Файл: 4.3 BOOK.pdf

Министерство образования Республики Беларусь 

Учреждение образования 

«Гомельский государственный университет 

имени Франциска Скорины» 

Ю. М. Жученко 

Радиационные методы измерений в биогеохимических 

объектах 

Учебное пособие 

для студентов 5 курса 

специальности 1-31 01 01 02 «Биология 

(научно-педагогическая деятельность)»

Гомель 2008 

2 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение ................................................................................................................... 5

1

Краткие сведения из атомной и ядерной физики ..................................... 6

1.1

Строение атома ............................................................................................... 6

1.2

Атомное ядро, изотопы .................................................................................. 9

1.3

Радиоактивность и радиоактивный распад.................................................. 11

1.4

Единицы  измерения  активности  и  величин,  характеризующих  поля 

ионизирующего излучения .................................................................................... 17

2

Доза излучения. Единицы дозы излучения ............................................. 20

2.1

Поглощенная доза ......................................................................................... 20

2.2

Эквивалентная доза ...................................................................................... 21

2.3

Эффективная эквивалентная доза облучения .............................................. 23

2.4

Коллективная эквивалентная доза облучения ............................................. 24

2.5

Экспозиционная доза фотонного излучения ............................................... 25

2.6

Гамма – постоянная радионуклида. ............................................................. 27

3

Основные делящиеся и радиоактивные материалы и их свойства ..... 29

3.1

Цезий ............................................................................................................. 31

3.2

Йод ................................................................................................................. 32

3.3

Стронций-90 .................................................................................................. 33

3.4

Трансплутониевые радионуклиды ............................................................... 34

4

Радиоактивные материалы и окружающая среда .................................. 36

4.1

Естественная радиация ................................................................................. 36

4.2

Изменение естественного радиоактивного фона ........................................ 40

4.3

Испытания ядерного оружия ........................................................................ 42

4.4

Промышленные процессы и естественные радионуклиды ........................ 43

4.5

Радиация и атомная энергетика ................................................................... 45

5

Обстановка после Чернобыльской аварии .............................................. 48

5.1

Авария и аварийные меры на площадке ...................................................... 48

5.2

Последствия аварии на ЧАЭС ...................................................................... 53

6

Выброс  радиоактивных  веществ  в  окружающую  среду  и  пути 

облучения организма человека .......................................................................... 60

6.1

Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ ........................................ 61

6.2

Пути внешнего облучения ............................................................................ 62

6.3

Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов ....................... 63

6.4

Допустимые  уровни  воздействия  ионизирующих  излучений  и 

содержания радионуклидов в продуктах питания ................................................ 69

6.5

Допустимые уровни загрязнения 

137

Cs и 

90

Sr продуктов питания .............. 72

7

Взаимодействие заряженного излучения с веществом .......................... 78

7.1

Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом ...................... 78

7.2

Взаимодействие β-частиц с веществом ....................................................... 84

8

Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом ............... 93

3 

8.1

Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение ...................... 94

8.2

Ослабление излучения в веществе ............................................................... 94

8.3

Фотоэффект ................................................................................................... 99

8.4

Комптон-эффект ......................................................................................... 101

8.5

Эффект образования пар ............................................................................ 103

9

Ионизационный метод регистрации излучения .................................... 105

9.1

Принципы регистрации излучения ............................................................ 105

9.2

Физические основы газовой проводимости .............................................. 108

9.3

Вольт–амперная характеристика газового разряда ................................... 111

9.4

Ионизационные камеры. Принципы работы и общие характеристики ... 115

9.5

Пропорциональный счетчик ....................................................................... 124

9.6

Счетчик Гейгера–Мюллера........................................................................ 130

10

Сцинтилляционные детекторы ............................................................... 140

10.1

Принцип  действия  и  структурная  схема  сцинтилляционного 

детектора ............................................................................................................... 140

10.2

Фосфоры ...................................................................................................... 142

10.3

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) ...................................................... 148

11

Полупроводниковые детекторы .............................................................. 153

11.1

Зонная теория проводимости ..................................................................... 153

11.2

Примесные полупроводники ...................................................................... 155

11.3

Поверхностно–барьерные детекторы......................................................... 160

11.4

Диффузионно-дрейфовые детекторы ........................................................ 160

12

Спектрометрия излучений ....................................................................... 163

12.1

Основные виды спектрометров и их характеристики ............................... 163

12.2

Энергетические спектрометры ................................................................... 168

12.3

Методы построения спектрометров ........................................................... 170

12.4

Спектрометры 

с 

линейным 

энергетическо–амплитудным 

преобразованием .................................................................................................. 170

13

Методы дозиметрии .................................................................................. 174

13.1

Термолюминесцентные дозиметры ........................................................... 174

13.2

Фотографический метод дозиметрии ........................................................ 181

14

Методы  отбора  и  подготовки  проб  для  радиометрических 

измерений ............................................................................................................ 188

14.1

Цели  и  задачи  агрохимического  и  радиологического  обследования 

почв    .................................................................................................................. 189

14.2

Полевое агрохимическое и радиологическое обследование почв ........... 190

14.3

Общие  правила  отбора  смешанных  почвенных  образцов  при 

агрохимическом и радиологическом обследовании ........................................... 192

14.4

Формирование 

объединенных 

почвенных 

образцов 

при 

агрохимическом и радиологическом обследовании ........................................... 194

14.5

Особенности  отбора  проб  на  угодьях,  на  которых  после  выпадения 

радионуклидов не проводилась обработка почвы .............................................. 195

4 

14.6

Виды  анализов  и  формирование  объединенных  почвенных  образцов 

для агрохимических анализов ............................................................................. 197

14.7

Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов ...... 198

15

Математическая обработка результатов измерений ........................... 201

15.1

Методы и средства измерения ................................................................... 201

15.2

Погрешность измерения действительных величин ................................... 203

15.3

Статистическая точность измерения ......................................................... 206

Список литературы ............................................................................................ 210

5 

Введение 

Противорадиационная  защита  человека  и  природной  среды 

требует  особой  заботы  и  внимания  в  связи  с  широким  и 
крупномасштабным  использованием  атомной  энергии.  Поэтому 
важное значение приобретают количественные характеристики поля 
ионизирующего излучения, формируемого различными источниками, 
а  так  же  физические  величины,  определяющие  характеристики 
источников  излучения  и  последствия  воздействия  ионизирующего 
излучения на объекты живой и неживой природы, методы и средства 
их измерения. 

Применяемая  человеком  атомная  энергия,  принося  несомненную 

пользу,  таит  в  себе,  к  сожалению,  потенциальную  опасность, 
реализуемую  в  аварийных  ситуациях,  источником  возникновения 
которых 

оказываются 

либо 

недостаточная 

квалификация 

ответственных  лиц,  либо  преступная  небрежность  и  халатность. 
Анализ  радиационных  инцидентов,  случившихся  в  разных  странах, 
показывает,  что  большая  часть  из  них  обусловлена  именно  этими 
причинами.  Это  подтверждают  и  наиболее  крупные  аварии,  такие, 
как авария на американской АЭС в 1979 г., авария на Чернобыльской 
АЭС  в  1986  г.,  инциденты  на  границе  при  попытке  перевозки 
радиоактивных материалов. 

В этой связи острым является вопрос об уровне профессиональной 

культуры, необходимым элементом которой должно быть понимание 
природы  опасных  факторов,  сопутствующих  развитию  новых 
технологий, и тех реальных последствий, которые они могут вызвать. 
Пути  повышения  профессиональной  культуры  разнообразны,  но  все 
они  связаны  с  подготовкой  и  повышением  квалификации  кадров  в 
области  радиационного  контроля,  важнейшей  составляющей 
которого  является  радиометрия,  спектрометрия  и  дозиметрия 
ионизирующих излучений.