19911

Дозиметрические величины и единицы их измерения

Лекция

Физика

Тема 2. Дозиметрические величины и единицы их измерения Вопросы: 1.Основные характеристики ионизирующих излучений 2.Экспозиционная доза. 3.Поглощенная доза. 4.Эквивалентная доза. 5.Эффективная коллективная и полная доза 6.Детектирова...

Русский

2013-07-18

83 KB

61 чел.

PAGE  5

Тема 2. Дозиметрические величины и единицы их

измерения

Вопросы:

1.Основные характеристики ионизирующих излучений

2.Экспозиционная доза.

3.Поглощенная доза.

4.Эквивалентная доза.

5.Эффективная коллективная и полная доза

6.Детектирование ионизирующих излучений (тема 3 рассматрив. на лаб.раб)

2.1.Основные характеристики ионизирующих излучений

Для учета влияния И.И. на биологические объекты (человек, животные растения) необходимо знать основные единицы их измерения.

Радиобиологический эффект – связанная с действием и.и. совокупность физико-механических, физико-химических и биологических нарушений в живых объектах.

2.1.1. Мощность энергии рентгеновского и ядерных излучений

В системе СИ: 1Вт = 1дж/сек – соответствует такой мощности энергии И.И. при которой через данную поверхность за 1с. проходит излучение с энергией 1Дж.

Внесист. Ед. : 1элетрон-вольт (эВ) – соответствует энергии, которую приобретает электрон при движении в электрическом поле между потенциалами с напряжением 1В.

1эВ =1,6∙10-19Дж=1,6∙10-12эрг. Справка: 1Дж=0,2388кал=6,25∙1018эВ. 1кал. ≈4,2Дж (4,188).

1кэВ=1000эВ; 1МэВ=1∙106эВ; 1ГэВ=1∙109эВ.

Исследователи определили, что при распаде ядра урана освобождается энергия ≈200МэВ. (энергия связи  протон-нейтрон 6-10Мэ-в).

Пример: при сгорании 1кг чистого угля можно получить около 8 ккал тепла, а при распаде всех ядер, которые удерживаются в 1кг урана ≥20млрд. ккал, т.е. примерно в 20млрд. раз больше.

Поэтому человечество использует ядерные реакторы для получения электроэнергии на АЭС (это одно из главных достижений человечества в ХХ веке).

Разные виды излучений обладают разной проникающей способностью, поэтому они по разному воздействуют на ткани человека. Организм человека поглощает энергию И.И.

2.1.2.Доза

- количество поглощенного излучения или энергии веществом.

Чем большую энергию радиоактивные излучения передают тканям и органам, тем они наносят больший вред человеку.

Одной из задач радиационной безопасности является определение количественной связи между уровнем воздействия и теми эффектами в окружающей среде, которые обуславливает И.И.

Для определения количественной оценки воздействия И.И. на окружающую среду и живой организм используют следующие характеристики И.И.:

  1.  Экспозиционная доза;
  2.  Поглощенная доза;
  3.  Эквивалентная доза;
  4.  Эффективная доза;
  5.  Коллективная эффективная доза (Коллективная доза);
  6.  Ожидаемая (полная) коллективная эффективная доза (Ожидаемая(полная) доза.

2.2.Экспозиционная доза

или рентгеновское излучение (фотонное) создает в воздухе определенное количество ионов. Для них и вводится понятие экспозиционная доза. (, -поглощаются воздухом и одеждой, поэтому ЭД для  их оценки не используется).

Экспозиционная доза- является количественной характеристикой поля И.И., которая зависит от величины ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении (760мм.рт.ст.=101325кПа).

Т.е. экспозиционная доза (ЭД) – это относительная величина: (количество зарядов всех ионов одного знака (к-во пар ионов), образованных на единицу массы воздуха, заключенной в этой единице объема:

Dэкс=, Кл/кг       (1.1)

Данные пары ионов образуются в результате воздействия или рентгеновского излучения.

ЭД используют для оценки воздействия или рентгеновского излучения на местности, в помещениях (жилых, служебных).

В системе СИ: 1Кл/кг – равен экспозиционной дозе при которой И.И. образует (ионизирует) в объеме сухого атмосферного воздуха массой 1кг ионы с общим зарядом 1Кл.

Внесистемная единица: Рентген (Р) – такая доза И.И. ( или рентгеновского излучения) при которой в 1см3 воздуха (m=0,001293г при н.у. 00С, 1атм) образуется 2,08∙109 (2млрд.) пар ионов.

1Р=2∙109пар ионов/см3; 1мкР=1∙10-6Р; 1мР=1∙10-3Р.

Соотношение между старой и новой единицами экспозиционной дозы:

1Р=2,58∙10-4Кл/кг; 1Кл/кг=3,876∙103Р (≈новая в 4000 раз больше).

2.2.1.Мощность экспозиционной дозы

- это экспозиционная доза в единицу времени

Р=dDэксп/dt       (1.2)

В системе СИ: 1А/кг=1,397∙107Р/ч. 1Р/ч=7,16∙10-8А/кг.

На старых приборах ед. изм.:

Р/ч; Р/мин; Р/с. Приборы никто не переградуирует, однако в н.в. больше применяется поглощенная доза. С 1990г. МКДАР рекомендует постепенно отказаться от практического использования внесистемных единиц ЭД.

2.3.Поглощенная доза

Экспозиционная доза характеризует поле радиации в каком-то объеме (т.е. количество ионов в единице объема). Влияние на организм оказывает только та часть радиоактивного излучения, которая поглощается организмом (объектом). Иначе: Воздействие излучений на живой организм характеризуется поглощенной дозой.

Изменения в организме, которые происходят под воздействием излучений (,, или рентгеновского излучения) зависят от величины поглощенной энергии излучения.

Поглощенная доза – это количество средней энергии любого вида излучений, поглощенное единицей массы вещества (названа в честь английского радиобиолога П.Грэя.

1Гр – это такая поглощенная доза излучения, при которой 1кг массы облучаемого вещества передается энергия ионизирующего излучения в 1Дж.

, Дж/кг       (1.3)

Единицы измерения

В системе СИ: 1Гр=1Дж/кг. 1сГр=1∙10-2Гр (сантигрэй); 1мГр=1∙10-3Гр; 1мкГр=1∙10-6Гр.

Внесистемная ед.: 1рад=100эрг/г = 10-5Дж/10-3кг=10-2Дж/кг.

1Гр=100рад; 1рад=0,01Гр=10-2Дж/кг.

Примерный перевод из экспозиционной дозы в поглощенную в СИ:

Поглощенная доза излучения в веществе с известным химическим составом может быть рассчитана по его экспозиционной дозе: ПД=ЭД∙кд.

Для вещества (или воздуха): кд=34,1Гр/Кл/кг (0,88рад/Р);

Для биологического вещества: кд=37,2Гр/Кл/кг (0,96рад/Р).

 Таким образом в среднем: для мягких тканей живых организмов, облучаемых рентгеновским или -излучением  внесистемный 1Р≈0,93рад.

Но: величина поглощенной дозы  (в Гр) не учитывает, что при одинаковой поглощенной дозе -излучение гораздо опаснее -излучения или -излучения.

2.4.Эквивалентная доза

При одной и той же поглощенной дозе разные виды излучений оказывают неодинаковые влияния на биологические объекты. Таким образом, радиобиологический эффект зависит не только от поглощенной дозы, но и от удельной ионизации (от количества пар ионов, образующихся на одинаковом промежутке длины пробега) либо от линейной передачи энергии (ЛПЭ).

Поэтому, при одной и той же поглощенной дозе влияние излучений тем больше, чем сильнее (выше) созданная этим излучением ионизация среды (вещества). Таким образом биологический эффект зависит не только от полученной дозы но и от вида И.И.

Поэтому для сравнения разных видов излучений введена величина ОБЭотносительная биологическая эффективность, которая указывает во сколько раз биологический эффект при воздействии этого вида излучений мощнее чем действие стандартного излучения на живой объект (живая клетка, весь организм).

ОБЭ=Do/Dx, где Do – образцовое излучение, вызывающее радиобиологический эффект.

В качестве стандартного излучения принято рентгеновское излучение с энергией Е=188-200кэВ.

Регламентированные значения ОБЭ установленные для контроля степени радиационной безопасности при хроническом облучении называют коэффициентом качества излучения –Кизл.

т.е. Кизл -это коэффициент, который показывает во сколько раз данный вид излучений более биологически опасен, чем рентгеновское или -излучение при одинаковой поглощенной дозе.

Рентгеновское и -излучение примерно одинаково влияют на живой организм Кр.и.,=1.

Для -излучения К=20, это означает, что -излучение, которое попадает внутрь организма в 20 раз более опасно при одинаковой поглощенной дозе по сравнению с и р.и.

Чтобы избежать ошибок в степени радиационной опасности облучения различных И.И. Требуется умножить ПД на Кизл , а полученную таким образом дозу называют эквивалентной.

DэквэквД=ПД∙Кизл.   (1.4)

Таблица 1.1

Вид излучения

К

1

Р.и., , электроны, позитроны

1

2

Протоны с энергией ≤10мэВ

10

3

нейтроны с энергией ≤20кэВ

3

4

нейтроны с энергией 0,1…10мэВ

10

5

-изл.  с энергией ≤10МэВ

20

Тяжелые ядра отдачи

20

Единица измерения эквивалентной дозы  Зиверт (Зв) – в честь шведского физика Р.Зиверта.

Зиверт (Зв) – это единица поглощенной дозы, умноженной на коэффициент качества излучения (К). При помощи ЭэквД учитывают неодинаковую радиационную опасность для живого организма разных видов и.и.

Единицы измерения

В системе СИ: для Р.и., 1Зв=1Гр∙К=1Дж/кг∙К. 1мЗв=1∙10Зв; 1мкЗв=1∙10-6Зв.

Внесистемная ед.: 1бэр –биологический эквивалент рада- это единица эквивалентной дозы любого вида И.И. в биологических тканях, которая создает такой же биологичекий эффект как и поглощенная доза в 1рад. Р.И.или -излучения с энергией -квантов 200кэВ.

1бэр=1∙10-2Зв, т.к. 1рад=0,01Гр=10-2Дж/кг. 1Зв=1∙102бэр.

Эквивалентная доза излучения (ЭквД) – является основной величиной, которая определяет уровень радиационной опасности при хроническом облучении человека в малых дозах до 0,25Зв (25бэр). При кратковременном воздействии в этой области малых доз (до 25бэр) ЭквД зависит только от ПД и К.

Для ПД и ЭквД также как и для экспозиционной дозы вводится понятие мощности дозы – т.е. изменение дозы (приращение) в единицу времени.

 

Но: различные части тела человека по разному реагируют на радиоактивное облучение, поэтому для более точной характеристики И.И. на живой организм вводятся понятия – эффективной, коллективной и полной дозы.

2.5.Эффективная, коллективная и полная дозы

Если принять за 1,0 величину безопасной дозы полученной человеком при равномерном облучении всего организма (тела) в целом, то для отдельных органов  МКРЗ (межд. Комитетом радиационной защиты) введены уточняющие коэффициенты это составит (см. табл.1.2):

Таблица 1.2

Орган

 ( весовой коэфф.,доля)

Половые органы

0,2

Красный костный мозг

0,12

Толстый кишечник

0,12

Желудок

0,12

легкие

0,12

Щитовидная железа

0,05

Молочная железа

0,05

Другие ткани, органы

0,22

Сумма всех i=

1

Органы и биологические ткани имеют разную чувствительность до действия ионизирующих излучений, т.е. при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез ведет к генетическим изменениям, которые передаются из поколение в поколение.

5.1.Эффективная доза

- используется в случае неравномерного облучения различных тканей человека. Для определения ее величины вводится коэффициент радиационного риска – .

 – это величина, которая учитывает разную радиочувствительность органов и тканей человека при облучении (взвешивающий фактор, весовой коэффициент). Определяет весовой вклад данного органа или ткани в риск неблагоприятных последствий (iрастет риск забролеваний раком и т.д.).

Эффективная эквивалентная доза – отражает суммарный эффект облучения для организма. (Единицы измерения те же, что и для эквивалентной дозы (Зв, бэр).

Эфф.ЭквД=- есть сумма эквивалентных доз каждого органа, умноженных на соответствующий коэффициент (, .

Поглощенная, эквивалентная и эффективная эквивалентные дозы - описывают только индивидуально получаемые дозы.

5.2.Коллективная эффективная эквивалентная доза

- это сумма индивидуальных эффективных эквивалентных доз (или сумма Дэкв), полученная группой людей за определенный период:

S=, S=.

Единицы измерения   В системе СИ:чел.-Зв (человеко-зиверт);

Внесистемная единица: 100чел.-бэр=1чел.-Зв.

Коллективную дозу,  также как и эффективную можно использовать только при получении малых инд. доз ≤ 0,25Зв (25бэр).

При использовании коллективной дозы при оптимизации системы радиационной безопасности требуется учитывать условия ее формирования и связанную с ней среднюю дозу, которая определяет средний индивидуальный риск для данной профессиональной группы.

Коллективная доза в применении к региону называется – региональной дозой. ко всему миру – глобальной.

Коллективная доза в применении к популяции (животных) называется – популяционной дозой.

5.3. Ожидаемая (полная) коллективная эффективная эквивалентная доза

- это коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования.

Единицы измерения  те же что и для коллективной дозы:

 В системе СИ:чел.-Зв (человеко-зиверт);

Внесистемная единица: 100чел.-бэр=1чел.-Зв.

Иерархия на первый взгляд сложна, однако определение  ожидаемой (полной) дозы актуально для жителей, проживающих на загрязненных территориях или длительно пребывающих там (например:территории загрязненные после аварии на ЧАЭС)

Тема 3. Детектирование ионизирующих излучений

Подробно рассматривается при проведении лабораторных и практических занятий.

 Фотонным называются электромагнитные излучения. К ним относятся -кванты, рентгеновское и частично УФИ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42507. Исследование эффекта Зеебека 85 KB
  В двух разнородных металлах при различных температурах спаев возникает термоЭДС которая объясняется зависимостью энергии Ферми от температуры и возникновением градиента концентрации электронов в проводнике при наличии градиента температуры. ТермоЭДС обусловленная зависимостью уровней Ферми от температуры называется контактной: 11. ТермоЭДС обусловленная возникновением градиента концентрации при наличии градиента температуры в проводнике называют диффузионной диф. Суммарная термоЭДС...
42508. Тип запись. Массивы записей 187 KB
  Тип запись. При выполнении работы необходимо знать: Что такое тип запись Как правильно объявить тип запись и переменные типа запись Как обращаться к полям записи Как организовать работу с массивом записей Теоретический минимум: Тип запись представляет собой сложный структурированный тип данных и включает в себя ряд компонент называемых полями которые могут быть различных типов. Пример объявления типа запись: type Dt=record {название типа запись Dt дата } Yer: integer; {поле год...
42509. Изучение зависимости сопротивления электролитов от температуры 128.5 KB
  При отсутствии внешнего электрического поля ионы в электролите совершают тепловое движение. При наличии поля положительные ионы приобретают добавочную скорость в направлении электрического поля, а отрицательные ионы − добавочную скорость в противоположном направлении. На тепловое движение накладывается переносное движение ионов, и в растворе возникает электрический ток.
42510. Определение коэффициента вязкости жидкости 101 KB
  При движении плоских слоев сила трения между ними согласно закону Ньютона где  коэффициент пропорциональности называемый коэффициентом вязкости или динамической вязкостью; S площадь соприкосновения слоев. Соседние слои движутся с меньшими скоростями и следовательно между слоями жидкости возникает сила внутреннего трения. Стокс показал что эта сила при малых значениях скорости пропорциональна скорости движения шарика  и его радиусу r: 1 где...
42511. Изучение зависимости сопротивления металлов от температуры 135.5 KB
  К проводникам первого рода относятся металлы. Металлы обладают электронной проводимостью. Это означает, что носителями электричества в них являются свободные электроны. Если к участку проводника 1 рода приложена разность потенциалов, то на хаотическое движение электронов накладывается их упорядоченное движение.
42512. Изучение работы электронного осциллографа 126.5 KB
  Осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки, генератора развёртки, блока синхронизации, двух усилителей, блока питания. В некоторых осциллографах имеется генератор меток времени. Принципиальная схема осциллографа показана на рис. 14.1. Осциллографы применяются во многих отраслях науки и техники, в частности, в электро- и радиотехнике, механике, акустике, медицине, биологии и др. Осциллограф даёт возможность наблюдать процессы длительностью 10−8 … 10−7 с.
42513. Физические основы работы ионных приборов 101.5 KB
  Положительные ионы под действием поля устремляются к катоду, бомбардируют его поверхность и вырывают из катода вторичные электроны (поверхностная ионизация). Такое явление называется вторичной эмиссией. Возникающие электроны вторичной эмиссии, ускоряемые полем, также включатся в процесс объёмной ионизации газа.
42514. Изучение релаксационных электрических колебаний с помощью электронного осциллографа 113.5 KB
  Основная особенность неоновой лампы заключается в том что она начинает проводить ток только при определённой разности потенциалов Uз между её электродами. Если напряжение на электродах лампы U Uз ток через лампу не идёт так как неон является диэлектриком. В этом случае внутреннее сопротивление Ri лампы очень велико. При разности потенциалов Uз которая называется потенциалом зажигания лампы происходит пробой диэлектрика − через лампу идёт ток.
42515. Проверка закона ома для последовательной цепи переменного тока 143.5 KB
  Цель работы: изучить закон Ома для последовательной цепи переменного тока с омическим, ёмкостным и индуктивным сопротивлениями для уяснения сдвига фаз между током напряжением; экспериментально проверить закон Ома; научиться строить векторные диаграммы и применять их для характеристики переменного тока. Оборудование: регулятор напряжения, реостат, катушка индуктивности, батарея конденсаторов, миллиамперметр, четыре вольтметра.