Экзаменационная программа курса

" ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ"

1. Различные виды ионизирующих излучений. Дозы: экспозиционная поглощенная, эквивалентная, эффективная.

Поглощенная доза –

Летальная доза:

2 Гр – можно умереть;

6 Гр – выживаемость 30 %;

10 Гр – выживание невозможно.

Эквивалентная доза.

Для α –излучения

Для β –излучения

Для γ –излучения

Персонал категорий:

«А» - Работники АЭС, 100 мЗв за 5 лет, не более 50 мЗв в год.

«Б» - Вспомогательный персонал на АЭС, 25 мЗв за 5 лет, не более 12, 5 мЗв в год (в 4 раза меньше ￪)

«Население» - 5 мЗв за 5 лет.

Эффективная эквивалентная доза.

2. Основные характеристики детекторов ионизирующих излучений. (стр. 111)

1. Трековые (позволяют увидеть трек частицы)

2. Сцинтилляционные (для количественного измерения интенсивности излучения)

3. Спектрометры

Эффективность детектора – это отношение зарегистрированных частиц к числу частиц пролетающих через детектор.(в %)

Пространственное разрешение – это минимальное расстояние на котором две частицы будут различимы.

Временной интервал – это время когда 2 частицы различаются как разные.

Мертвое время – время, после регистрации 1 частицы, детектор не может регистрировать другие.

Время восстановления – время за которое чувствительность детектора восстанавливается.

Время обработки сигнала – время нужное компьютеру для интерпретации сигнала.

3. Трековые детекторы ионизирующих излучений.

1) Камера Вильсона:

В камере Вильсона используется пересыщенный пар. Пересыщенный пар создается понижением давления (втягивание поршня). Камера готова.

Частица с высокой энергией, влетает в камеру, передаёт свою энергию молекулам пара, ионизируя их и усиливая флуктуации в среде, В результате чего образуется зародыш жидкой фазы (размером необходимым для дальнейшего роста). В итоге пролетевшая частица, обладающая большой энергией, оставляет след из центров конденсации - трек. Трек фотографируется. Накладывая магнитное поле, можно определить по поведению частицы: её знак заряда, отношение заряда частицы к её массе.

«+» - Простота конструкции; Приемлемое пространственное разрешение (< 1 мм); наглядность получаемого изображения.

«-» - Сложная организация процесса создания чувствительного объёма; малая плотность рабочей среды (малая тормозящая способность); трудоёмка обработка фотосъёмки.

2) Диффузионная камера:

Создается вертикальный градиент температур (t_верх> t_ниж). Это необходимо для того, чтобы создать плотные слои внизу, конвективные потоки отсутствуют. Спирт испаряясь, диффундирует вниз, в холодную область, где становится пересыщенным. Поэтому чувствительным элементом является нижняя облать.

«+» - Позволяет работать при больших давлениях, увеличивая тормозящую способность среды.

«-» - Расположение только вертикальное (нельзя детектировать космические лучи); нельзя внутрь помещать какие-либо еще объекты; требуется толстое стекло во входное окно (т.к. внутри высокое давление) из-за чего трудно избежать рассеяния; камера фиксирует «всё подряд» и начальное излучение тоже.

3) Пузырьковая камера:

Жидкость удерживается от кипения повышенным давлением, затем давление уменьшают и жидкость оказывается в перегретом состоянии. Частица, пролетающая через камеру, создает в объёме центры кипения. Вокруг центров образуются пузырьки и производится съёмка.

«+» - Плотность среды выше чем в диффузионной (для торможения частиц); хорошее пространственное разрешение (десятки микрометров).

«-» - Трудоёмка обработка фотосъёмки; плотность среды недостаточна для полного торможения частиц.

4) Фотоэмульсионные детекторы:

Принцип действия как у фотопленки. Вторичные электроны, образовавшиеся в результате взаимодействия ионизирующей частицы с эмульсией, восстанавливают положительные ионы серебра до нейтрального состояния, далее при фиксации изображение галоидное серебро растворяется и удаляется, остаются только кристаллы чистого серебра.

«+» - Хорошее торможение энергичных частиц; пространственное разрешение составляет несколько микрометров.

«-» - Большое время обработки среди трековых детекторов, и недостаточная наглядность.

5) Стримерная камера:

Частица влетает в камеру наполненной газом, в результате столкновения с молекулами и атомами газа, в камере будут образовываться ионы и электроны. После пролета частицы накладывается внешнее электрическое поле, то электроны разгоняясь в нем и ионизируя газ, станут источником образования электронных лавин, которые могут перерасти в стриммеры, если объемный заряд лавин станет достаточным для создания существенного электрического тока (по сравнению с внешним).

Выключив напряжение и сфотографировав изображение светящихся объектов, можно получить трек прошедшей через камеру частицы.

«+» - Пространственное разрешение как у камеры Вильсона; имеет более меньшее время восстановления (10 мкс) т.к. удаляются электроны.

«-» - Трудность выбора источника напряжения (Должен обеспечивать высокую амплитуду импульса, высокую скорость роста импульса напряжения, достаточную высокую скорость снятия напряжения. Импульсные генераторы такой мощности вносят большие помехи на экспериментальную аппаратуру)

4. Устройство и принцип работы ионизационной камеры. (стр. 122)

Изменяя ток, можно найти число актов ионизации в единицу времени. Умножая эту величину на энергию ионизации, можно получить суммарное количество энергии теряемое ионизирующим излучением в единицу времени. Найдя число ионизирующих частиц, прошедших через камеру (с помощью трекового детектора), можно найти теряемую энергию 1 частицы.

Токовая ионизационная камера:

Импульсная ионизационная камера:

Отличие от токовой в том, что измеряются импульсы напряжения на сопротивлении R, вызванные прохождением заряженных частиц в ионизационной камере

5. Устройство и принцип работы пропорционального счетчика. (стр. 124)

6. Устройство и принцип работы счетчика Гейгера. (стр. 126)

Геометрия счетчика Гейгера аналогична геометрии пропорционального счетчика: цилиндрическая проволочка – анод, окруженная катодом. Поле сильно неоднородно. Разряды горящие в сильно неоднородном поле (коронные заряды), возникают в счётчике Гейгера. Коронные разряды могут гореть на изолированных электродах: второй электрод может быть удален настолько, что не будет оказывать на разряд никакого влияния, также возможно существование самостоятельных разрядов.

Несамогасящийся – в цепь СГ включается нагрузочный резистор с большим сопротивлением, и при росте тока в цепи за счет ионизации «сработало» ЭДС источника и уменьшило падение напряжения на счетчике. Напряжение на счетчике уменьшается настолько, что невозможно лавинное размножение электронов.

Самогасящийся – в СГ вводятся специальные добавки (молекулы спирта или галогены), которые присоединяют к себе электроны, и таким образом снижать интенсивность электронных лавин. Интенсивность вторичных процессов снижается и они не могут поддерживать самостоятельный разряд, и он гасится.

7. Устройство и принцип работы сцинтилляционного детектора и сцинтилляционного спектрометра. (стр. 129)

Принцип действия основан на использовании веществ способных испускать световые вспышки при прохождении сквозь них ионизирующего излучения. Вещества – сцинтилляторы, вспышки – сцинтицилляции, явление – люминесценция.

Люминесценция:

1. Флуоресценция – излучение, продолжающееся во время внешнего облучения.

2. Фосфоренция – излучение, продолжающееся после прекращения внешнего облучения.

Сцинтилляционная эффективность – энергия световой вспышки отнесенная к энергии поглощенной в среде энергии частицы. [в %]. СЭ зависит от вида поглощаемого сцинтиллятором излучения.

Техническая эффективность сцинтиллятора – энергия вспышки, вышедшей из сцинтиллятора отнесенной к общей энергии, оставленной частицей в сцинтилляторе.

Сцинтицилляторы бывают твердые, жидкие и газообразные.

8. Закон радиоактивного распада. (стр. 20)

Радиоактивный распад – это самопроизвольное превращение ядра одного типа в другое сопровождающееся испусканием различных частиц и γ –квантов.

где N - число радиоактивных ядер;

λ - постоянная распада [1/c].

– t=0; N=N₀.

– период полураспада.

Активность – число распадов в источнике за единицу времени.[1 Бк = 1 распад/сек = 1/с]

1 Ku = 3, 7∙ 10¹⁰ Бк (интенсивность 1 г радия)

9. Альфа-распад, его основные закономерности. (стр. 23)

Альфа-распад – радиоактивное превращение ядра, сопровождающееся испусканием α –частицы - ядра гелия ₂⁴He.

α –распад возможен только у тяжелых ядер (примерное массовое число A = 140); для большинства элементов энергия распада лежит в пределах 4-9 МэВ.

Энергетический спектр α –частиц дискретный.

Теоретическое описание α –распада возможно на основе рассмотрения туннельного перехода α –частицы сквозь энергетический барьер дочернего ядра.

Период полураспада связан с энергией законом Гейгера-Нетолла и меняется в широких пределах.

10. Бета-распад, его виды и основные закономерности. (стр. 33)

β -распад – распад, включающий взаимодействие ядра с β –частицей – электроном или позитроном.

Процесс β -распада сопровождается испусканием элементарной частицы – нейтрино или антинейтрино; энергия распада распределяется в пропорции между β -частицей и нейтрино.

Виды β –распада:

1. Электронный (β ^--распад). Исходное ядро испускает электрон и антинейтрино, превращаясь в ядро с тем же массовым числом и зарядом большим на 1:

2. Позитронный (β ⁺-распад). Исходное ядро испускает позитрон и нейтрино, превращаясь в ядро с тем же массовым числом и зарядом меньшим на 1:

3. Электронный (е-захват). Исходное ядро поглощает один из электронов оболочки с испусканием нейтрино, образуется в ядро с тем же массовым числом и зарядом меньшим на 1:

11. Гамма-излучение и внутренняя конверсия ядер. (стр. 40)

γ -излучение – поток γ –квантов, испускаемых возбуждёнными ядрами; возбуждение ядер образуется, в результате реакции радиоактивного распада.

Метастабильное состояние – это состояние с ограниченной стабильностью.

Конкурирующим механизмом снятия возбуждения ядра является внутренняя конверсия ядер.

Внутренняя конверсия – процесс, при котором энергия возбужденного ядра может передаваться электрону из атомной оболочки, если эта энергия превышает энергию связи электрона, электрон оторвется. Испущенные электроны называются – электронами внутренней конверсии.

Атом, испустивший конверсионный электрон. Освободившееся место заполняется электроном с более высокого уровня с выделением энергии. Эта энергия передастся электрону оболочки и если окажется выше его энергии связи, то электрон покинет атом образовав вакансию (Оже-эффект).

Внутренняя конверсия приводит к образованию вакансий на внутренних уровнях атома, заполнение вакансий может привести к каскадному образованию на высоких уровнях (Оже-эффект), сопровождающемуся излучением электронов (Оже-эффект).

12. Прохождение заряженных частиц через вещество: ионизационные потери и тормозное излучение.

13. Прохождение гамма-квантов через вещество: фотоэффект, эффект Комптона, эффект образования пар. Эффект Мессбауэра. (стр. 98, 107)

Фотоэффект – явление поглощения γ –кванта атомом (или ионом) с испусканием электрона.

Эффект Комптона – явление в котором при рассеянии излучения на легких частицах происходит уменьшение частоты рассеянного излучения по сравнению с частотой падающего. Чем легче частица, тем большую кинетическую энергию передаст ей фотон и тем больше изменится её частота.

Рассеянный эффект Комптона – рассеянные кванты имеют большую энергию, чем исходные.

Эффект образования пар – заключается в образовании пары «электрон - позитрон».

Эффект Мессбауэра – процессы испускания и поглощения –квантов при низких температурах происходят практически без отдачи энергии, и сдвига линий испускания и поглощения практически нет, что обеспечивает возможность резонансного поглощения.

14. Линейный и массовый коэффициент ослабления. Способы их определения.

15. Фактор накопления. Способы его определения.

Фактор накопления –вклад рассеянного излучения.

Фактор накопления зависит от энергии γ –излучения, атомного номера и толщины защитного материала, расположения источника и детектора по отношению к защите, геометрии и компоновки защиты.

16. Основные положения НРБ-99/2009. (стр. 156)

НРБ-99 – нормы радиационной безопасности для РФ. Эти нормы не распространяются на источники излучения, создающие эффективную дозу H_E ≤ 10 мкЗв в год, и годовые индивидуальные эквивалентные дозы в коже H ≤ 50 мЗв, хрусталике H ≤ 15 мЗв, коллективную эффективную дозу S_E ≤ 1 чел-Зв.

Требования не НРБ-99 не распространяется на космическое излучение, а также на внутренне облучение природным долгоживущим изотопом.

Ответственность несут юр. лица, получившие лицензию на использование источников ионизирующего излучения. Ответственность за облучения населения природными источниками несет администрация территорий и субъектов РФ.

Категории облучаемых:

1) Персонал – лица, работающие с техногенными источниками (А) или испытывающие его воздействие (Б)

2) Население

Первый класс нормативов содержит значения основных дозовых пределов техногенного облучения в контролируемых (не аварийных) условиях, не включающие дозы от природных медицинских источников, а также радиационных аварий.

Второй класс включает допустимые уровни монофакторного облучения. Внешнее облучение одним единственным видом облучения, а также внутреннего облучения через органы дыхания и пищеварения.

Третий класс значения контрольных доз и уровней облучения, устанавливаемые администрацией учреждения по согласованию с органами Госкомсанэпидемнадзора. Устанавливаемые значения меньше допустимых и могут быть определены с помощью ALARA.

Эффективная доза за период трудовой деятельности (50 лет) не должна превышать 1 Зв. Пожизненная (70 лет) для населения – 70 мЗв.

17. Защита от внешних источников гамма-излучения. Предельно допустимая мощность экспозиционной дозы. Универсальные защитные таблицы.

– предельно допустимая доза, [мкР/с], по НРБ-99. t – время работы с источником в сутки, [ч].

– кратность ослабления.

К < 1 – защита не нужна.

К > 1 – защита нужна.

Наиболее эффективный способ уменьшения получаемой дозы, является увеличение расстояние от источника (защита расстоянием). Также возможно применение источника с меньшей активностью (защита активностью) или уменьшение времени работы с источником (защита временем.)

18. Методы расчета толщины защиты от точечного, плоского и объемного источников

гамма-излучения.

· Точёный источник – это источник, размеры которого намного меньше, чем расстояние до детектора, измеряющего мощность источника.

– предельно допустимая доза. [мкР/с]

– кратность ослабления.

К < 1 – защита не нужна.

К > 1 – защита нужна.

· Плоский источник – это источник, для которого можно пренебречь взаимодействием γ -квантов с излучающем слое.

· Объёмный источник – это источник, для которого невозможно пренебречь поглощением γ -квантов в излучающем слое.

Толщина защиты зависит от А, Г, R, t, E_γ .

19. Расчет доз внутреннего облучения. (стр. 200 или 209)

20. Кривые " доза-эффект". Радиобиологический парадокс. Теория попадания и концепция мишени.

21. Прямая инактивация молекул. Влияние кислорода и температуры на прямую инактивацию молекул.

22. Косвенная инактивация молекул. Эффект Дейла.

23. Детерминированне Лучевые синдромы: костномозговой, кишечный и церебральный. Степени резистентности организмов к различным синдромам.

24. Стохастические эффекты облучения.