Радиационная безопасность

1 Теоретическая часть. Закон радиоактивного распада.
2 Расчетная часть
16.10.2015. Рязанский филиал МИИТ ...

1 Теоретическая часть. Закон радиоактивного распада.
2 Расчетная часть
Заключение
Список литературы
Приложение. Периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов

В 1896 году французским ученым А.Беккерелем было открыто явление радиоактивности. В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиоактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики.
Попадая в окружающую среду, они оказывают негативное воздействие на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды и, конечно, о физической сущности явления радиоактивного распада.

Средняя продолжительность жизни ядер:
Ответ: 12,4 года, 17,9 лет, тритий, β- - распад.
Задача 211. Для уничтожения вредителей зерна в зернохранилище используют кобальт 2760Co в виде проволоки массой 1 г. Содержание радиоактивного кобальта в проволоке составляет 0,01 % от массы проволоки. Определите первоначальную активность кобальта и его активность спустя 2 года. Запишите уравнение реакции распада и укажите, к какому виду распадов она относится.
Решение
Уравнение реакции радиоактивного распада будет иметь вид:
,
где - электрон, - электронное антинейтрино.
То есть, возникает β- излучение, представляющее собой поток электронов. Вид распада - β- - распад.
Активность A радиоактивного препарата определяется как
где A0 = λN0 – его активность в начальный момент времени (при t = 0),N0 – начальное количество ядер, N – число оставшихся нераспавшимися ядер спустя время t, λ – постоянная распада, Т0,5 – период полураспада радиоактивных ядер (Т0,5 = ln2 / λ).
Рассчитаем массу и количество радиоактивного кобальта в проволоке:
Начальное количество атомов изотопа найдем через число Авогадро:
Первоначальная активность кобальта (с учетом периода полураспада 5,3 года):
Активность спустя 2 года:
Ответ: 4162 МБк; 3204 МБк; β- - распад.
Задача 321. Определите порядковый номер и массовое число и заряд в кулонах ядра нуклида, который образуется из ядра 23992U после двух β- распадов и одного α-распада.
Решение
При β- - распаде массовое число изотопа не изменяется, а зарядовое увеличивается на единицу.
То есть, сначала образуется нептуний - 239:
а затем – плутоний – 239:
α- частица имеет массовое число 4 и зарядовое число 2. То есть, после одного α – распада масса ядра уменьшится на 4, а заряд на 2 единицы.
Имеем:
То есть, в итоге образуется изотоп уран – 235.
Порядковый номер = 92.
Массовое число = 235.
Заряд в кулонах ядра нуклида:
Ответ: 23592U; 1,47∙10-17 Кл.
Задача 422. Поглощенная доза для γ-излучения составляет 1 Гр. Чему равна соответствующая эквивалентная доза в зивертах а) для β-излучения; б) для α-частиц?
Решение
Поглощённая доза D – это величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу, приходящаяся на единицу его массы:
где dW – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm – масса вещества в этом объеме. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в Дж / кг и имеет специальное название – грей (Гр).
Эквивалентная доза H – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, k:
В СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв).
а) Для β-излучения коэффициент качества k = 1, поэтому в единицах СИ значения поглощенной и эквивалентной доз будут численно совпадать:
б) Для α-частиц коэффициент качества k = 20, поэтому
Ответ а) 1 Зв; б) 20 Зв.
Задача 512. Человек через внешнее облучение получил дозу 0,04 Зв, эквивалентная доза, полученная костной тканью, составила 0,25 Зв, а эквивалентная доза, полученная легкими, составила 0,04 Зв. Определите эффективную эквивалентную дозу, полученную человеком.
Решение
Оценивая действие ионизирующего излучения на биологические объекты, необходимо учитывать, что различные ткани организма по-разному реагируют на одну и ту же эквивалентную дозу. Поэтому интегральный эффект воздействия облучения на организм оценивается эффективной эквивалентной дозой Е:
где kiT – взвешивающий коэффициент для конкретного органа или ткани Т, который характеризует относительный риск на единицу дозы при облучении данного органа по отношению ко всему телу. Значения взвешивающих коэффициентов различных органов и тканей представлены в таблице 1.
Таблица 1
Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов
Ткани и органы
kт
Гонады
0,20
Костный мозг (красный)
0,12
Толстый кишечник
0,12
Лёгкие
0,12
Желудок
0,12
Мочевой пузырь
0,05
Грудная железа
0,05
Печень
0,05
Пищевод
0,05
Щитовидная железа
0,05
Кожа
0,01
Клетки костных поверхностей
0,01
Остальное
0,05
Эквивалентная доза в данном случае равна:
Е = k1⋅0,04 + k2Т⋅0,25 + k3Т⋅0,04,
где k1 = 1 (общее внешнее облучение), а k2Т = 0,12 и k3Т = 0,12 – взвешивающие коэффициенты для костной ткани и для легких, соответственно (таблица 1).
Поэтому для нашей задачи:
Е = 0,04 + 0,12⋅0,25 + 0,12⋅0,04 = 0,075 Зв = 75 мЗв.
Ответ: 75 мЗв.
Задача 622. Мощность экспозиционной дозы γ-излучения на отдельных участках бразильского морского курорта Гуарапари составляет 20 мкЗв/ч. Определите, какое количество времени в году человек, привыкший к экспозиционной дозе γ-излучения 0,1 мкЗв/ч, может провести на таком курорте, с тем, чтобы полученная им на курорте доза превысила его обычную годовую дозу не более, чем на 2000 мкЗв.
Решение
Исходя из мощности γ-излучения 0,1 мкЗв/ч, рассчитаем годовую экспозиционную дозу:
Следовательно, по условию задачи, доза, полученная на курорте должна быть не более
Так как мощность экспозиционной дозы γ-излучения на отдельных участках бразильского морского курорта Гуарапари составляет 20 мкЗв/ч, то максимальное количество часов, которое можно провести в год на таком курорте, равно:
Ответ: не более 6 суток.
Задача 711. В кровь человека ввели небольшое количество раствора, содержащего 2311Na (период полураспада 15 часов) с активностью 2,0·103 Бк. Спустя 5 часов активность 1 см3 крови оказалась равной 0,267 Бк/см3. Полагая, что раствор распределился по крови равномерно, оцените, чему равен её общий объем в теле человека?
Решение
Активность образца в начальный момент времени t=0 связана с его массой соотношением:
где λ – постоянная распада; m – масса образца; M – его молярная масса, NA = 6,02∙1023 моль-1 – число Авогадро (число атомов вещества в одном моле).
Учитывая, что активность меняется во времени по показательному закону, запишем для момента времени t
где Т1/2 - период полураспада изотопа.