Оценка радиоактивности объектов окружающей среды

В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, так как они протекают по законам радиоактивного распада. К такому распаду склонны нестабильные тяжелые элементы (расположенные в конце таблицы Менделеева), в ядрах которых число нейтронов значительно превышает число протонов. Таким образом, можно сказать, что радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.), приводящее к изменению их атомного номера и массового числа и сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений. Такие элементы называются радиоактивными.

Радиоактивные вещества распадаются строго с определенной скоростью, характеризуемой периодом полураспада (Т½), т.е. временем, за которое распадается половина всех атомов.

Распад атомов сопровождается ионизирующим излучением, так как проходя через различные вещества, такое излучение способно вызвать ионизацию его атомов как при непосредственном соударении, так и опосредованно. Естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей: a-, b-, g- лучи.

a - излучение представляет собой поток положительно заряженных a-частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20 000 км/с. Проникающая способность таких частиц мала: пробег в воздухе составляет 7...8 см, в биологических тканях < 0,1 мм. Поглощаются алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Опасность представляет ионизирующая способность a-лучей. Ионизация приводит к изменению физико-химических свойств вещества, а в биологических тканях – к нарушению их жизнедеятельности.

b-излучение – поток быстрых электронов (или позитронов). Скорость перемещения таких частиц близка скорости света. Они обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью по сравнению с α–лучами: пробег в воздухе – несколько метров, в биологических тканях – 1…2 см. Одежда поглощает до 50% b-излучения, слой алюминия толщиной 1 мм – полностью.

g-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Пробег в воздухе – до 100 м, в биологической ткани – > 20 см. Для защиты от g-излучения используют специальные радиационно-защитные материалы: тяжелые бетоны, чистый свинец, особые полимеры.

При ядерных реакциях возможно и нейтронное излучение, представляющее собой поток нейтронов и характеризующееся очень высокой проникающей способностью. Ионизация среды осуществляется заряженными частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов с веществом. Не имея электрического заряда, нейтроны легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. Нейтронное излучение способно превращать атомы стабильных элементов в радиоактивные вещества (наведенная радиация).

На практике чаще измеряют не свойства самого радиоактивного образца, а результат его воздействия или предполагаемый результат воздействия радиоактивного излучения. Основным количественным показателем является поглощенная доза, за единицу которой принимают грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1Дж энергии излучения массой вещества в 1 кг.

Свойство биологической ткани – реагировать на различные вида ионизирующего излучения выражается через определение эквивалентной дозы. В системе СИ за единицу эквивалентной дозы принят зиверт (Зв), внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр – это доза излучения (любого вида), действие которой на ткани любого организма эквивалентно действию 1 рентгена гамма-излучения: 1 бэр = 1 Р, 1 Зв = 100 бэр.

Общее представление о радиоактивности тех или иных объектов окружающей среды может быть получено измерением так называемой экспозиционной дозы излучения, при которой корпускулярная эмиссия в сухом атмосферном воздухе массой 1 кг производит ионы, несущие заряд каждого знака, равный одному кулону (1 Кл). Внесистемной единицей является рентген (Р). 1 Р – это такая доза рентгеновского или g-излучения, при которой в 1 см³ сухого воздуха при температуре 0^о С и давлении 760 мм.рт.ст. образуется около 2 млрд пар ионов. На практике обычно оценивают мощность экспозиционной дозы, измеряемой в рентгенах в секунду (Р/с) или микрорентгенах в час (мкР/ч).

Радиоактивное излучение является неотъемлемым атрибутом окружающей среды. Естественный радиационный фон Земли создаётся космическим излучением и излучением природных радионуклидов (уран, торий и продукты их радиоактивного распада), естественным образом распределенных в земле, воде, воздухе, пищевых продуктах и организме человека. На протяжении биологической истории нашей планеты этот фон оставался практически неизменным, обусловливая дозу радиации, близкую 10–12 мкР/ч. Естественный фон считают безопасным для биологических объектов. В результате деятельности человека происходит изменение естественного радиационного фона и возникает техногенно измененный радиационный фон. Эти изменения вносит искусственная радиация, возникающая при испытании ядерного оружия, при нарушении функционирования радиационно опасных объектов (АЭС, исследовательских институтов соответствующего профиля и т.д.), при образовании радиоактивных отходов на предприятиях атомной энергетики.

Цель работы: углубить представления о радиоактивности различных объектов окружающей среды, оценить радиоактивность конкретного объекта, освоить метод измерения радиоактивности.

Приборы и оборудование: прибор геологоразведочный сцинтилляционный СРП-88 Н.

Порядок выполнения работы

Оценку радиоактивности проводят косвенно по интенсивности g-излучения измеряемого объекта. Объекты избираются по указанию преподавателя. С помощью прибора СРП-88Н в разных точках измеряемого объекта производят замеры в соответствии с правилами работы с приборами. Для этого необходимо произвести ряд последовательных операций:

1. Включить прибор, установив на индикаторном устройстве переключатель "Диапазон" в положение "1", затем переключатель "Порог" в положение "БАТ", при этом на цифровом табло индуцируются цифры, показывающие напряжение питания в вольтах. При величине напряжения от 3,5 до 6,5 В элементы питания пригодны к работе.

2. Установить переключатель "Порог" в положение "0" и приблизить ствол блока детектирования к месту расположения контрольного источника на индикаторном устройстве. При этом стрелка индикатора должна отклониться, на табло должны индуцироваться показания и прослушиваться щелчки звукового сигнализатора, частота которых увеличивается при приближении ствола к источнику.

3. Установить переключатель "Порог" в положение "ИЗМ", а переключатель "Диапазон" – в положение "0,3", через 1 мин после включения прибора приставить ствол вплотную к контрольному источнику, совместив защитный резиновый колпачок с окружностью на пульте. Зафиксировать не менее трех показаний цифрового табло и вычислить среднеарифметическое значение Р_изм.

Отвести блок детектирования от места расположения контрольного источника на расстояние > 0,5 м и зафиксировать не менее трех показаний цифрового табло, вычислить среднеарифметическое значение Р_ф.

Определить действительное значение показания Р _д, с^-1 от контрольного источника по формуле

Р _д

где К – коэффициент, характеризующий активность источника во времени (дается преподавателем).

Если действительное значение показаний прибора Р _д соответствует значению 1670 ± 167, прибор работоспособен и готов к работе.

4. При работе с прибором СРП-88Н в режиме поиска изменение интенсивности потока g-излучения необходимо отслеживать по стрелочному индикатору, для чего переключатель "Диапазон" установить в положение "0,1" или "0,3", что соответствует экспозиции 10 с.

В положении "ИЗМ" переключателя "Порог" звуковая сигнализация отключена, в положении "0" осуществляется мониторный режим, т.е. частота сигналов соответствует интенсивности излучения.

5. При измерении интенсивности излучения от радиоактивного источника для представления информации в единицах мощности экспозиционной дозы, мкР/ч, достаточно показания цифрового табло разделить на значение чувствительности прибора и умножить на 1000. Значение чувствитель­ности данного прибора равно 3670 с^–1. м^2. мг ^–1.