Министерство
образования и науки Республики
Казахстан
Карагандинский
государственный технический университет
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине:
«Основы радиационной безопасности»
Студент: Сатаева
Г.С.
Зачетная книжка
11/13-532
Гр.БЖ13вв
Проверила: Оралова
А.Т.
2013 год
- Взаимодействие нейтронов с веществом.
Нейтроны взаимодействуют
только с ядрами атомов. Нейтроны, обладающие
большими энергиями, быстрые нейтроны,
.теряют свою энергию в веществе
при соударениях с ядрами атомов,
а медленные нейтроны, обладающие
малыми энергиями, захватываются ядрами.
Соударения нейтронов с ядрами происходят
по законам соударения двух упругих
шариков. Из механики известно, что
при столкновении маленького шарика
с шариком значительно большей
массы первый теряет незначительную
часть своей энергии. Наибольшая
потеря энергии происходит в том
случае, если сталкиваются шарики равной
массы. При соударении нейтроны выбивают
ядра из электронных оболочек, образуя
быстро летящие ядра, которые называются
ядрами отдачи. Последние, как и другие
заряженные частицы, расходуют свою
энергию на ионизацию. Наибольшая потеря
энергии происходит при соударении
нейтронов с ядрами водорода протонами,
так как массы нейтрона и протона
прак-тически равны. Ядра водорода в
этом случае называются протонами отдачи.
При соударении с протонами нейтроны
в среднем теряют 50 % своей энергии.
При столкновении с тяжелыми ядрами
нейтроны теряют лишь незначительную
часть своей энергии. Вследствие
этого нейтроны хорошо поглощаются
легкими веществами, содержащими
много атомов водорода (вода, парафин
и др.), и свободно проходят через
большие толщины тяжелых веществ
(свинец).
Таким образом, при
взаимодействии с веществом быстрые
нейтроны передают свою энергию
ядрам отдачи и замедляются,
как было сказано. Медленные
нейтроны, в отличие от быстрых,
захватываются ядрами атомов, в
результате чего образуются либо
устойчивые изотопы, либо радиоактивные.
Радиоактивность вещества, возникающая
при облучении нейтронами, называется
наведенной активностью. Большое
количество изотопов, входящих в
состав ткани, при действии
медленных нейтронов превращаются
в радиоактивные. Такими изотопами
являются изотопы натрия, хлора,
азота, углерода, серы, фосфора, кислорода
и другие. Наибольшее значение
имеют реакции с ядрами натрия
и фосфора, так как наведенная
активность в ткани получается
в основном за счет этих
элементов. Стабильные ядра натрия
Naff и фосфора Р15, захватывая медленные
нейтроны, превращаются в радиоактивные
изотопы Naff и Р’й.
Ядра натрия Naff и фосфора
Р’/^ являются бета-активными. После
испускания бета-частиц они превращаются
в стабильные ядра магния Mgfa и
серы Sfl-
Как следует из изложенного,
при облучении ткани нейтронами
одни расходуют свою энергию
на упругие соударения с ядрами
и при этом замедляются. Медленные
нейтроны захватываются ядрами
и вызывают различные ядерные
реакции, в результате которых
испускаются гамма-кванты и протоны
отдачи и образуются радиоактивные
изотопы. Гамма-кванты и протоны,
возникающие в результате ядерных
реакций, а также бета- и гамма-излучение
радиоактивных изотопов, взаимодействуя
с веществом, также производят ионизацию
вещества. Таким образом, в результате
взаимодействия различных видов радиоактивных
излучений с веществом в последнем образуются
ионы. Различие заключается только в том,
что плотность ионизации получается разной.
Альфа-частицы и протоны создают большую
плотность ионизации в веществе, а гамма-кванты
и бета-частицы значительно меньшую.
Замедление нейтронов. Замедление
нейтронов происходит при упругих столкновениях
с ядрами, т.к. если до столкновения ядро
покоилось, то после столкновения оно
приходит в движение, получая от нейтрона
некоторую энергию. Поэтому нейтрон замедляется.
Однако это замедление нейтронов не может
привести к их полной остановке из-за теплового
движения ядер. Энергия теплового движения
порядка kT. Если нейтрон замедлился до
этой энергии, то при столкновении с ядром
он может с равной вероятностью как отдать,
так и получить энергию. Нейтроны с энергиями
kT находятся в тепловом равновесии со
средой. Поглощение и диффузия нейтронов
происходят как во время замедления, так
и после окончания этого процесса.
Практическая важность
процесса замедления обусловлена тем,
что в большинстве нейтронных источников
(реактор, радон-бериллиевая ампула и т.
д.) нейтроны рождаются в основном с энергиями
от десятков кэВ до нескольких МэВ, в то
время, как большинство важных в прикладном
отношении нейтронных реакций, согласно
закону "1/v", наиболее интенсивно
идёт при низких энергиях нейтронов.
Таким образом,
в углероде энергия нейтрона
в среднем будет уменьшаться
вдвое лишь после трёх столкновений.
Замедление идёт тем эффективнее,
чем легче ядра замедлителя.
Кроме того, от хорошего замедлителя
требуется, чтобы он слабо поглощал
нейтроны, т.е. имел малое сечение
поглощения. Малые величины имеют
сечения поглощения нейтронов
на дейтерии и кислороде. Поэтому
прекрасным замедлителем является
тяжёлая вода D2O. Приемлемым, но несколько
худшим замедлителем является
обычная вода H2O, так как водород
поглощает нейтроны заметно интенсивнее,
чем дейтерий. Неплохими замедлителями
являются также углерод, бериллий,
двуокись бериллия.
Важной чертой
процесса замедления является
то, что потеря энергии на столкновение,
согласно (17), (18), пропорциональна самой
энергии. Так, при столкновении
с атомом водорода нейтрон
с энергией 1 МэВ теряет 0.5 МэВ,
а нейтрон с энергией в 10
эВ – всего 5 эВ. Поэтому длительность
замедления и проходимый при
замедлении путь обычно слабо
зависят от начальной энергии
нейтрона. Некоторым исключением
являются водородосодержащие вещества.
Сечение нейтрон – протон резко
падает при повышении энергии
выше 100 кэВ. Поэтому длина замедления
в водородосодержащих веществах
относительно сильно зависит
от энергии нейтрона. Время замедления
нейтрона невелико. Даже в таком
тяжёлом замедлителе, как свинец,
нейтрон замедляется от энергии
1 МэВ до 1 эВ за 4.10-4 сек.
Диффузия нейтронов.
Замедленные до тепловых энергий
нейтроны диффундируют, распространяясь
в веществе во все стороны
от источника. Этот процесс
приближённо описывается обычным
уравнением диффузии с обязательным
учётом поглощения, которое для
тепловых нейтронов всегда велико.
Основной характеристикой среды,
описывающий процесс диффузии, является
длина диффузии L, определяемая соотношениемL2
= /6,
где — среднеквадратичное
расстояние, на которое уходит тепловой
нейтрон в веществе от места рождения
до поглощения. Длина диффузии имеет
примерно тот же порядок, что и
длина замедления 1/2. Обе эти величины
определяют расстояние от источника, на
котором будет заметное количество
тепловых нейтронов.
Альбедо нейтронов.
Интересным свойством нейтронов
является их способность отражаться
от различных веществ. Это отражение
не когерентное, а диффузное.
Его механизм таков. Нейтрон,
попадая в среду, испытывает
беспорядочные столкновения с
ядрами и после ряда столкновений
может вылететь обратно. Вероятность
такого вылета носит название
альбедо нейтронов для данной
среды. Очевидно, что альбедо тем
выше, чем больше сечение рассеяния
и чем меньше сечение поглощения
нейтронов ядрами среды. Хорошие
отражатели отражают до 90% попадающих
в них нейтронов, т.е. имеют
альбедо до 0.9. в частности, для
обычной воды альбедо равно
0.8. Неудивительно поэтому, что
отражатели нейтронов широко
применяются в ядерных реакторах
и других нейтронных установках.
Возможность отражения нейтронов
объясняется следующим образом.
Вошедший в отражатель нейтрон
при каждом столкновении с
ядром может рассеяться в любую
сторону. Если нейтрон у поверхности
рассеялся назад, то он вылетает
обратно, т.е. отражается. Если
же нейтрон рассеялся в другом
направлении, то он может рассеяться
так, что уйдёт из среды при
последующих столкновениях. Этот
же процесс приводит к тому,
что концентрация нейтронов резко
снижается вблизи границы среды,
в которой они рождаются, т.к.
вероятность для нейтрона уйти
наружу велика.
- Допустимые дозы облучения для рабочих зон и населенных пунктов
Допустимые дозы облучения:
* в соответствии с нормами
для населения поглощенная доза
в нормальных условиях не должна
превышать - 0,5 бэр за год (категория
Б)
* для персонала в нормальных
условиях на 1год( категория А
) - 5 бэр;
* для населения аварийное
облучение на 1год - 10 бэр;
* для персонала аварийное
облучение на 1год - 25 бэр.
К категории Б относятся
лица, не работающие непосредственно
с радиоактивными веществами и источниками
ионизирующих излучений, но находящиеся
в зоне их возможного воздействия ( в смежных
помещениях); лица, находящиеся в рабочее
время в пределах санитарно-защитных зон,
а также лица, периодически и однократно
привлекаемые к работам с этими веществами
и источниками. Установленные для этих
лиц предельно допустимые дозы облучения
незначительно превышают дозы, получаемые
за счет естественного фона.
Предельно допустимая доза
облучения ( ПДД) - наибольшая доза, эффективное
действие которой на организм не вызывает
в нем необратимых соматических и генетических
изменений в свете современных научных
знаний. Устанавливаются годовая, недельная,
разовая и тому подобные предельно допустимые
дозы облучения. Допускается однократная
доза внешнего облучения, равная 3 бэрам,
в любые 13 последовательных недель ( квартал)
при условии, однако, что годовая доза
не будет превышать 5 бэр.
Для того чтобы не
допустить возможности возникновения
соматических и генетических
поражений организма человека, установлены
предельно допустимые дозы внешнего
и внутреннего облучения персонала,
занятого на работах с радиоактивными
изотопами. Этими нормами определены
содержание радиоактивных веществ
в органах или тканях человека,
соответствующих предельно допустимым
дозам облучения, допустимые уровни
загрязнения кожного покрова,
поверхностей рабочих помещений
и транспортных средств.
По степени облучения
различают людей трех категорий.
К категории А относятся лица,
постоянно работающие с радиоактивными
веществами или источниками ионизирующих
излучений. Предельно допустимые
дозы облучения для лиц категории
А существенно превышают дозы,
получаемые за счет естественного
фона.
Степень опасности
поражения человека зависит от
характера облучения, проникающей
способности радиации, дозы и
времени облучения и других
факторов. Вероятность облучения
возрастает при работе с источниками
излучения, находящимися в переносных
контейнерах, и при просвечивании
изделий в труднодоступных местах.
Превышение предельно допустимых
доз облучения приводит к поражению
людей лучевой болезнью, которая
может иметь хронический или
острый характер. Симптомы лучевой
болезни следующие: ощущение слабости,
головная боль, снижение артериального
давления, нарушение пищеварения.
Воздействуя на организм
человека, проникающая радиация
ионизирует молекулы живых клеток,
которые теряют способность к
размножению. Превышение предельно
допустимых доз облучения приводит
к поражению людей лучевой
болезнью, симптомы которой следующие:
слабость, головная боль, снижение
артериального давления, нарушение
пищеварения. Основными профилактическими
мерами при работе с источниками
радиоактивного излучения являются:
уменьшение времени пребывания
работающих в зоне радиации; увеличение
расстояния от источника облучения
до работающего; установка защитных
экранов, снижающих интенсивность
радиации на рабочем месте;
использование специальных средств
индивидуальной защиты; применение аппаратов
с дистанционным управлением.
Численные значения пределов
доз устанавливаются на уровнях,
исключающих возможность возникновения
детерминированных эффектов облучения
и, одновременно, гарантирующих настолько
низкую вероятность возникновения
стохастических эффектов облучения, что
она является приемлемой как для
отдельных лиц, так и для общества
в целом.
Для лиц категорий А
и Б пределы доз устанавливаются
в терминах индивидуальной годовой
эффективной дозы внешнего и внутреннего
облучения и эквивалентных доз
внешнего облучения (предел годовой
эффективной дозы и пределы эквивалентной
дозы внешнего облучения). Ограничение
облучения лиц категории В (население)
осуществляется введением пределов
годовых эффективной и эквивалентных
доз в критической группе лиц
категории В. Последнее означает,
что значения годовой дозы облучения
лиц, которые входят в критическую
группу, не должно превышать предела
дозы, установленного для категории
В.
С пределом дозы сравнивается
сумма эффективных доз облучения
от всех индустриальных источников излучения.
В эту сумму не включают:
дозу, которую получают при
медицинском обследовании или лечении;
дозу облучения от природных
источников излучения;
дозу, связанную с аварийным
облучением населения;
дозу облучения от техногенно-усиленных
источников природного происхождения.
Дополнительно к пределу
годовой эффективной дозы устанавливаются
пределы годовой эквивалентной
дозы внешнего облучения отдельных
органов и тканей:
- хрусталика глаза;
- кожи;
- кистей и стоп.
Устанавливается следующий
перечень допустимых уровней (ДУ), которые
относятся к радиационно-гигиеническим
регламентам первой группы.