупных источников, мощность дозы уменьшается пропорционально расстоянию.

На расстоянии одного метра от источника мощность дозы — 9 мЗв/ч (mSv/h). На расстоянии трех метров она составит — 3 мЗв/ч (mSv/h).

С увеличением расстояния от источника ИИ, мощность дозы также уменьшится.

Простая и эффективная мера защиты от ИИ — находиться настолько далеко от источника ионизирующего излучения, насколько возможно.

Защита (экранирование)

Исходя из формулы расчета дозы облучения:

ДОЗА = МОЩНОСТЬ ДОЗЫ * ВРЕМЯ

Как сказано выше, мощность дозы, которой облучается работник, определяет дозу облучения, которую он получает. Чем меньше мощность дозы, тем меньше доза облучения.

Мощность дозы может быть уменьшена посредством установки защиты (экранирования), так как любая материя поглощает лучистую энергию при облучении. Именно поэтому работник подвергается меньшему облучению, если имеется защита между ним и источником излучения.

Обратите внимание на альфа-, бета-, и гамма-излучение, воздействующие на тонкий лист бумаги . Как Вы знаете, пробег альфа-излучения довольно маленький. Оно останавливается тонким слоем кожи, тем более листом бумаги. Бета- и гамма-излучение лист бумаги не остановит.

Плексиглас (см. рисунок 7.8) остановит бета-излучение полностью. Гамма-излучение будет несколько ослаблено, но, в целом, свободно проникает сквозь плексиглас.

Следующий вид защиты — свинцовый защитный экран. Здесь гамма-излучение будет уменьшено, но оно не будет остановлено полностью.

Гамма — излучение, наиболее обычный вид излучения на атомной электростанции, полностью не может быть экранировано, оно может только быть уменьшено. Лучшими материалами экранирования являются бетон и вода.

Оптимальная толщина защитного экрана зависит от энергии излучения и активности источника излучения. Вычисление толщины защиты довольно сложное, но можно воспользоваться «правилом большого пальца».
• 1 сантиметр свинца уменьшит мощность дозы гамма-излучения (кобальт-60) в два раза.
• 5 сантиметров бетона уменьшит мощность дозы гамма-излучения (кобальт-60) в два раза.
• 10 сантиметров воды уменьшит мощность дозы гамма-излучения (кобальт-60) в два раза.

Расстановка и снятие защитных экранов выполняется с разрешения и под руководством службы РБ!

Источник

Расчет защиты от внешнего излучения

Для расчета необходимых мер защиты используются следующие характеристики источников излучений [3].

Полная ионизационная гамма-постоянная (или просто гамма- постоянная) данного изотопа определяется как мощность экспозиционной дозы (Р/ч), которая создается точечным источником γ-излучения с активностью в 1 мКи на расстоянии 1 см без начальной фильтрации, Р × см 2 /(ч мКи):

где Р – мощность экспозиционной дозы, Р/ч;

R – расстояние, R = 1 см;

А – активность, мКи.

Гамма-эквивалент источника определяется относительно эталонного (в качестве эталона принят точечный источник радия активностью 1 мКи с фильтром из платины толщиной 0,5 мм, находящийся в равновесии со своими продуктами распада и создающий на расстоянии 1 см мощность экспозиционной дозы, равную 8,4 Р/ч) при одинаковых условиях и выражается в миллиграмм-эквивалентах радия (мг-экв. Ra):

где m ист – гамма-эквивалент исходного источника, мг-экв. Ra;

А – активность радионуклида, мКи;

8,4 – мощность дозы радиевого эталона, Р/(ч·мг-экв. Ra);

R – эталонное расстояние при определении гамма-эквивалента, принимается равным 1 см.

Энергия γ-квантов Wф оценивается с учетом величины флюенса излучения Ф, фотон/см2 . Флюенсом называют поток частиц (фотонов) через единицу площади, создающий определенную эквивалентную дозу, МэВ:

где Д О(А,Б) – допустимая мощность дозы для персонала А (Б), Зв/год;

Д ОА = 0,1 Р/нед.; Д ОБ = 0,01 Р/нед.;

Кк – коэффициент качества излучения (таблица 6);

К – кратность ослабления;

Ф – флюенс, фотон/см 2 (см. варианты в таблице 11).

Допустимое время непосредственной работы персонала с источни- ком t (ч/нед.) рассчитывается по формуле (2.4):

где Д ОА – допустимая мощность дозы для персонала, Д ОА = 0,1 Р/нед.;

r факт – фактическое расстояние между работником и источником, м (см. таблица 11);

m ист – гамма-эквивалент заданного источника, мг-экв. Ra.

Максимальная мощность источника М ист (мг-экв. Rа), с которой может работать персонал полную рабочую неделю:

где t нед – продолжительность рабочей недели, ч/нед.,

Минимально допустимое расстояние r доп (м), на котором должны находиться лица на территории учреждения в пределах санитарно-защитной зоны:

где Д ОБ – допустимая мощность дозы для лиц категории Б, Д ОБ = 0,01 Р/нед.

Толщина экрана из заданного материала hэ определяется через толщину экрана из свинца h CB, для чего производится расчет мощности дозы заданного источника Д ист (Р/нед.) по формуле (2.7):

Затем осуществляют расчет необходимой кратности ослабления излучения по формуле (2.8):

Необходимая толщина свинцового экрана h св выбирается из таблица 4 по величине кратности ослабления излучения К и энергии γ-излучения W. Энергия одного γ-кванта за период 1700 ч работы в год рассчитывается по формуле (2.3).

Если для защиты используют экраны из других материалов, то толщина такого экрана hэ (см) определяется по формуле (2.9):

где р св – плотность свинца, кг/дм3 ;

р э – плотность материала экрана, кг/дм3 .

Плотности материалов для экранов из свинца приведены в таблице 9.

Таблица 8 — Толщина свинцового экрана в зависимости от кратности ослабления и энергии излучения ослабления для свинца

Источник