Контрольная работа по "Радиационной безопасности и защите населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях"

402402-41 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа

по  радиационной безопасности  
и защите населения и хозяйственных

объектов  в чрезвычайных ситуациях

студентки ФЗиДО БГУИР

специальности 530107

группы  402402

Артимович Полины Петровны 
 
 
 

Минская обл.,

Смолевичский  р-н,

222228  д.Алесино,

ул. Молодежная, д.5 
 

      Содержание 

Задания ………………………………………………………………………………… 2

1. Активность  или скорость распада радиоактивного  вещества;  
единицы ее измерения. Понятие о поверхностной и объемной  
активностях, единицы их измерения ………………………………………………… 2

      1.1. Радиоактивный распад ……………………………………………………. 2

1.2. Основные  характеристики радиоактивного  распада .………………….... 6

1.3.  Единицы   измерения   активности  радиоактивных   
веществ  и  доз  излучения …………………………………………………….. 8

2. Приборы, предназначенные для дозиметрического контроля  
за облучением населения. Назначения и характеристики приборов  
ДП-22 и ДП-24 ………………………………………………………………………… 9

       2.1. Назначения и характеристики  прибора ДП-22 ………………………… 10

       2.2. Назначения и характеристики  прибора ДП-24 ………………………… 11

3. Задача ……………………………………………………………………………….. 13

Литература …………………………………………………………………………….. 13

Задания 

1. (5) Активность или скорость распада радиоактивного вещества; единицы ее измерения. Понятие о поверхностной и объемной активностях, единицы их измерения. 

2. (28) Приборы, предназначенные для дозиметрического контроля за облучением населения. Назначения и характеристики приборов ДП-22 и ДП-24. 

3. (1/4) Задача: Начальная активность вещества М составляла А_о Бк. Рассчитать активность этого вещества через t лет. Исходные данные для расчета: Вещество М – калий ⁴⁰K, активность А_о = 10⁷ Бк, время t = 25 лет. 
 
 

1. Активность или  скорость распада  радиоактивного вещества; единицы ее измерения. Понятие о поверхностной и объемной активностях, единицы их измерения 

      1.1. Радиоактивный распад 

      Радиоактивность - радиоактивный распад, деление ядер атомов, любые радиоактивные (или ядерные) превращения - это способность ядер атомов различных химических элементов разрушаться, видоизменяться с испусканием атомных и субатомных частиц высоких энергий. При этом в подавляющем большинстве случаев ядра атомов (а значит, и сами атомы) одних химических элементов превращаются в ядра атомов (в атомы) других химических элементов, либо (по крайней мере) один изотоп химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.

      В настоящее время известны как  естественные (природные, существовавшие в природе изначально) радионуклиды, так и огромное количество искусственных (техногенных).

      Общее количество известных естественных радионуклидов достигает 300. Но количество их, имеющих практическое значение, играющих заметную роль в природе, невелико - не более десятка.

      Искусственных же радиоактивных изотопов получены тысячи. У многих химических элементов их количество значительно более 10. Кроме этого, получены новые, не известные ранее и отсутствующие в природе радиоактивные элементы, у которых стабильных изотопов нет вообще. К настоящему времени известно около 2000 искусственных радионуклидов.

      Радиоактивные (ядерные) превращения могут быть естественными, самопроизвольными (спонтанными) и искусственными.

      Все виды самопроизвольных (спонтанных) радиоактивных  превращений - процесс случайный, статистический.

      Все разновидности радиоактивных превращений  сопровождаются, как правило, за редким исключением, выделением из ядра атома избытка энергии в виде электромагнитного излучения - гамма-излучения. Гамма-излучение - это поток гамма-квантов, обладающих большой энергией и проникающей способностью.

      Кроме этого радиоактивные превращения могут сопровождаться выделением рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение - это тоже электромагнитное излучение, это тоже поток частиц - фотонов - обычно с меньшей энергией. Только "место рождения" рентгеновского излучения не ядро, а электронные оболочки. Основной поток рентгеновского излучения возникает в веществе при прохождении через него "радиоактивных частиц".

      Есть  две основные разновидности радиоактивных  превращений, два весьма сильно различающихся  физических процесса: радиоактивный  распад и деление ядер атомов.

      Радиоактивный распад - это испускание, выбрасывание с огромными скоростями из ядер атомов "элементарных" (атомных, субатомных) частиц, которые принято называть радиоактивными частицами или радиоактивным излучением. При этом, как уже было сказано, в подавляющем большинстве случаев ядро атома (а значит, и сам атом) одного химического элемента превращается в ядро атома (в атом) другого химического элемента; или один изотоп данного химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.

      Радиоактивный распад, как и все другие виды радиоактивных превращений, может  быть естественным (самопроизвольным, спонтанным) и искусственным, вызванным попаданием в ядро стабильного атома какой-либо частицы извне.

      Для естественных (природных) радионуклидов основными видами радиоактивного распада являются альфа- и бета-минус-распад (хотя встречаются и другие). Названия альфа и бета были даны Эрнестом Резерфордом в 1900 году при изучении радиоактивных излучений.

      Для искусственных (техногенных) радионуклидов кроме этого характерны также нейтронный, протонный, позитронный (бета-плюс) и более редкие виды распада и ядерных превращений (мезонный, К-захват, изомерный переход, "откалывание" и др.).

      Альфа-распад - характерный вид радиоактивного распада для естественных радиоактивных элементов шестого и седьмого периодов таблицы Д.И.Менделеева (уран, торий и продукты их распада до висмута включительно) и особенно для искусственных - трансурановых - элементов. То есть этому виду распада подвержены отдельные изотопы всех тяжёлых элементов, начиная с висмута.

      Альфа-распад - это испускание из ядра атома альфа-частицы, которая состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Альфа-частица имеет массу 4 единицы, заряд +2 и является ядром атома гелия.

      В результате испускания альфа-частицы образуется новый элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки левее, так как количество протонов в ядре, а значит, и заряд ядра, и номер элемента стали на две единицы меньше. А масса образовавшегося изотопа оказывается на 4 единицы меньше.

      Так, например, при альфа-распаде урана  всегда образуется торий, при альфа-распаде  тория - радий, при распаде радия - радон, затем полоний и наконец - свинец. При этом из конкретного  изотопа урана-238 образуется торий-234, затем радий-230, радон-226 и т. д.

      Бета-распад - наиболее распространённый вид радиоактивного распада (и вообще радиоактивных превращений), особенно среди искусственных радионуклидов. Он наблюдается практически у всех известных на сегодня химических элементов. Это означает, что у каждого химического элемента есть, по крайней мере, один бета-активный, то есть подверженный бета-распаду изотоп. При этом чаще всего происходит бета-минус распад.

      Бета-минус  распад (бета-) - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-минус частицы - электрона, который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. При этом тяжёлый протон остаётся в ядре, а лёгкий электрон - бета-минус частица - с огромной скоростью вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро данного элемента превращается в ядро соседнего элемента справа - с большим номером.

      Так, например, при бета-минус распаде  радиоактивный изотоп калия - калий-40 - превращается в стабильный изотоп кальция (стоящего в соседней клеточке справа) - кальций-40. А радиоактивный кальций-47 - в стоящий справа от него скандий-47 (тоже радиоактивный), который, в свою очередь, также путём бета-минус распада превращается в стабильный титан-47.

      Название  бета-частица сохранилось исторически. Отличие бета-минус частицы от обычного электрона только в "месте рождения": ядро атома, а не электронные оболочки вокруг ядра, а также и в скорости (энергии) вылета. Скорость вылета бета-частицы - 9/10 скорости света, т. е. 270 тыс. км/сек.

      Естественных  бета-активных радионуклидов не очень  много. А среди значимых ещё меньше. К ним можно отнести, прежде всего, калий-40, хотя в природной смеси изотопов калия его содержится всего 0,0119%.

      Кроме К-40 значимыми естественными бета-минус-активными радионуклидами являются также и все продукты распада урана и тория.

      Дело  в том, что, например, торий-234, образующийся при альфа-распаде, он превращается в протактиний-234, который в свою очередь аналогичным образом снова в уран, но уже в другой изотоп - уран-234. А уран-234 (снова путём альфа-распада) - опять в торий, но уже в торий-230. Далее торий-230 путем альфа-распада - в радий-226, радий - в радон.

      И так далее - до таллия включительно, но с различными бета-минус-переходами "в обратную сторону". Кончаются же все эти альфа и бета-минус-переходы образованием стабильного свинца-206.

      Таким образом, к значимым естественным бета-минус-активным радионуклидам можно отнести К-40 и все элементы от таллия до урана.

      Бета-плюс распад - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-плюс частицы - позитрона (положительно заряженного "электрона"), который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. В результате этого (так как протонов стало меньше) данный элемент превращается в соседний слева (с меньшим номером, предыдущий).

      Так, например, при бета-плюс распаде  радиоактивный изотоп магния магний-23 превращается в стабильный изотоп натрия (стоящего слева) - натрий-23, а радиоактивный изотоп европия европий-150 превращается в стабильный изотоп самария - самарий-150.

      Кроме указанных альфа- и бета-распада  существуют другие виды радиоактивного распада, менее распространённые и более характерные для радионуклидов искусственного происхождения.

      Нейтронный  распад - испускание из ядра атома нейтрона (n) - нейтральной частицы с массой 1 ед. При испускании нейтрона один изотоп данного химического элемента превращается в другой с меньшим весом. Так, например, при нейтронном распаде радиоактивный изотоп лития литий-9 превращается в литий-8, радиоактивный гелий-5 - в стабильный гелий-4.

      Если  стабильный изотоп йода йод-127 облучать гамма-квантами, то он становится радиоактивным, выбрасывает нейтрон и превращается в другой, тоже радиоактивный изотоп йод-126.

      Протонный распад - крайне редкий вид распада - это испускание из ядра атома протона (р) - частицы с массой 1 ед. и зарядом +1. При испускании протона данный химический элемент превращается в соседний слева (с меньшим номером, предыдущий), а атомный вес уменьшается на единицу.

      Как уже было сказано, все радиоактивные  превращения, в том числе и  все разновидности радиоактивного распада, сопровождаются, как правило, за редким исключением, выделением избытка энергии в виде гамма-излучения - гамма-квантов, а иногда также и рентгеновского излучения (фотонов) с меньшей энергией.

      Гамма-излучение - это поток гамма-квантов, это электромагнитное излучение, более "жёсткое", чем обычное медицинское рентгеновское.

      Название "гамма-излучение" также сохранилось  исторически. Отличие гамма-излучения от рентгеновского (как и в случае b-излучения), также только в "месте рождения": ядро атома, а не электронные оболочки.  

      1.2. Основные характеристики радиоактивного распада 

      Все виды самопроизвольных (спонтанных) радиоактивных  превращений (и распада, и деления) - процесс случайный, статистический.

      Все виды самопроизвольного радиоактивного распада характеризуются временем жизни радионуклида и его активностью, то есть скоростью распада. Показателем времени жизни радионуклида, скорости его распада является период полураспада. Используется также радиоактивная постоянная или постоянная (константа) распада.

      Период  полураспада (T_1/2)- время, в течение которого половина радиоактивных атомов распадается и их количество уменьшается в 2 раза. Периоды полураспада у всех радионуклидов разные - от долей секунды (короткоживущие радионуклиды) до миллиардов лет (долгоживущие).

      Активность - это количество актов распада (в общем случае актов радиоактивных, ядерных превращений) в единицу времени (как правило, в секунду). Единицами измерения активности являются беккерель и кюри.

      Беккерель (Бк) - это один акт распада в секунду (1 расп/сек). Единица названа в честь французского физика, лауреата Нобелевской премии Антуана Анри Беккереля.

      Кюри  (Ки) - 3,7·10¹⁰ Бк (расп/сек). Эта единица возникла исторически: такой активностью обладает 1 грамм радия-226 в равновесии с дочерними продуктами распада. Именно с радием-226 долгие годы работали лауреаты Нобелевской премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.

      Кратными  единицами для беккереля являются тысяча (кило-беккерель, кБк), миллион (мегабеккерель, МБк) и миллиард (гигабеккерель, ГБк).

      Дольными  единицами для кюри являются тысячная доля кюри - милликюри (мКи), и миллионная доля - микрокюри (мкКи, мКи):

      1 мКи = 3,7 х 10⁷ Бк; 1мкКи = 3,7 х 10⁴ Бк.

      Есть  понятие "удельная активность" (весовая или объёмная) - это активность единицы массы (веса) или объёма вещества. Или, точнее, активность радионуклида (или смеси радионуклидов) в единице веса или объёма вещества. Иногда используют площадную активность: Бк или Ки на м² или км².

      Ориентировочно  можно считать, что активность небольшого количества (граммы) и/или с небольшой начальной активностью (мКи; мкКи) радионуклида уменьшается до практически безопасного уровня (иногда почти до нуля) через 10 периодов полураспада. За это время количество радиоактивных атомов, а значит и актов распада, то есть активность, уменьшается в 2¹⁰ = 1024 раза.

      Радиоактивная постоянная (постоянная или константа распада) λ - это доля атомов, распадающихся в 1 секунду.

      λ= 0,693/Т_1/2 (сек^-1), где

      0,693 - это ln2 из закона радиоактивного  распада N_t = N₀ ∙ e^-λt, где

      N₀ и N_t - число радиоактивных атомов в начальный (нулевой) момент времени и число атомов, оставшихся к моменту t (t - время в секундах).

      Так как за время, равное одному периоду  полураспада, число радиоактивных  атомов уменьшается в два раза, то при t = T_1/2 имеем: N_t = N₀/2∙ e^-λt = 1/2; e^-λt = 2 (где t = T_1/2) и в итоге ln2 = λ ∙ Т_1/2. 
 
 
 
 

      1.3. Единицы измерения   активности  радиоактивных веществ и доз излучения 

       Беккерель (Бк) – единица активности радиоактивных  веществ, равная одному превращению в секунду.

       Кюри (Ku) – единица активности радиоактивных  веществ, определяемая как активность препарата данного изотопа, в котором в одну секунду происходит 3,7 ∙ 10¹⁰ ядерных превращений (1 Ku = 3,7 ∙ 10¹⁰ Бк).

       Джоуль  на килограмм (Дж/кг) – единица поглощенной  дозы излучения, измеряемая энергией в 1 Дж любого ионизирующего излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг.

       Рад – единица поглощенной дозы излучения, измеряемая энергией в 1 ∙ 10^-2 Дж/кг.

       Грей (Гр) – единица поглощенной дозы излучения, измеряемая энергией в 1 Дж/кг.

       Бэр – единица эквивалентной дозы, под которой понимается поглощенная доза любого вида ионизирующего излучения, имеющая такую же биологическую эффективность, как 1 рад рентгеновского излучения со средней удельной ионизацией 100 пар ионов на 1 мкм пути в воде.

       Зиверт (Зв) – единица эквивалентной дозы излучения в системе Си                          (1 Зв = 100 бэр). 

        2. Приборы, предназначенные для дозиметрического контроля за облучением населения. Назначения и характеристики приборов ДП-22 и ДП-24 

       Принцип обнаружения ионизирующих (радиоактивных) излучений основан на способности этих излучений ионизировать вещество среды, в которой они распространяются. Ионизация является причиной физических и химических изменений в веществе, которые могут быть обнаружены и измерены. К таким изменениям среды относятся:

       - изменения электропроводности веществ  (газов, жидкостей, твердых материалов);

       - люминесценция (свечение) некоторых  веществ;

       - засвечивание фотопленок;

       - изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов и др.

       Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используют следующие методы:

• фотографический (основан на степени почернения фотоэмульсии);

• сцинтилляционный (свечение некоторых веществ под воздействием ионизирующих излучений);
• химический (изменение структуры некоторых химических веществ под воздействием ионизирующих излучений);
• ионизационный (под воздействием излучений в изолированном объеме происходит ионизация газа).

       Дозиметрические приборы предназначаются для: контроля облучения - получения данных о поглощенных или экспозиционных дозах излучения людьми и сельскохозяйственными животными; контроля радиоактивного заражения радиоактивными веществами людей, сельскохозяйственных животных, а также техники, транспорта, оборудования, средств индивидуальной защиты, одежды, продовольствия, воды, фуража и других объектов; радиационной разведки – определения уровня радиации на местности. С помощью дозиметрических приборов может быть определена наведенная радиоактивность в облученных нейтронными потоками различных технических средствах, предметах на грунте.

       Наибольшее  распространение получили ионизационные измерители индивидуальной дозы. Они комплектуются вместе с зарядным устройством. По назначению приборы делятся на измерители экспозиционной дозы (ДП-22В, ДП-24) и измерители поглощенной дозы (ИД-1, ИД-11, ДП-70М, ДП-70МП).

       На  местности, загрязненной радионуклидами, основное облучение возникает от γ-излучения. Поэтому можно считать, что измеренная в этих условиях экспозиционная доза облучения будет иметь несущественное отличие от величины поглощенной дозы. 

       2.1. Назначения и характеристики прибора ДП-22 

       Комплект  измерителей дозы ДП-22В предназначен для измерения экспозиционной дозы γ-излучения. В комплект прибора входят:

• зарядное устройство ЗД-5;
• 50 измерителей дозы ДКП-50А;
• техническое описание;
• инструкция по эксплуатации;
• формуляр;
• укладочный ящик.

       Измеритель  дозы ДКП-50А обеспечивает регистрацию  экспозиционной дозы γ-излучения в  диапазоне 2 – 5 Р при мощности дозы 0,5 – 200 Р/ч и в диапазоне энергии излучения 200 кэВ – 2 МэВ. Отсчет измеряемых доз производится по шкале, расположенной внутри дозиметра. Саморазрядка измерителей дозы в нормальных условиях не должна превышать 4 Р за сутки (два деления). Погрешность измерения дозы при температуре окружающего воздуха (20 + 5)˚С и относительной влажности до 98% не превышает + 10% от максимального значения шкалы. Работоспособность комплекта обеспечивается в интервале температур от -40 до +50˚С. Питание зарядного устройства осуществляется от двух сухих элементов 1,6-ПМЦ-У-8 (145У). Продолжительность непрерывной работы не менее 30 ч. Масса комплекта в укладочном ящике не превышает 5,6 кг. Напряжение на выходе ЗД-5 при напряжении питания 3 В должно плавно регулироваться в пределах от 180 до 250 В.

       Зарядное устройство ЗД-5 предназначено для зарядки измерителей дозы ДКП-50А. На его панели имеются зарядное гнездо, ручка потенциометра и лампочка для подсвета шкалы с переключателем.

       Подготовка  прибора к работе состоит из подключения  источника питания и зарядки  измерителя дозы. При подключении источников питания необходимо установить в отсек питания зарядного устройства два элемента 1,6-ПМЦ-У-8 (145У) и подключить их выводы к соответствующим клеммам согласно маркировке; закрыть отсек питания крышкой и закрепить ее винтом.

       Зарядка измерителей дозы осуществляется с  помощью зарядного устройства ЗД-5. Для этого с гнезда «Заряд» снимается заглушка, с измерителя дозы – защитная оправа. Измеритель дозы вставляется в гнездо «Заряд» и нажимается до упора, при этом сам включается подсвет шкалы дозиметра. Наблюдая в окуляр, вращением ручки потенциометра (регулятора напряжения) следует установить изображение нити против нулевого деления шкалы, после чего из зарядного гнезда вынимается измеритель дозы и проверяется на свет совпадение нити с нулевой отметкой при ее вертикальном положении. На измеритель дозы навертывается защитная оправа, а на зарядное гнездо – заглушка.

       Заряженный  измеритель дозы выдается людям, которые  могут оказаться на местности, загрязненной радионуклидами. Учет облучения ведут в специальном журнале, в котором также указывают, кому и когда выдан дозиметр, его тип, номер и положение нити во время выдачи.

       Считывание  дозы облучения производят путем  просмотра через окуляр, при этом нить измерителя дозы должна быть в вертикальном положении.

       Для определения величины саморазрядки дозиметра один из них оставляется  на пункте выдачи как контрольный. Показание  контрольного дозиметра исключают  из показаний доз дозиметров, находившихся в пользовании. 

       2.2. Назначения и характеристики прибора ДП-24 

       Комплект  измерителей дозы ДП-24 предназначен для измерения дозы γ-излучения. Он состоит из зарядного устройства ЗД-6 (или ЗД-5), 5 измерителей дозы ДКП-50А и укладочного ящика. Масса  с укладочным ящиком не превышает 3 кг.

       Зарядное устройство ЗД-6 предназначено для зарядки прямопоказывающих измерителей дозы типа ДКП-50А, ДК-02, ИД-1. ЗД-6 обеспечивает получение и плавное измерение выходного напряжения в пределах 180 – 250 В при температуре от -50 до +50˚С. Максимальное выходное напряжение зарядного устройства не превышает 310 В. Масса ЗД-6 не более 0,5 кг.

       Работа  ЗД-6 основана на пьезоэлектрическом эффекте. Под воздействием механического сжатия пьезоэлементы, деформируясь, создают на торцах разность потенциалов, приложенную таким образом, чтобы на центральный стержень зарядного устройства подавался «плюс», а на корпус – «минус». Для ограничения выходного напряжения зарядного устройства параллельно пьезоэлементам подключен разрядник.

       Для зарядки измерителей дозы производят следующие действия. Извлекают зарядное устройство из футляра, ручку зарядного устройства поворачивают в направлении стрелки «Сброс» до упора. С помощью трехгранника, находящегося на ручке зарядного устройства, отвинчивают защитную оправу, вставляют дозиметр в зарядное гнездо и, наблюдая в окуляр, добиваются максимального освещения шкалы, направляя для этого зеркало на внешний источник света. Нажимают на измеритель дозы до упора и, наблюдая в окуляр, поворачивают ручку зарядного устройства до тех пор, пока изображение нити на шкале дозиметра не установится на нулевом делении. Извлекают дозиметр из зарядного гнезда и проверяют положение нити: ее положение должно совпадать с нулевой отметкой шкалы. Завертывают защитную оправу дозиметра. В случае необходимости зарядить несколько измерителей дозы. Подготовку к работе зарядного устройства производят только для зарядки первого измерителя. Последующие измерители заряжают дальнейшим вращением ручки по направлению стрелки «Заряд». Таким образом, вращая ручку от одного крайнего положения до другого, можно зарядить несколько полностью разряженных измерителей дозы. Зарядное устройство ЗД-6 может быть использовано для зарядки разных типов измерителей дозы, имеющих наружный диаметр не более 14 мм и зарядный потенциал до 250 В.