Дозиметрия ядерных излучений

1. Лекция: Дозиметрия ядерных излучений ПЛАН: 1. Доза излучения, виды доз и единицы их измерения. 2. Методы дозиметрии ядерных

Дозиметрия
ядерных излучений
Лекция:
ПЛАН:
1. Доза излучения, виды доз и
единицы их измерения.
2. Методы дозиметрии ядерных
излучений.
3. Практическое значение
дозиметрии ионизирующих
излучений

2. Взаимосвязь двух величин – активности и дозы излучения

d
Взаимосвязь двух величин –
активности и дозы излучения
Радионуклиды
излучение
Количественная мера
содержания
радионуклида
Активность (А)
Бк, Ки
число расп. ядер атомов
Объект воздействия
воздействие
излучения
Доза (Д)
Р, Гр, рад, Зв, бэр,
– внешнее или внутреннее
облучение
– вид и Е излучения
– время воздействия
– расстояние
– радиочувствительность объекта

3. Дозиметрия (от греч.dosis-доза, порция +metro-измерять)

d
Дозиметрия (от греч.dosis-доза,
порция +metro-измерять)
Дозиметрия – раздел радиологии, занимающийся
вопросами измерения дозы, мощности дозы
ядерного излучения с помощью различных методов
и приборов.
• Задачи дозиметрии:
1. Регламентация ПДУ внешнего и внутреннего облучения
человека - 17мР/сутки
2. Контроль за уровнем радиоактивного загрязнения в любой
местности, на любых территориях;
3. Контроль защитных сооружений, применяемых с целью
радиационной безопасности в радиологических учреждениях;
4. Осуществление индивидуального дозиметрического контроля
персонала.

4.

d
Дозиметрия :
Чем больше Е излучение передаст тканям, тем
больше будет повреждений в организме.
Доза – это количество энергии ядерного
излучения от радиоактивного источника, которое
поглощает облучаемый объект (воздух, организм
человека, животного…).
Основные дозы:
1. Экспозиционная доза ( Х );
2. Поглощенная доза ( Д );
3. Эквивалентная доза ( Н ).

5. Основные виды доз ядерных (ионизирующих) излучений:

d
Основные виды доз ядерных
(ионизирующих) излучений:
1. Экспозиционная доза ( Х ) – количество
энергии, испускаемое радиоактивным источником
во внешнюю среду.
•Экспозиционная доза – характеризует
ионизирующую способность
рентгеновского и γ–излучения в воздухе.
Единицы измерения : в системе СИ – 1 Кл/кг;
•1 Кл/кг – это такое количество рентг. или
гамма-илучения, которое взаимодействуя с
атомами массы воздуха в 1 кг, образует ионы
зарядом в 1 кулон электричества каждого знака
при нормальных условиях (0о С, 760 мм. рт. ст.)

6. Внесистемная единица - Рентген

d
Внесистемная единица - Рентген
1Р – это такая доза рентгеновского или
гамма –излучения, которая в 1см3 воздуха
при нормальных условиях образует ионы,
несущие заряд в 1 элект.ст.ед.
электричества каждого знака.
• 1Р = 2,58 • 10 –4 Кл/кг
Энергетический эквивалент Рентгена:
1Р=88 эрг/г
мР = 10-3 Р; мкР = 10-6 Р

7. Мощность экспозиционной дозы:

d
Мощность экспозиционной дозы:
• Это доза отнесенная к единице времени.
Р = Х / t,
т.е. Кл / кг/ сек
• В системе СИ за единицу мощности
дозы принят 1 А/кг,
ДРГ-01Т1
т.к. Кулон/сек = Ампер (А)
Внесист. ед. : Р/час; Р/мин.
10 мкР/ч – 10 Р/ч

8.

Комплект индивидуальных дозиметров ДК-0,2 с
общим измерительным устройством (слева).

9. Основные виды доз (продолжение)

d
Основные виды доз (продолжение)
2. Поглощенная доза (D)– количество энергии
излучения, поглощенное в единице массы
вещества D = E / m
1 Дж/кг =1Гр (Грей) = 100 рад – системная единица
1 рад =0,01Гр– несистемная ед.
D = X х f;
f- для воздуха 0,88 ;
для воды и биол. тканей. - 0,96;
для костной ткани – 2 – 5.

10. Эквивалентная доза (H)

d
Эквивалентная доза (H)
Эквивалентная доза (H) – поглощенная
доза в органе или ткани, умноженная
на соответствующий дозовый
коэффициент, учитывающий
биологическое действие данного
вида излучения
H = D ОБЭ

11. ОБЭ - относительная биологическая эффективность ( или взвешивающий коэффициент)

d
ОБЭ - относительная биологическая
эффективность ( или взвешивающий
коэффициент)
• показывает во сколько раз эффективность
биологического действия данного вида
излучения больше, чем рентгеновского или
гамма-излучения при одинаковой поглощенной
дозе в тканях.
ОБЭ=Д неизвестного/Д рентген.

12. Взвешивающие коэффициенты ( ОБЭ) WR различных видов излучения

d
Взвешивающие коэффициенты ( ОБЭ) WR
различных видов излучения
Вид излучения
WR
γ-излучение
1
β-излучение
1
α-излучение, осколки деления
20
Нейтроны,
< 0,01 МэВ
0,01- 0,1 МэВ
0,1 - 2 МэВ
2 - 20 МэВ
> 20 МэВ
5
10
20
10
5
Протоны,
> 2 МэВ
5

13.

d
Единицы измерения эквивалентной дозы
1 Зв (Зиверт) – системная единица;
1 бэр (биологический эквивалент рада) несистемная единица
1 Зв = 100 бэр ; 1бэр = 0,01 Зв
1мЗв=10-3 Зв;
1мбэр = 10-3 бэр

14. Мощности доз:

d
Мощности доз:
• Мощность поглощенной дозы – доза в
единицу времени.
D/t
Системная единица: 1 Гр/с,
Вне системная единица: рад/час, рад/мин …
• Мощность эквивалентной дозы – доза в
единицу времени.
H/t
Системная единица: 1 Зв/с;
Вне системная единица: бэр/ час, бэр/мин...

15. О работе ученых:

d
О работе ученых:
• Л.Г.Грей – его имя присвоено крупнейшей
английской лаборатории, являющейся
международным научно-исследовательским
центром в области радиационной онкологии.
Р.М.Зиверт- по его инициативе
создана сеть станций наблюдения за
радиоактивным загрязнением внешней
среды на земном шаре.

16. Оперативный дозиметрический контроль

d
Оперативный дозиметрический контроль
Дозиметррадиометр ДКС-96 с
БДМГ-96
МАЭД: 0,1 мкЗв/ч – 10 Зв/ч
Счетчики СБМ-20 и СИ-34Г
Штанга 0,7 и 4 метра

17. Дозиметр РМ-1203М

d
Дозиметр РМ-1203М
• Диапазоны измерения:
• МАЭД: 0,1 мкЗв/ч – 2,0 мЗв/ч
• АЭД: 1,0 мкЗв –
100,0 Зв
• ИК-порт (опция)

18.

d
Для оценки радиационной безопасности
населения введены следующие дозы:
1. Эффективная эквивалентная (предельнодопустимая) доза облучения человека;
2. Коллективная эффективная
эквивалентная доза;
3. Годовая эффективная эквивалентная доза
4. Ожидаемая (полная) коллективная
эффективная эквивалентная доза;
5. Доза предотвращаемая.

19. Е - Эффективная эквивалентная доза

d
Е - Эффективная эквивалентная доза
1. Эффективная эквивалентная доза
(Е),– отражает суммарный эффект
облучения органов и тканей с учетом
их радиочувствительности.
Е=∑ Н х WТ - коэфф. радиац. риска
Ед.измерения– Зиверт (Зв), бэр=0.01Зв

20. Взвешивающие коэффициенты для различных органов и тканей Е= ∑Н х W

d
Взвешивающие коэффициенты для
различных органов и тканей Е= ∑Н х W
Органы и ткани
W
Гонады
0,20
Красный костный мозг, легкие,
толстый кишечник, желудок
0,12
Мочевой пузырь,
молочная железа, печень,
щитовидная железа
0,05
Клетки костных поверхностей,
кожа
0,01
Остальное
0,05

21. Основные виды доз (заключение):

d
Основные виды доз (заключение):
Единицы измерения
Виды доз
Система «СИ»
Внесистемные
единицы
Экспозиционная, Х
Кл/кг
Рентген (Р)
Поглощенная, D
Грей (Гр)
рад
Эквивалентная, H
Зиверт (Зв)
бэр
Эффективная
эквивалентная, E
Зиверт (Зв)
бэр

22. Дозы для оценки радиационной безопасности населения:

d
Дозы для оценки радиационной
безопасности населения:
2. Коллективная эффективная эквивалентная доза –
мера коллективного риска возникновения
стохастических эффектов облучения у группы
людей; она равна сумме индивидуальных
эффективных доз.
Ед. измерения - человеко-Зв.

23.

d
Вклад различных видов облучения населения
Российской Федерации в коллективную дозу
(%):
( по данным ЕСКИД за 2008г.)
Природные
источники
84,42
Глобальные
выпадения и
прошлые
радиационные
аварии
0,24
Эксплуатация ИИИ
0,04
Медицинское
облучение
15,30

24. Структура распределения доз медицинского облучения населения России (по данным ЕСКИД - форм гос. стат. наблюдения № 3-ДОЗ за

d
Структура распределения доз
медицинского облучения населения России
(по данным ЕСКИД - форм гос. стат. наблюдения № 3-ДОЗ за
2008г.) (мЗв,%):
РНИ -0,01;
1,9%
КТ - 0,10;
16,4%
Р/ск - 0,12;
19,6%
Прочие -0,04;
7,0%
Ф/г -0,11;
19,2%
Р/г - 0,21;
35,9%

25. Основные дозовые пределы (НРБ-99)

d
Основные дозовые пределы
(НРБ-99)
Нормируемые
величины
Дозовые пределы
лица из персонала
лица из населения
Эффективная 20 мЗв в год 1 мЗв в год
эквивалентная в среднем за любые в среднем за любые
последовательные последовательные
доза (ПДД)
Эквивалентная доза
за год:
в хрусталике глаза
в коже
в кистях и стопах
5 лет, но не более
5 лет, но не более
50 мЗв в год
5 мЗв в год
150 мЗв
500 мЗв
500 мЗв
15 мЗв
50 мЗв
50 мЗв

26. Дозы (продолжение):

d
Дозы (продолжение):
3. Годовая эффективная эквивалентная доза сумма эффективной эквивалентной дозы при
внешнем и внутреннем облучении, полученная за
календарный год.(Зв)
4. Ожидаемая (полная) коллективная эффективная
эквивалентная доза – которую получит
поколение людей от источника излучения за все
время существования данного источника.
5. Доза предотвращаемая – прогнозируемая доза,
вследствие радиационной аварии, которая может
быть снижена с помощью защитных мероприятий

27.

d

28. Расчет дозы от внешнего излучателя:

d
Расчет дозы от внешнего излучателя:
1) Х '
К А t
R
2
( р);
Кγ-гамма-постоянная;
K A
Х
р
( р / ч)
2
t
R
А-активность в мКи;
t-время действия излучения, в часах
R-расстояние от источника γ-излучения до объекта, в см.
Если А выражена в мг-экв.радия, то формула следующая:
8 .4 A t
Хэ
;
2
R

29. Дозы внутреннего облучения:

d
Дозы внутреннего облучения:
• Dγ = 0,032 Kγ .С0 ρ q Тэфф. (рад)
• Dβ = 73,8 Co Eβ Тэфф (рад)
• Dα = 73,8 Co Eα (ОБЭ) Тэфф. (рад)
0,032 и 73,8 – постоянные коэффициенты;
Kγ – гамма - постоянная изотопа, (Р/час);
Со – начальная концентрация изотопа в ткани, (м Ки / г );
ρ – плотность ткани, ( г\см3);
q – геометрический фактор;
Е – энергия частиц, (МэВ);
ОБЭ – взвешенные коэффициенты;
Тэфф – эффективный период полувыведения РН из организма, (сутки).

30.

d
Формула Гусева для внутреннего
облучения;
Dвнутр.= Со×Е×18,6 рад
Со-удельная радиоактивность
ткани Бк/кг;
Е-энергия излучения в МэВ
(для в- излуч. это Е-среднее)

31. Методы обнаружения и регистрации ядерных излучения

1. Методы, основанные на первичных
эффектах взаимодействия.
2. Методы, основанные на учёте
вторичных эффектов
взаимодействия.

32. Методы, основанные на первичных эффектах

d
Методы, основанные на
первичных эффектах
• 1. Ионизационные ( ионизация)
• 2. Сцинтилляционные ( возбуждение)

33.

d
Ионизационная камера
А
+
▬ К
Регистрирую
щее
устройство

34.

d
Вольтамперная характеристика
газоразрядных счетчиков
I
Ионизационные
камеры
Vн
Пропорцион.
счётчики
Кгу 103 104
Vп
Область ограниченной
пропорциональности
Область
пропорциональности
Область
тока
насыщения
Vоп
Область
Гейгера
Счётчики
ГейгераМюллера
Область
непрерывного
разряда
Кгу 108 1010
Vг
Vнепр.
V

35.

d
Пропорциональный счётчик
К-
К гу
n - общее количество ионов
n0 первичные ионы
А+
Кэф.≈ 15-28%

36.

d
Счётчик Гейгера-Мюллера
А
К
Слюдяное
окошко
К гу 108 1010

37.

d
Сцинтилляционный метод
Детектор : сцинтиллятор + ФЭУ
Сцинтилляторы бывают по составу:
1. Неорганические:
ZnS (Ag) – для регистрации α-излучения
NaJ (Tl) – для регистрации β- и γ-излучения
LiJ (Sn) – для регистрации нейтронов
2. Органические:
Монокристаллы антрацена (С14Н10 )
Монокристаллы стиблена (С14Н12 )
По агрегатному состоянию:
1. Твёрдые – NaJ (Tl), ZnS (Ag)
2. Жидкие – на основе толуола и диоксана
3. Пластические - на основе полистерола и поливинилтолуола
4. Газовые – гелий, неон, аргон

38.

d
Сцинтилляционный метод Кэф.≈ 98%
Основан на эффектах возбуждения и ионизации
Анод
Сильный электрический
импульс
Эмиттеры (или диноды) –
сплавы Al, Mg и S.
е
Фотокатод
(ионизация)
Фотоны
Сцинтиллятор (возбуждение)
γ-, β-излучение
РП

39.

d
Методы регистрации ядерных излучений,
основанных на вторичных эффектах
1. Фотографический метод
2. Химический метод
3. Калориметрический
4. Биологический

40. Фотографический метод

d
Фотографический метод
• Основан на способности ионизирующего
излучения вызывать восстановление
металлического серебра на фотопленке.
Степень почернения фотопленки
пропорциональна дозе излучения.
• На этом принципе основана работа
дозиметра ИФКУ - индивидуальный
фотоконтроль универсальный.

41. Химический метод

d
Химический метод
• Основан на способности ионизирующего
излучения вызывать химические
изменения ( цвета, плотности растворов.)
• Степень химических изменений
пропорциональна поглощенной энергии
излучения.( Ферросульфатный дозиметр,
ЦВИД).

42. Калориметрический метод

d
Калориметрический метод
• Основан на измерении тепловой энергии,
выделяемой при взаимодействии
излучения с веществом, с помощью
специальных калориметров.
• Используется в технологической
дозиметрии при очень больших дозах –
порядка сотен тысяч и миллионов рентген
(Р).

43. Методы дозиметрии и радиометрии ядерных излучений:

d
Методы дозиметрии и радиометрии
ядерных излучений:
1. Фотографический метод: применяют
ФОТОДОЗИМЕТРЫ.
2. Ионизационный метод: используют в общей и
индивидуальной дозиметрии ИОНИЗАЦИОННЫЕ КАМЕРЫ,
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СЧЕТЧИКИ.
3. Сцинтилляционный метод (вспышка, свечение под
воздействием излучения): применяют жидкие и твердые
сцинтилляционные счетчики.
4. Химический метод (изменение цвета, плотности
вещества, через которое проходит излучение).
5. Калориметрический метод ( часть поглощенной
энергии преобразуется в тепловую). Применяют для
измерения больших доз.

44. Индивидуальные ТЛД дозиметры

d
Индивидуальные ТЛД дозиметры
Нейтронные ТЛД «ДВН»

45. Устройство для обработки ТЛД-дозиметров – ДВГ-02Т

d
Устройство для обработки ТЛДдозиметров – ДВГ-02Т

46.

d
Средняя индивидуальная доза облучения населения в
разных странах

47. Виды гамма-съемки

d
Виды гамма-съемки
• Аэрогамма-съемка – разведка больших
территорий, поиск крупных аномалий
• Автомобильная гамма-съемка –
детализация аномалий, поиск локальных
источников
• Пешеходная гамма-съемка – составление
детальных картограмм местности и
площадей под застройку

48. Аэрогамма-съемка

d
Аэрогамма-съемка
• Вертолеты и малая авиация
• Большая эффективность регистрации
детекторов
• Высота полета 100-150 м
• Ширина коридора –
до 500 м
Гамма-сенсор АЭРО

49. Автомобильная гамма-съемка

d
Автомобильная гамма-съемка
• Устанавливается на автомобилях УАЗ, «Газель»,
«Нива», «Урал», «Камаз», внедорожниках
• Гамма-спектрометры сцинтилляционные или ППД
• Скорость движения в городе – не более 40 км/ч, за
городом 60-80 км/ч
• Зона просмотра не более 20 м
• Высота детектора над землей
1- 2 м
Гамма-сенсор

50. Пешеходная гамма-съемка

d
Пешеходная гамма-съемка
• В виде портативных спектрометров или
дозиметров
• Высота детектора над землей – 1 м
• Ширина зоны просмотра не более 10 м.
• Измерения проводятся
в узлах сетки с шагом 10 м.
Дозиметр-радиометр
ДКС-96Г

51. БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ

d
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ

52.

Биологические
базируются
методы
дозиметрии
на
определении
и
функциональных
морфологических
изменений, возникающих в организме под
влиянием облучения.
Величину дозы оценивают по уровню
летальности
лейкопении,
гиперемии
животных,
изменению
кожи,
степени
окраски
выпадению
и
волос,
появлению в моче дезоксицитидина и др.

53.

d
Тема: Дозиметрия ядерных (ионизирующих) излучений
Литература:
1. Белов А.Д. и др. Радиобиология. Учебник.- М.,
Колос, 1999.
2. Фокин А.Д., Лурье А.А., Торшин С.П.
Сельскохозяйственная радиологи. Учебник.
М., Доофа, 2005г. 367с.
3. Ильин Л.А. и др. Радиационная безопасность
и защита. Справочник.- М., Медицина, 1996.
4. Киршин В.А., Бударков В.А. Ветеринарная
противорадиационная защита. М.,
Агропромиздат, 1990г. 207 с.