Методи вимірювання та виявлення радіоактивного випромінювання на прикладі закритих приміщень

           Є три види доз : експозиційна, поглинена і еквівалентна. Доза випромінювання, іонізаційний ефект гамма-випромінювань в повітрі називається експозиційною. Саме її і вимірюють дозиметричними приладами. Вона характеризує джерело і радіоактивне поле, яке він створює. Це потенційна небезпека опромінення. Людина може увійти до цього поля і опромінитися, але може не увійти і, отже, не піддатися опроміненню. Але поле з певною дозою випромінювання залишається. Її вимірюють рентгенах (Р), а в системі СІ - кулонах на кілограм (Кл/кг).

           Поглинена доза опромінення - ця кількість енергії різних видів іонізуючих випромінювань, поглинена одиницею маси цього середовища. За одиницю поглиненої дози опромінення приймають джоуль на кілограм (Дж/кг) - грей, а широко поширеною позасистемною одиницею є рад.   

           Еквівалентна доза опромінення враховує ту обставину, що різні види випромінювань створюють різний біологічний вражаючий ефект при одній і тій же дозі випромінювання. Наприклад, альфа- випромінювання наносить людині вражаючий ефект в двадцять разів більший, ніж така ж доза гамма-випромінювання. Щоб врахувати нерівномірність поразки від різних видів випромінювань введений "коефіцієнт якості", на який необхідно помножити величину поглиненої дози від певного виду випромінювання, щоб отримати еквівалентну дозу. Усі національні і міжнародні норми встановлені саме в еквівалентній дозі опромінення. Позасистемною одиницею цієї дози є бер, а в системі СІ - зіверт (Зв) [2].  

           Таблиця 1.2 Середньорічна ефективна еквівалентна доза внутрішнього опромінення [2].

           Рівень радіації (потужність дози) характеризує інтенсивність випромінювання (як правило, гамма-випромінювання). Це доза, що створюється за одиницю часу і характеризуюча швидкість накопичення дози. Вимірюється в рентгенах в годину (Р/год.). Чим більше рівень радіації (фон), тим менше часу повинні знаходитися на забрудненій ділянці люди, щоб отримана ними доза опромінення не перевищила допустиму. Оскільки рівень радіації пропорційний активності радіоактивних речовин, яка відповідно до закону радіоактивного розпаду безперервно зменшується в часі, то і рівень радіації на місцевості після її радіоактивного забруднення також безперервно знижується. Наприклад, після аварії на ЧАЕС фон в м. Києві 30 квітня 1986 р. перевищував доаварійний в сотні раз, а до теперішнього часу він значно знизився і перевищує доаварійний тільки в 1,5-2 рази, що загалом абсолютно безпечно, оскільки природний фон на Землі коливається в дуже широких межах [4].

           Міра забруднення радіоактивними речовинами характеризується щільністю забруднення, яка вимірюється кількістю радіоактивних розпадів атомів, що відбуваються за одиницю часу на одиниці поверхні, в одиниці маси або об'єму, тобто одиницями питомої активності. Знання міри забруднення дозволяє оцінити шкідливу біологічну дію радіоактивно забруднених предметів і речовин при зіткненні з ними або попаданні їх всередину організму. Радіоактивне забруднення може бути поверхневим (тонкий мікронний шар) або ж об'ємним і масовим (глибинне, структурне забруднення).

           У польових умовах часто досить визначити не абсолютне значення радіоактивного забруднення, а лише встановити, як забруднений об'єкт: вище або нижче допустимого значення. Для продовольства, води, фуражу, що потрапляють всередину організму людини або тварини, допустима міра забруднення наводиться також в одиницях питомої активності [5]. 
 

РОЗДІЛ  2

ФОРМУВАННЯ  РАДІАЦІЙНОГО ФОНУ

          2.1 Космічне випромінювання

          Розрізняють три основні види космічного випромінювання: галактичне космічне випромінювання, сонячне космічне випромінювання і радіаційні пояси Землі.

          Галактичне космічне випромінювання є найбільш високоенергетичною складовою корпускулярного потоку в міжпланетному просторі і є ядрами хімічних елементів (переважно водню і гелію), прискорених до високих енергій; по своїй проникаючій здатності цей вид космічного випромінювання перевершує всі види іонізуючого випромінювання, окрім нейтрино.Для повного поглинання галактичного космічного випромінювання був би потрібен свинцевий екран завтовшки близько 15 м.

          Сонячне космічне випромінювання є високоенергетичною частиною корпускулярного випромінювання Сонця і виникає при спалахах хромосфер вдень. В період інтенсивних сонячних спалахів щільність потоку сонячного космічного випромінювання може в тисячі разів перевищити звичайний рівень щільності потоку галактичного космічного випромінювання. Сонячне космічне випромінювання складається з протонів, ядер гелію і важчих ядер.

          Радіаційні пояси Землі сформувалися в навколоземному просторі за рахунок первинного космічного випромінювання і часткового захвату його заряджених компонентів магнітним полем Землі. Радіаційні пояси Землі складаються із заряджених часток: електронів — в електронному поясі і протонів — в протонному. У радіаційних поясах встановлюється поле іонізуючого випромінювання підвищеної інтенсивності, що враховують при запуску пілотованих космічних кораблів [6].

          Таблиця 2.1 Середньорічне потрапляння космогенних радіонуклідів в  організм людини [6]. 

          2.2 Випромінювання від розсіяних природних радіонуклідів. Радон

          Більшість первинних радіонуклідів, що зустрічаються в природі, відносяться до продуктів розпаду урану, торія і актинія (актиноурана), які є родоначальниками 3 радіоактивних родин.           

          Сімейство урану починається ²³⁸U, завершується стабільним ізотопом ²⁰⁶Pb і містить 17 елементів. Сімейство торія починається ²³²Th, завершується ²⁰⁸Pb, містить 12 елементів. Сімейство актіноурана починається ²³⁵U, завершується ²⁰⁷Pb, містить 17 елементів. Крім того 12 довгоживучих радіонуклідів не входять до складу сімейств: ⁴⁰K, ⁵⁰V, ⁸⁷Rb, ¹¹⁵In, ¹²³Te, ¹³⁸La, ¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁷Sm, ¹⁷⁶Lu, ¹⁸⁰W, ¹⁸⁷Re, ¹⁹⁰Pt.

          Зовнішнє g-опромінення людини від вказаних природних радіонуклідів поза приміщеннями обумовлено їх присутністю в компонентах навколишнього середовища. Основний вклад в дозу зовнішнього опромінення дають g-радіонукліди рядів ²²⁸Ас, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi, а також ⁴⁰К.                                      

          Внутрішнє опромінення людини обумовлюється радіонуклідами, що поступають всередину організму через легені, шлунково-кишковий тракт. Найбільш значимими з точки зору внутрішнього опромінення є ⁴⁰К, ¹⁴C, ²¹⁰Po, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²²⁰Rn.

          Розрахункові значення річної ефективної еквівалентної дози від природних джерел для районів з нормальним фоном коливається від 1 до 2,2 мЗв [3].

          Лише нещодавно стало відомо, що найбільш вагомим зі всіх природних джерел радіації є невидимий, такий, що не має смаку і запаху важкий газ (у 7,5 разів важче за повітря) радон. Він разом зі своїми дочірніми продуктами радіоактивного розпаду відповідальний приблизно за 3/4 річної індивідуальної ефективної еквівалентної дози опромінення, що отримується населенням від земних джерел радіації, і приблизно за половину цієї дози від всіх природних джерел радіації. Велику частину цієї дози людина отримує від радіонуклідів, що потрапляють в його організм разом з вдиханням повітря, особливо в непровітрюваних приміщеннях.

          У природі радон зустрічається в двох основних формах: у вигляді радону-222, члена радіоактивного ряду, утвореного продуктами розпаду урану-238, і у вигляді радону-220, члена радіоактивного ряду торія-232. Радон-222 приблизно в 20 разів важливіший, ніж радон-220 (мається на увазі вклад в сумарну дозу опромінення). Взагалі кажучи, велика частина опромінення виходить від дочірніх продуктів розпаду радону, а не від самого радону.

          Радон вивільняється із земної кори повсюдно, але його концентрація в зовнішньому повітрі істотно розрізняється для різних точок земної кулі. Основну частину дози опромінення від радону людина отримує, знаходячись в закритому, непровітрюваному приміщенні. У зонах з помірним кліматом концентрація радону в закритих приміщеннях в середньому приблизно в 8 разів вище, ніж в зовнішньому повітрі.

          Радон концентрується в повітрі усередині приміщення лише тоді, коли воно в достатній мірі ізольовано від зовнішнього середовища. Поступає просочуючись через фундамент і підлогу з грунту або, рідше, вивільняючись з матеріалів, використаних в конструкції будинку. В результаті в приміщенні можуть виникати досить високі рівні радіації, особливо якщо будинок стоїть на грунті з відносно підвищеним вмістом радіонуклідів або якщо при його споруді використовували матеріали з підвищеною радіоактивністю.

          Найпоширеніші будівельні матеріали - дерево, цеглина і бетон - виділяють відносно небагато радону. Набагато більшою питомою радіоактивністю володіють граніт і пемза, які використовуються як будівельні матеріали.

          Концентрація радону у верхніх поверхах багатоповерхових будинків, як правило, нижче, ніж на першому поверсі. Дослідження, проведені в Норвегії, показали, що концентрація радону в дерев'яних будинках навіть вище, ніж в цегельних, хоча дерево виділяє абсолютно невелику кількість радону в порівнянні з іншими матеріалами. Це пояснюється тим, що дерев'яні будинки мають менше поверхів, ніж цегляні. Швидкість проникнення радону із землі в приміщення фактично визначається товщиною і цілісністю (тобто кількістю тріщин і мікротріщин) міжповерхових перекриттів.

          Ще одні, як правило менш важливі, джерела потрапляння радону в житлові приміщення є вода і природний газ. Концентрація радону в зазвичай використовуваній воді надзвичайно мала, але вода з деяких джерел, особливо з глибоких колодязів або артезіанських свердловин, містить дуже багато радону.

          Набагато більшу небезпеку становить потрапляння парів води з високим вмістом радону в легені разом з повітрям, що найчастіше відбувається у ванній кімнаті. При обстеженні будинків у Фінляндії виявилося, що в середньому концентрація радону у ванній кімнаті приблизно в три рази вище, ніж на кухні, і приблизно в 40 разів вище, ніж у житлових                                

          Радон проникає також у природний газ.

         До значного підвищення концентрації радону всередині приміщень можуть призвести заходи, спрямовані на економію енергії. При герметизації приміщень і відсутності провітрювання швидкість вентилювання приміщення зменшується. Це дозволяє зберегти тепло, але призводить до збільшення вмісту радону в повітрі [7]. 
 
 
 

         Таблиця 2.2 Потужність випромінювання різних джерел радону [7].