Главная страница
qrcode

ЯДЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ - ДУСТХИМХАБРПРОМ. Курс лекций Лекция источники ионизирующего излучения содержание. Классификация источников ионизирующего излучения


НазваниеКурс лекций Лекция источники ионизирующего излучения содержание. Классификация источников ионизирующего излучения
АнкорЯДЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ - ДУСТХИМХАБРПРОМ.pdf
Дата06.11.2017
Размер1.19 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаYaDERNAYa_INDUSTRIYa_-_DUSTKhIMKhABRPROM.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипКурс лекций
#32939
страница1 из 6
Каталог
  1   2   3   4   5   6

1
И.Н.Бекман
ЯДЕРНАЯ ИНДУСТРИЯ
Курс лекций
Лекция 9. ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Содержание.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
2
2. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
2
3. ТЕХНОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3
3.1 Радионуклиды – источники ионизирующих излучений
5
3.2 Источники α-частиц, протонов и атомов отдачи продуктов деления. 9
3.3 Источники электронов
9
3.3.1 Изотопные источники электронов
9 3.3.2 Ускорители электронов
10
3.4 Источники рентгеновского излучения 11
3.4.1 Рентгеновская трубка
11 3.4.2 Лазер.
14 3.4.3 Ускорители
14 3.4.4 Радионуклидные источники рентгеновского излучения 15
3.5 Источники γ-излучения
16
3.5.1 Изотопные гамма-установки
16 3.5.2 Ускорители – источники тормозного излучения 17
3.6 Портативные источники нейтронов 17
3.6.1 Радионуклидные нейтронные источники 17 3.6.2 Генераторы нейтронов.
19
4. УСКОРИТЕЛИ
19
5. ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ 23
5.1 Реакторы – генераторы постоянных потоков нейтронов и гамма-излучения 24
5.2 Импульсные реакторы
24
В науке и технике радионуклиды нашли применение как источники ионизирующего излучения, энергетические источники (тепла или электроэнергии), источники света, ионизаторы воздуха. Источники излучений применяются в таких приборах, как медицинские гамма- терапевтические аппараты, гамма-дефектоскопы, плотномеры, толщиномеры, серомеры, нейтрализаторы статического электричества, радиоизотопные релейные приборы, измерители зольности угля, сигнализаторы обледения, дозиметрическая аппаратура со встроенными источниками и т.п.
Изотопный ионизатор - ионизатор, основанный на изотопных источниках, например тритиевый, или
никелевый (радиоактивный). Принцип построен на альфа, бета, или гамма излучении, в процессе
которого воздух ионизируется. Используется для снятия статического электричества и в медицинских
целях (ионотерапия).
Ионотерапия - лечение различных заболеваний при помощи ионизаторов. Как правило лечебные дозы
концентрации аэроионов больше рекомендуемых профилактических. Помогает при заболеваниях
дыхательных путей, открытых ранах, ожогах, и послеоперационном периоде.
Источниками ионизирующего излучения могут быть космические излучения, природные или техногенные радионуклиды, рентгеновские трубки, ускорители электронов, протонов или тяжелых ионов, ядерные реакторы, плазменные термоядерные установки, гамма-лазеры и др.
Техническими источниками ионизирующего излучения являются некоторые медицинские приборы (рентгеновский аппарат, диагностические установки на базе использования радиоизотопов, оборудование для лучевой терапии), ядерные взрывы, атомная энергетика,

2
геологические приборы для поиска полезных ископаемых, предметы, содержащие радиоактивные вещества. Это - часы со светящимся циферблатом, изготовленные с применением радия (или менее опасными тритием или прометием – 147), антистатические щетки для удаления пыли с пластинок и фотопринадлежностей, действие которых основано на испускании α- частиц; детекторы дыма, принцип действия которых основан на использовании α- излучения, цветные телевизоры, испускающие рентгеновское излучение и другие предметы.
В данной лекции мы рассмотрим естественные и техногенные источники ионизирующего излучения (ИИИ). Основное внимание уделим основным типам промышленных устройств: ускорителям, ядерным реакторам, рентгеновским трубкам, а также ИИИ, основанным на использовании радионуклидов, т.е. источникам, применяемым для решения задач радиационной физики и химии, материаловедения, медицины и утилизации радиоактивных отходов.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Источником ионизирующего излучения может быть космический объект, земной объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное испускать ионизирующее излучение.
Источник ионизирующего излучения, ИИИ - объект, содержащий радиоактивный материал или
техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее
излучение.
В зависимости от происхождения, ИИИ бывают естественные (космические лучи, гамма- излучение от земных пород, продукты распада радона и тория в воздухе и другие природные радионуклиды, присутствующие в окружающей среде) и искусственные (рентгеновское излучение, применяемое в медицине, радиоактивные осадки при использовании ядерного оружия, выбросы радионуклидов с отходами атомной станции в окружающую среду, а также гамма-излучение, используемое в промышленности).
2. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Основную часть облучения население Земли получает от естественных источников радиации. Это природные радионуклиды, содержащиеся в земной коре, строительных материалах, воздухе, пище и воде, а также космические лучи. В среднем они определяют 80% годовой эффективной дозы, получаемой людьми, в основном вследствие внутреннего облучения.
Уровни естественного излучения варьируют в довольно широких пределах, в среднем составляя около 2,4 мЗв в год. Наблюдение за населением отдельных регионов Земли с уровнем естественного фона во много раз превышающем средние значения, не обнаружили каких–либо неблагоприятных влияний на здоровье живущих там людей.
Наиболее вероятные источники галактических космических лучей – вспышки сверхновых звезд и образующиеся при этом пульсары. Космические лучи – уникальный естественный источник частиц сверхвысоких энергий, позволяющий изучать процессы взаимодействия элементарных частиц и их структуру.
Многие небесные тела (например, солнечная корона, Луна, поверхность которой бомбардируют частицы высокой энергии, испущенные Солнцем) являются естественными источниками рентгеновского излучения.
Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, – это калий–
40, рубидий–87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана–238 и тория–232 — долгоживущих изотопов, входивших в состав Земли с самого ее рождения. Значение радиоактивного изотопа калий–40 особенно велико для обитателей почвы — микрофлоры, корней растений, почвенной фауны. Соответственно заметно его участие во внутреннем облучении организма, его органов и тканей, поскольку калий является незаменимым элементом, участвующим в ряде метаболических процессов.

3
Уровни земной радиации неодинаковы, поскольку зависят от концентрации радиоактивных изотопов на конкретном участке земной коры. В среднем дозы от земной радиации составляют от 0,3 до 0,6 мЗв в год. Однако, на Земле имеются области, где уровень радиации в сотни раз превосходит средний (до 250 мЗв в год в некоторых районах Бразилии).
Заметная часть эффективной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, формируется от радиоактивных веществ, проходящих через сложную систему биологических цепочек. Радионуклиды, образующиеся под действием космического излучения, составляют незначительную (20%) часть общего поступления. Большая часть поступления связана с радионуклидами ряда урана и тория, которые содержатся в почве.
Радон — инертный газ, попадающий в атмосферу из почв, скальных пород и строительных материалов. Средняя концентрация радона на уровне земли вне помещений составляет 8 Бк/м
3
Содержание радона в помещениях в несколько раз выше, чем на открытой местности. Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен за 75% годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой от земных источников радиации.
Оценка полной среднегодовой эффективной дозы составляет 1,2 мЗв. Накопление радона, поступающего в помещения, зависит от скорости воздухообмена. Основной механизм облучения
— поступление с вдыхаемым воздухом внутри помещений. Из–за относительно низкого уровня воздухообмена внутри зданий концентрация радона там выше, чем на открытом воздухе.
Терапевтический эффект лечения радоном на бальнеологических курортах доказан на обширном контингенте больных различного профиля.
С природной радиацией связано некоторые виды деятельности человека:
Использование ископаемых видов топлива. Уголь содержит незначительное количество природных радионуклидов, которые после его сжигания концентрируется в зольной пыли и поступают в окружающую среду с выбросами, несмотря на совершенствование систем очистки.
Использование фосфатов. Добыча фосфатов, которые используются главным образом для производства удобрений, ведется во многих местах. Большинство разрабатываемых в настоящее время месторождений содержит уран. В процессе добычи и переработки выделяется радон, да и сами удобрения содержат радионуклиды, проникающие в почву и далее в биологические цепочки.
Использование термальных водоемов. Некоторые страны эксплуатируют подземные ресурсы пара и горячей воды для производства электроэнергии и теплоснабжения. При этом происходит значительное поступление радона в окружающую среду. Вклад этого источника радиации может возрасти, поскольку энергетические ресурсы этого вида весьма велики.
Полная эффективная доза, обусловленная естественными источниками радиации составляет, в среднем по Земле, около 2,4 мЗв в год.
В дополнение к природным существуют искусственные источники радиации, связанные с возрастающим использованием ядерных технологии в медицине, промышленности, энергетике.
Индивидуальные дозы, получаемые людьми от техногенных источников, различаются, хотя, в большинстве случаев, невелики. Основной вклад в дозу излучения от техногенных источников вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиации.
3. ТЕХНОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Источник ядерного излучения - радиоактивное вещество или устройство, в котором осуществляются
радиоактивный распад или ядерные реакции.
Техногенные источники ионизирующего излучения - разнообразные технические устройства и
комплексы различного назначения, в которых воплощаются современные достижения в развитии
ядерных технологий.
Под радиоактивным источником подразумевают любое количество радиоактивного материала, которое предназначено для использования в качестве источника ионизирующего

4
излучения. Различают калибровочные, контрольные и промышленные источники ИИ. В данной лекции нас будут интересовать промышленные ИИИ.
Калибровочный ИИИ - источник ионизирующего излучения, используемый для калибровки
измерительных приборов.
Контрольный ИИИ - источник ионизирующего излучения, используемый для проверки правильности
работы измерительных приборов; помещённый на заданном расстояния от детектора этот источник
обеспечивает стабильное и повторяющееся показание прибора.
Промышленный ИИИ - Установка для облучения различных материалов ионизирующими излучениями с
помощью источников с высокой радиоактивностью.
Источники ионизирующего излучения бывают внешними и внутренними. Внешний источник находится вне облучаемого объекта. К таким источникам относятся рентгеновские аппараты, препараты радиоактивных изотопов, ускорители, реакторы и др. К внутреннему источнику излучения относятся, например, радиоактивные вещества, попадающие внутрь организма и остающиеся в нём; используются для целей радиотерапии и диагностики.
Под герметичным ИИИ понимают радиоактивный источник излучений в герметичном контейнере или оболочке, которые должны быть достаточно прочными, чтобы исключить контакт персонала с радиоактивным материалом или его рассеивание в условиях эксплуатации или износа, на которые они рассчитаны.
Кроме того, различают открытый и закрытый источники ионизирующего излучения.
Закрытый ИИИ - радионуклидный источник излучения, в котором радиоактивный материал заключён в
оболочку (ампулу или защитное покрытие), предотвращающую контакт персонала с радиоактивным
материалом и его поступление в окружающую среду свыше допустимых уровней в условиях применения и
износа, на которые он рассчитан.
Открытый ИИИ - радионуклидный источник излучения, при использовании которого возможно
поступление содержащихся в нём радиоактивных веществ в окружающую среду.
Современные ядерно-технические установки обычно представляют собой сложные источники излучений. Например, источниками излучений действующего ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких реальных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников.
Любой источник излучения характеризуется:
1. Видом излучения – основное внимание уделяется наиболее часто встречающимся на практике источникам γ-излучения, нейтронов, β-, β+-, α-частиц.
2. Геометрией источника (формой и размерами) – геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные источники представляют суперпозицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными, полубесконечными или бесконечными размерами.
3. Мощностью и ее распределением по источнику.
4. Энергетическим составом – энергетический спектр источников может быть моноэнергетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискретным
(испускаются моноэнергетические частицы нескольких энергий) или непрерывным (испускаются частицы разных энергий в пределах некоторого энергетического диапазона).
5. Угловым распределением излучения – среди многообразия угловых распределений излучений источников для решения большинства практических задач достаточно рассматривать следующие: изотропное, косинусоидальное, мононаправленное.
Загрязнение биосферы искусственными радионуклидами связано с эксплуатацией предприятий ядерного топливного цикла, с испытаниями ядерного оружия и других объектов, использующих источники ИИ. Ведущую роль играют объекты и предприятия ядерного топливного цикла, составляющие производственную основу ядерной энергетики.
ИИИ, вызванным к жизни деятельностью человека являются глобальные эффекты ядерных испытаний. Во второй половине 20-го века в атмосфере было проведено 543 испытания

5
ядерного оружия. В конце 20-го века событием, повлекшим за собой выпадением радиоактивных осадков, явилась авария на Чернобыльской атомной станции в 1986 году, хотя ее вклад в общую картину глобальных выпадений невелик.
Важными ИИИ являются ядерная энергетика и промышленность.Преимущества, представляемые ядерными технологиями, предопределили их широкое внедрение в медицину, а также в хозяйственную и техническую деятельность. Предприятия ядерной промышленности и энергетики размещены на территории многих стран и создают источник техногенного облучения.
Радиоактивные выбросы атомных станций и предприятий ядерной промышленности регулируются жесткими нормативами, и поэтому практически не изменяют природный фон и содержание радионуклидов в окружающей среды. Это справедливо для нормально работающих ядерных установок. Конечно, радиационное воздействие значительно повышается в аварийных ситуациях. Аварии существенно различаются по объему радиоактивных выбросов, тяжести последствий их воздействия и размерам территорий, подвергшихся загрязнению.
3.1 Радионуклиды – источники ионизирующих излучений
Альфа-излучатели. Интенсивными источниками
α-излучения являются некоторые радионуклиды с большим атомным весом (самарий-146, гадолиний-148, 150, полоний-210, радий-226, актиний-227, протактиний-231, нептуний-237), большинство изотопов тория (Th-228,-
229,-230,-232), урана (U-232,-233,-234,-235,-236,-238), плутония (Pu-238,-239,-240,-241,-242), америция (Am-241,-243), кюрия (Cm-242,-243,-244,-245,-246), берклия (Bk-247) и калифорния
(Cf-249,-250,-251,-252). При этом часть этих радионуклидов (самарий-146, галолиний-148,150, полоний-210, протактиний-231, плутоний-239,-240, нептуний-237) являются практически чистыми альфа-излучателями. Некоторые радионуклиды, кроме того, являются достаточно интенсивными источниками гамма-излучения сами или за счет дочерних нуклидов соответствующих рядов (радий-226, торий-232, уран-238). Большинство трансурановых радионуклидов являются к тому же и источниками нейтронов за счет спонтанного деления. Из-за очень малой проникающей способности альфа-излучение не представляет никакой опасности при внешнем облучении, т.к. не может проникнуть даже через поверхностный слой кожи. Но при попадании внутрь организма через органы дыхания или пищеварения оно может вызвать сильное повреждение живых клеток, т.к. в связи с высокой ионизирующей способностью при равной дозе облучения оказывает в 20 раз большее, чем гамма-излучение, вредное воздействие на живые клетки.
Бета-излучатели. Очень многие радионуклиды являются
β-излучателями (тритий, бериллий-10, углерод-14, натрий-24, фосфор-32, сера-35, хлор-36, калий-40, кальций-45, железо-59, никель-6З, медь-64, цинк-65, галлий-72, мышьяк-74,-76,-77, рутений-86, стронций-89,-90, иттрий-90,-91, цирконий-95, ниобий-95, молибден-99, технеций-99, рутений-103,-106, родий-106, палладий-109, серебро-110m,-111, кадмий-115,-115m, индий-114, сурьма-124,-125, йод-129,-131, цезий-134,-137, барий-140, лантан-140, церий-141,-144, празеодим-143, неодим-147, прометий-147, самарий-151, тербий-160, тантал-182, вольфрам-185, осмий-191, иридий-192, ртуть-203, таллий-204 и т.д.).
Некоторые из них практически чистые
β-излучатели (тритий, бериллий-10, углерод-14, фосфор-
32, сера-35, хлор-З6, кальций-45, никель-6З, стронций-89,-90, иттрий-90, рутений-106, йод-129, прометий-147, самарий-151, тербий-160, тантал-182, вольфрам-185, осмий-191, ртуть-203, таллий-204 и др.). Остальные являются еще и
γ-излучателями. Из-за слабой проникающей способности внешнее
β-излучение может поражать только кожные покровы и глаза человека.
Особую опасность представляют
β-излучающие радионуклиды при попадании внутрь организма человека через органы дыхания и пищеварения. Поэтому при работе с ними следует использовать специальные защитные средства.
  1   2   3   4   5   6

перейти в каталог файлов


связь с админом