Меню

Методика измерения мощности экспозиционной дозы



Методика измерения мощности экспозиционной дозы

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ДОЗЫ
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ

Опыт использования в 1997-99 гг. “Временной учебной методики измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности ВУМ-1-96” [1] подтвердил ее полезность при организации и проведении практических занятий с учащимися средней школы, интересующимися радиоэкологическими проблемами. Помимо закрепления азов метрологической культуры, методика гармонизировала процесс выполнения измерений, обработки результатов и использования полученной радиоэкологической информации.

Представленная ниже методика измерения МИ-2000 – это частично переработанная и дополненная с учетом норм радиационной безопасности (НРБ-99) [2] ВУМ-1-96, ориентированная на бытовой дозиметр-радиометр АНРИ-01 [3]. Последнее – вынужденный шаг, вызванный тем, что дозиметры ИРД-02Б1, на которые, в основном, была рассчитана ВУМ-1-96, серийно уже не выпускаются, а имевшиеся экземпляры, использовавшиеся в школах г. Гатчины и района, пришли в полную негодность.

Примечание. Дозиметр-радиометр АНРИ-01 “Сосна” выпускается серийно. Приобрести его можно через предприятие “ИЗОТОП” (191002, СПб, Загородный пр., д. 13)

2. Основные термины и определения

Доверительный интервал – доверительные границы случайной погрешности результата измерения – это тот интервал, в который с заданной (принятой исследователем) вероятностью должно попасть среднее арифметическое значение при бесконечном (теоретическом) увеличении количества единичных наблюдений.

Доза поглощенная (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

где de – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, dm – масса вещества в этом объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленному на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название – грей (Гр).

Доза эквивалентная – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, WR :

где DT,R – поглощенная доза в органе или ткани T, WR – взвешивающий коэффициент для излучения R. Для фотонов и электронов WR, т.е. W g и We равны 1. Единицей измерения эквивалентной дозы является Дж/ кг, имеющий в этом случае специальное наименование зиверт (Зв). Используют дольные единицы: миллизиверт, мЗв, 1 мЗв = 10 -3 Зв; микрозиверт, мкЗв, 1 мкЗв = 10 -6 Зв.

Естественный радиационный фон, сокращенно естественный фон – мощность дозы, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, в воде.

Ионизирующее излучение – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разных знаков.

Кроки (в топографии) – наскоро набросанный по глазомерной съемке план местности, выражающий ее общий характер и выделяющий наиболее важные местные предметы (дороги, здания и т.п.).

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час). Единица измерения мощности эквивалентной дозы является Зв/с, а дольная единица – микрозиверт в час (мкЗв/ч).

Примечание. При использовании дозиметров, шкалы которых размечены в единицах, так называемой, экспозиционной дозы(или мощности дозы), т.е. в рентгенах (Р) или Р/ч, мР/ч, мкР/ч, для интерпретации их показаний в зивертах и соответствующих дольных единицах, следует помнить, что экспозиционной дозе (в воздухе) 1Р соответствует эквивалентная доза (в биологической ткани) 9,6 мЗв, и при показаниях такого дозиметра, например, 15 мкР/ч, с небольшой погрешностью

4 % можно считать, что для биологической ткани это соответствует 0,15 мкЗв/ч. В частности, при использовании АНРИ-01 его показания в мР/ч следует умножать на 10, чтобы получать значения мощности эквивалентной дозы в мкЗв/ч.

Нуклид – вид атомов с данным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся массовым числом А (атомной массой) и атомным номером Z.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида (радионуклида) в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.

Фотон, фотонное излучение – квант (частица) гамма- и рентгеновского излучений. Фотонное излучение – собирательное название для гамма- и рентгеновского излучений.

Электронвольт, мегаэлектронвольт (МэВ) – внесистемная единица энергии ионизирующей частицы: 1 эВ = 1,602 10 -19 Дж; 1 МэВ = 1,602 10 -13 Дж.

3. Методика измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности МИ-2000

Методика устанавливает порядок выполнения измерений, обработки и оформления результатов измерений в учебно-практических целях. Методика рассчитана на учащихся старших классов средней школы.

Для выполнения измерений используется дозиметр АНРИ-01 (далее дозиметр). Дозиметр предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения. Дозиметр позволяет оперативно обнаружить загрязненность радионуклидами или найти источник ионизирующего излучения.

Технические характеристики и описание дозиметра изложены в руководстве по его эксплуатации. В частности, дозиметр обеспечивает измерение мощности эквивалентной дозы от 0,1 до 99,99 мкЗв/ч при энергии фотонов гамма-излучения в диапазоне от 0,06 до 1,25 МэВ.

Читайте также:  Работа это интеграл от мощности

Дозиметр должен иметь свидетельство о государственной поверке, выданное органами Госстандарта.

Погрешность методики измерений определяется погрешностью дозиметра АНРИ-01. МИ-2000 обеспечивает выполнение измерений для 95% доверительного интервала с погрешностью, не превышающей 43%.

Изменение чувствительности дозиметра при постоянной мощности дозы в зависимости от энергии регистрируемого излучения в диапазоне от 0,06 до 1,25 МэВ не более чем ± 30% от значения, полученного от источника ионизирующего излучения – цезия-137 (энергия излучения 0,66 МэВ).

Измерение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности выполняют методом измерения скорости счета импульсов, возникающих в газоразрядных счетчиках (СБМ-20) под действием гамма-излучения.

Измерения могут производиться: при температуре окружающего воздуха от — 5 до + 40°С; при относительной влажности воздуха до 98%.

При выполнении измерений мощности эквивалентной дозы на местности необходимо соблюдать требования «Норм радиационной безопасности НРБ-99» и «Основных санитарных правил ОСП-72/87» [4].

Требования к квалификации операторов

К самостоятельному выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие образование в объеме физико-математической программы старших классов средней школы, прошедшие учебно-тренировочные занятия под руководством специалистов-профессионалов в области дозиметрии и радиометрии ионизирующих излучений.

Подготовка к выполнению измерений

Изучить до начала работы руководство по эксплуатации дозиметра АНРИ-01, принцип работы дозиметра и назначение органов управления дозиметром.

Произвести внешний осмотр дозиметра. Установить выключатель питания в положение «выключено», открыть крышку отсека питания и установить элемент “Корунд” (или аналогичный). Закрыть крышку отсека питания.

Экран — заднюю крышку дозиметра не снимать, проверить правильность положения ее фиксатора.

Включить дозиметр, установив выключатель питания в положение «ВКЛ», а переключатель режима работы в положение “МД”.

При правильном функционировании дозиметра на цифровом табло должна появиться индикация 0,000, сопровождаемая коротким звуковым сигналом.

Проверить исправность электронной пересчетной схемы и таймера дозиметра, для чего нажать и удерживать до окончания тестирования кнопку “КОНТР.” Кратковременно нажать кнопку “ПУСК”. На табло между цифрами должны появиться три точки и начаться отсчет чисел. Через (20±5) секунд отсчет чисел должен прекратиться, а на табло должно появиться число 1.024 или 0.512 в зависимости от модификации дозиметра, сопровождаемое коротким звуковым сигналом.

Проверить работоспособность преобразователя напряжения и счетчиков дозиметра, нажав кнопку “ПУСК”. Через (20±5) секунд, при естественном, неизмененном фоне гамма-излучения от 0.05 до 0.20 мкЗв/ч, на табло должно появиться число от 0.005 до 0.02, сопровождаемое коротким звуковым сигналом.

Примечание. Если при проведении проверок индицируются числа, отличные от указанных выше, или число, меньшее 0.005, то дозиметр неисправен, и его следует отправить в ремонт; если при первичном включении дозиметр издает постоянный звуковой сигнал, то необходимо установить новый элемент питания.

Разместить дозиметр на высоте 1 м от поверхности грунта в выбранной точке измерений экраном вниз, к земле.

Через 25 секунд снять показания на цифровом табло в микрозивертах в час, умножив для этого исходные показания на 10.

Пример: Показания на цифровом табло 0,014 означают, что мощность эквивалентной дозы составляет 0,14 мкЗв/ч.

Снять (записывая) пять показаний в данной точке измерения.

При поиске местонахождения источника ионизирующего излучения следует медленно перемещать дозиметр в направлении повышения показаний, делая 25-секундные паузы. При перемещениях дозиметр следует держать таким образом, чтобы экран был направлен в сторону предполагаемого источника.

Примечание. В тех случаях, когда радиационный фон значительно выше естественного, дозиметр можно использовать в режиме “ПОИСК”. Для этого переключатель режима работы ставят в положение “Т” и контроль уровня гамма-излучения ведут на слух, по частоте следования звуковых сигналов. При естественном, неизмененном фоне гамма-излучения дозиметр подает 1-6 или 3-12 звуковых сигналов в минуту, в зависимости от модификации.

Обработка и оформление результатов измерений

Показания дозиметра записывают в карточку регистрации (форма карточки приведена в Приложении).

Вычисляют среднее значение показаний , записывают его в соответствующую графу карточки.

Вычисляют полную погрешность измерений D по формуле:

где d — основная погрешность, принимаемая равной 30%; d э — погрешность, связанная с энергетической зависимостью показаний дозиметра, принимаемая равной 60% при неизвестной энергии регистрируемого гамма-излучения и равной, если энергия Еg регистрируемого излучения известна, 50|Е g –0,66|% при 0,06 g техногенном облучении населения.

Мощность дозы естественного фона составляет 0,15 мкЗв/ч и, в зависимости от местных условий, может меняться в два раза. Некоторые горные породы, например, гранит, радиоактивны и поэтому создают повышенный естественный фон. Вплотную к гранитной поверхности мощность дозы может возрасти на 0,15 мкЗв/ч.

Для населения, проживающего вблизи атомных электростанций и предприятий установлен предел годовой дозы 5 мЗв. Этой величине соответствует постоянная в течение года мощность дозы на открытой местности 0,6 мкЗв/ч. С учетом того, что часть времени человек находится внутри зданий, которые ослабляют излучение в два и более раз, мощность дозы на открытой местности может быть 1,2 мкЗв/ч.

Читайте также:  Источник реактивной мощности регулируемый реактор

Если мощность дозы превышает 1,2 мкЗв/ч, рекомендуется покинуть данное место или, если есть необходимость находиться на нем, то пребывание следует ограничить шестью месяцами в год; при мощности дозы 2,5 мкЗв/ч, – тремя месяцами в год, а при 7 мкЗв/ч, – одним месяцем.

Эффективность усвоения МИ-2000 может быть достаточно высокой, если при изучении ее и использовании не ограничиваться имитационной игрой на радиационно-чистой местности, а проводить занятия в учебном лагере на своеобразном метрологическом полигоне, например, на участках местности, сохранивших Чернобыльский след, с хорошо изученными радиационными характеристиками [5] или на специальной учебной площадке типа гаммадрома [6].

Карточка регистрации мощности дозы гамма-излучения

    Миронов Ю.Т. Временная учебная методика измерения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на местности ВУМ-1-96. В сб. “Экология. Безопасность. Жизнь”. Вып.4. Гатчина. 1997 г. с.70.

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).М. Минздрав России, 1999 г.

Дозиметр-радиометр бытовой АНРИ-01 “Сосна”. Руководство по эксплуатации, 1993 г.

Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (ОСП-72/87). М. Энергоатомиздат. 1988 г.

Юдин М.Ф. и др. Измерение активности радионуклидов.. СПб. ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. 1997 г. с. 328.

Источник

Определение мощности экспозиционной дозы

Цель работы: изучить характеристики дозиметрических приборов “Мастер-1” и АНРИ 01-02 “Сосна” и научиться с их помощью измерять мощность экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза — это отношение приращения суммарного заряда всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, которые первоначально были образованы фотонами гамма-излучения в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в этом объеме

, (1.1)

Отличительные особенности экспозиционной дозы заключаются в том, что она определяется только в воздухе и образуется под действием только гамма-излучения.

Системная (СИ) единица экспозиционной дозы — 1 Кл/кг (кулон на килограмм), внесистемная единица — 1 Р (рентген).

1 Кл/кг = 3,88·10 3 Р.

Мощность экспозиционной дозы — это отношение приращения экспозиционной дозы за интервал времени к этому интервалу времени:

, (1.2)

Мощность экспозиционной дозы обычно выражается во внесистемных единицах — Р/ч (рентген в час), мР/ч (миллирентген в час), мкР/ч (микрорентген в час).

1 Р/ч = 10 3 мР/ч = 10 6 мкР/ч; 1 мР/ч = 10 3 мкР/ч.

Системными единицами мощности экспозиционной дозы является 1А/кг (ампер на килограмм):

1 А/кг = 1,08·10 7 Р/ч = 1,08·10 13 мкР/ч.

Приборы, которые предназначены для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения, называются дозиметрами.

Большинство дозиметров определяют мощность экспозиционной дозы. Измерив мощность экспозиционной дозы, можно рассчитать величину экспозиционной дозы за любой интервал времени:

. (1.3)

Экспозиционная доза, которая создается естественными источниками, образует естественный фон на всей поверхности земного шара.

Естественный фон излучения — это мощность дозы ионизирующего излучения, создаваемая космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных элементов.

Космическое излучение, которое постоянно воздействует на атмосферу Земли, называется первичным. В составе первичного космического излучения обнаружены около 200 различных видов элементарных частиц, альфа-частицы, осколки легких ядер и фотоны с энергиями до 1012 МэВ.

Космическое излучение, которое достигает поверхности Земли после взаимодействия с атмосферой, называется вторичным и состоит из гамма-фотонов с энергией до 3 МэВ. Остальная энергия первичного космического излучения затрачивается на ионизацию верхних слоев атмосферы.

Естественными радиоактивными веществами считают те, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека. В первую очередь это долгоживущие (с большим периодом полураспада) радиоактивные элементы, которые образовались одновременно с образованием Земли: калий — 40 (период полураспада 1.3×10 9 лет), кальций — 48 (период полураспада 2×10 16 лет), рубидий — 87 (период полураспада 6.2×10 10 лет), олово — 124 (период полураспада 2×10 17 лет), теллур — 130 (период полураспада 1×10 21 лет), лантан — 138 (период полураспада 2×10 11 лет), висмут — 209 (период полураспада 3×10 17 лет), торий — 232 (период полураспада 1,4×10 10 лет), уран — 235 (период полураспада 1.13×10 8 лет), уран — 238 (период полураспада 4.5×10 9 лет), всего 23 элемента.

Торий — 232, уран — 235, уран — 238 являются родоначальниками трех естественных радиоактивных семейств (тория, актиния и урана), в которые входят 45 радионуклидов, образующиеся в результате последовательных альфа- и бета-распадов, с периодами полураспада от 3×10 -7 секунды (астат — 216) до 2.5×10 5 лет (уран — 234). Конечным элементом во всех трех семействах являются стабильные изотопы свинца — 206, 207, 208. К естественным радиоактивным элементам относятся также радионуклиды, образующиеся в верхних слоях атмосферы под действием первичного космического излучения: углерод — 14, сера — 35, хлор — 35, тритий (водород — 3), кислород — 18.

Читайте также:  Лучшие автопылесосы с высокой мощностью всасывания

В настоящее время известно более 100 естественных радионуклидов. Поскольку по химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, они обнаруживаются в растениях, а также организмах животных и человека.

В земной коре радионуклиды равномерно рассеяны, но могут быть сконцентрированы в виде месторождений. Максимальное содержание в земной коре имеет калий-40 — около 2.5 %, содержание тория-232 – 1,3×10 -3 %, содержание всех изотопов урана — 2,6×10 -4 %. Естественные радионуклиды содержатся в земной коре в количестве от 0,0005 (рений — 187) до 84 (рубидий — 87) грамма на тонну. Поэтому в величину естественного фона основной вклад вносит космическое излучение. Наибольшее влияние из естественных изотопов на величину естественного фона оказывает калий-40, затем следуют рубидий-87, уран-238, торий-232, уран-235, лантан-138. Остальные радионуклиды играют гораздо меньшую роль либо вследствие большого периода полураспада (10 16 — 10 21 лет), либо из-за очень низкого содержания в земной коре.

Следует отметить, что в смеси изотопов данного элемента содержание радионуклидов постоянно. Так, например, содержание калия-40 в смеси изотопов калия составляет 1,19×10 -2 %, рубидия-87 — 27.85 %. У висмута, тория и урана все изотопы радиоактивны.

Начиная с 1934 года, помимо естественных изотопов, были получены искусственные радионуклиды, которые образуются при бомбардировке стабильных ядер альфа-частицами или нейтронами в ядерных реакторах, а также в результате ядерных взрывов. Искусственным путем созданы радиоизотопы всех известных элементов.

В связи с этим образуется радиационный фон, который отличается от естественного.

Фон — это уровень ионизирующего излучения, который создается естественным фоном и искусственными источниками излучения.

В глобальном масштабе искусственными источниками являются источники выделения радионуклидов, которые были выброшены в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия и других видов техногенной деятельности.

В любом помещении измеряется фон, т.к. там посторонними источниками являются продукты распада естественных изотопов, содержащихся в строительных материалах, т.е. в результате деятельности человека происходит накопление радиоизотопов в помещении или вблизи зданий и сооружений. Кроме того строительные конструкции частично экранируют естественный фон. Фон в помещении, следовательно, может быть как больше, так и меньше естественного.

Естественный фон определяется не ближе 200 метров к любым зданиям и сооружениям.

Естественное фоновое значение мощности экспозиционной дозы для Беларуси составляет 10-20мкР/ч.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ: дозиметр бытовой “Мастер-1” (индикатор мощности дозы), дозиметр-радиометр бытовой АНРИ-01-02 “Сосна”.

Дозиметр бытовой “Мастер-1” предназначен для использования населением с целью контроля радиационной обстановки на местности в рабочих и жилых помещениях.

Прибор измеряет мощность экспозиционной дозы в диапазоне от 10 до 999 мкР/ч.

Основная погрешность измерения мощности составляет 30 %.

Время определения мощности экспозиционной дозы составляет 36 секунд.

Общий вид прибора “Мастер-1” приведен на рисунке 1.

1. Клипса-контакт, предназначенная для включения питания прибора.

2. Табло индикатора.

3. Кнопка «ПУСК» — для включения измерений.

Рисунок1.1 — Общий вид прибора «Мастер -1»

Дозимерт-радиометр бытовой АНРИ-01-02 “СОСНА” предназначен для индивидуального использования населением с целью контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях, в том числе:

· измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения (диапазон 0,01¸9,99 мР/ч);

· измерения плотности потока b-излучения с поверхностей (диапазон 10¸5000 част/(см 2 ×мин);

· оценки объемной активности радионуклидов в жидких и твердых веществах (диапазон по Cs-137: 10 -7 ¸10 -6 Кu/л (10 3 ¸10 4 Бк/л)).

Общий вид прибора АНРИ-01-02 “Сосна” приведен на рисунке 2.

1. Цифровое жидкокристаллическое табло.

2. Выключатель питания.

3. Переключатель режимов работы.

4. Кнопка «КОНТР» — контроль работоспособности прибора.

5. Кнопка «ПУСК» — включения измерения.

6. «СТОП» — выключения измерений в режиме работы «Т».

7. Задняя крышка прибора.

8. Фиксатор задней крышки прибора.

Рисунок 1.2 — Общий вид прибора АНРИ-01-02 «Сосна»

Результаты измерений, полученные с помощью приборов “Мастер-1” и АНРИ-01-02 “Сосна”, не могут быть использованы для официальных заключений государственными органами.

Порядок проведения работы

3.1 Измерение мощности экспозиционной дозы с помощью дозиметра “Мастер-1”

1. Включить прибор, для чего освободить клипсу-контакт (поз.1 на рис.1) от изоляционного материала.

2. Для проведения измерения нажмите кнопку “Пуск” (поз.3 на рис.1) , при этом на цифровом табло должны появиться цифры 0.00, а справа от цифр мигающий знак “СЧ”.

3. Через 36 секунд счет импульсов прекращается, на табло устанавливается число, которое нужно умножить на 100, чтобы получить значение мощности экспозиционной дозы в микрорентгенах в час (мкР/ч).

4. Повторить измерения 8 раз, нажимая кнопку “Пуск” после завершения очередного подсчета импульсов.

5. Полученные результаты занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 — Мощность экспозиционной дозы, мкР/ч

Источник