Связь активности и мощности дозы

Связь активности с дозовыми величинами осуществляется через керма-постоянную радионуклида ( Г_δ).

Мощность воздушной кермы , создаваемой фотонами от точечного изотропно излучающего источника с активностью А находящегося в вакууме на расстоянии R от источника равна: произведению керма-постоянной данного радионуклида и активности источника деленному на квадрат этого расстояния:

Рис. 16. Связь активности и мощности дозы.

= Гδ ×А / r2 [Гр/с].

(101)

Керма-постоянная радионуклида Г_δ – это отношение мощности воздушной кермы, создаваемой фотонами с энергией больше заданного порогового значения δ от точечного изотропно излучающего источника данного радионуклида, находящегося в вакууме на расстоянии r от источника, умноженной на квадрат этого расстояния, к активности А источника:

Гδ = × r2/А [Гр·м2/(с·Бк)]

(102)

Раньше использовалась гамма-постоянная (Г) – это отношение мощности экспозиционной дозы Р, создаваемой γ-излучением точечного изотропного источника данного радионуклида на расстоянии R, умноженной на квадрат этого расстояния, к активности А этого источника:

Р = Г×А/R2	(103)
Г = Р× L2/А [Гр·м2/(с·Бк)]	(104)

На практике, для того чтобы связать активность с мощностью дозы используют коэффициент k_γ.

k_γ – это коэффициент перехода от плотности заражения к уровню радиации.

Р = kγ× АS	(105)
kγ. =Р/АS [Р∙м2/(час∙Ки)]	(106)

А_S - поверхностная активность (плотность загрязнения) А_S = А/S [Бк/м²].

В НРБ-99 [24] используется понятие дозового коэффициента ε:

ε = Ĥ/А [Зв/Бк]

(107)

 

Фоновое облучение человека

Фоновое облучение человека создается космическим излучением, а также естественными и искусственными радиоактивными веществами, содержащимися в теле человека и в окружающей среде. Обычно фоновое облучение делят на следующие составляющие:

- естественный радиационный фон (ЕРФ);

- радиационный фон от радиоактивных осадков ядерных взрывов;

- радиационный фон от объектов атомной энергетики.

Наибольший вклад вносят источники, имеющие природное происхождение (то есть ЕРФ). Причем эта доза в два раза выше техногенной, регламентированной для населения за год.

ЕРФ. Средняя годовая эффективная доза (ЭД) внутреннего и внешнего облучения за счет всех природных радионуклидов содержащихся в окружающей среде (земная радиация и космические излучения) находится в пределах 1,68…1,91 мЗв (примерно 2 мЗв).

Внутреннее облучение от земной радиации – 1,325 мЗв

Внешнее облучение от земной радиации – 0,350 мЗв

Внутреннее облучение от космических излучений – 0,015 мЗв

Внешнее облучение от космических излучений – 0,300 мЗв

Однако наиболее весомый вклад в величину внутреннего облучения вносит Радон-222 (Т_1/2 = 3.85 дня), который вместе с продуктами своего распада дает 1…1,2 мЗв (3/4 годовой индивидуальной дозы за счет облучения от земных источников радиации). Основными источниками поступления радона являются:

- земная поверхность с высоким содержанием РН уран-ториевого ряда (скальный грунт, отдельные виды глинозема и т.д.);

- строительные материалы (отдельные типы гранитов, пемза, кальций силикатный шлак, фосфогипс, кирпич из красной глины, доменный шлак, зольная пыль после сгорания угля и т.д.);

- природный газ, сгораемый в невентилируемых помещениях;

- вода, особенно опасен радон, распыленный в ванной комнате, так как его поражающее действие на легкие наиболее высокое. Так его концентрация в ванной комнате в среднем в три раза выше, чем на кухне и в 40 раз выше, чем в жилых помещениях.

Опасность радона обусловлена поражающим действием альфа и гамма излучения с достаточно высокой энергией.

Ядерные взрывы. Начиная с 40-х годов, когда впервые были произведены ядерные взрывы, практически все население планеты подверглось и продолжает подвергаться облучению, обусловленному наличием в различных природных средах РН, образованных в результате деления ядерных материалов, применяемых в ЯБП.

Основной вклад в ожидаемую эффективную эквивалентную дозу облучения населения дают только несколько РН осколочного происхождения: Цезий-137, Цирконий-95, Стронций-90 и наиболее долгоживущий Углерод-14. Так если Цирконий-95 к сегодняшнему дню прекратил свое поражающее действие, а Цезий-137 и Стронций-90 наполовину распались, то Углерод-14 потерял лишь 7% своей активности.

Суммарная ожидаемая коллективная доза от всех ЯВ, произведенных в мире к настоящему времени составляет около 307 млн. 106 тысяч чел-Зв. К концу 20 века человечество получило всего около 20% от этой дозы. На сегодняшний день фон от осадков ЯВ дает 0,02 мЗв в год.

Атомная энергетика. Ядерно-технический цикл (ЯТЦ) включает: добычу и обогащение урановой руды; производство ядерного топлива; непосредственную работу АЭС; регенерацию отработанного топлива; захоронение РАО. При отсутствии аварий ЯТЦ дает ожидаемую коллективную дозу облучения 5,5 чел-Зв на каждый ГВт-год по короткоживущим РН и 670 чел-Зв по долгоживущим. Эти цифры не учитывают вклад РАО в ожидаемую дозу, которая оценивается в 1-2% от указанных выше значений. Годовая эффективная коллективная доза населения Земли от всего ЯТЦ оценивается менее 1% от естественного уровня радиации и составляет 0,001 мЗв.

Источники ИИ используемые в медицине. Ионизирующее излучение используются для лечения людей. Средняя доза, получаемая населением при рентгенологических обследованиях, определяется генетически значимой эквивалентной дозой (ГЗД). В 1986 году ГЗД составляла: Великобритания - 120 мкЗв, Япония - 150 мкЗв, СССР - 230 мкЗв. По выполненным исследованиям средняя эффективная эквивалентная доза, получаемая от всех источников в медицине, составляет около 1 мЗв (0,1 Бэр). Предельные дозовые значения для медицинских процедур на сегодняшний день не установлены. В НРБ 99 [24] устанавливается, что для здорового человека годовая доза не должна быть выше 1 мЗв.

Электронная аппаратура. Телевизоры и другая электронная аппаратура, где используются электровакуумные приборы с напряжением более 20 кВ, являются источником мягкого рентгеновского облучения, они дают вклад 0,01мЗв/год (1мбэр/год). Для телевизоров допускается мощность экспозиционной дозы 100 мкР/час на расстоянии 10 см.

Таким образом, человек получает за счет фонового облучения и медицинских процедур 2+1 = 3 мЗв/год.

Таблица 24.

№	Составляющие радиационного облучения	Величина облучения
	Естественный радиационный фон (ЕРФ);	1,68…1,91 мЗв/год (≈2мЗв/год)
	Радиационный фон от радиоактивных осадков ядерных взрывов (РФЯВ);	0,02 мЗв/год
	Радиационный фон от объектов атомной энергетики (РФАЭ).	0,001 мЗв/год
	Медицинские обследования	1 мЗв/год
	Облучение от электронной аппаратуры	0,01 мЗв/год
	Радиационный фон	10-25 мР/час (≈15 мР/час)

Требования к ограничению облучения

Требования к ограничению облучения устанавливаются Законом «О радиационной безопасности населения» [21] и нормами радиационной безопасности [24].

Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

- персонал (группы А и Б);

- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

- основные пределы доз (табл. 25);

- допустимые уровни монофакторного воздействия (для одного радионуклида, пути поступления или одного вида внешнего облучения), являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОА), среднегодовые удельные активности (ДУА) и другие;

- контрольные уровни (дозы, уровни, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны учитывать достигнутый в организации уровень радиационной безопасности и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

 

Основные пределы доз

 

Таблица 25. [24 ]

Нормируемые величины	Пределы доз
Персонал (группа А)*	Население
Эффективная доза	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза за год: в хрусталике глаза	150 мЗв	15 мЗв
коже	500 мЗв	50 мЗв
кистях и стопах	500 мЗв	50 мЗв

Примечание: * Основные пределы доз, как и все остальные допустимые уровни облучения персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.

Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих профессиональное обучение с использованием источников излучения, годовые дозы не должны превышать значений, установленных для персонала группы Б.

Нормируемые величины дозовых нагрузок для персонала составляют: эффективная доза - 20 мЗв/год (2 Бэр/год) за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв/год; эквивалентная доза за год для хрусталика глаза - 150 мЗв, для кожи, кистей и стоп - 500 мЗв.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) — 1000 мЗв, а дли населения за период жизни (70 лет) —70 мЗв.

Основные пределы доз облучения не включают в себя дозы природного и медицинского облучения, а также дозы вследствие радиационных аварий. На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Так доза от медицинского обследования для здоровых людей не должна превышать 1 мЗв/год.

В помещениях естественный фон не должен быть выше уровня радиации на открытой местности на 0,2 мкЗв/час (20 мкР/час).

Т.е. Р_{доп.пом} < Р_{отк.мест}+20мкР/ч.

При превышении 30 мЗв/месяц – временное отселение.

Планируемое облучение персонала группы А выше установленных пределов доз при ликвидации или предотвращении аварии может быть разрешено только в случае необходимости спасения людей или предотвращения их облучения. Планируемое повышенное облучение допускается для мужчин старше 30 лет лишь при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Планируемое повышенное облучение в эффективной дозе до 100 мЗв в год и эквивалентных дозах не более двукратных значений, приведенных в табл. 25, допускается с разрешения территориальных органов Госсанэпиднадзора, а облучение в эффективной дозе до 200 мЗв в год и четырехкратных значений эквивалентных доз по табл. 25 — только с разрешения федерального органа Госсанэпиднадзора.

Допустимые плотности загрязнения различных поверхностей приведены в табл.26.

 

Допустимые уровни радиоактивного загрязнения
рабочих поверхностей, кожи, спецодежды и средств индивидуальной защиты, част/(см² × мин)

 

Таблица 26. [24]

Объект загрязнения	Альфа - активные нуклиды	Бета - активные нуклиды
Неповрежденная кожа
Основная спецодежда
Поверхности помещений постоянного пребывания персонала
Поверхности помещений периодического пребывания персонала
Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в саншлюзах

Ядерный топливный цикл

Ядерный топливный цикл (ЯТЦ) - это вся последовательность повторяющихся производственных процессов, начиная от добычи топлива (включая производство электроэнергии) и кончая удалением радиоактивных отходов. В зависимости от вида ядерного топлива (ЯТ) и конкретных условий ЯТЦ могут различаться в деталях, но их общая принципиальная схема сохраняется (рис. 17).

Добыча и переработка руды

Добыча руды. Урана в земной коре (3-4) 10^-4%. Он рассеян в горных породах, почве, воде морей и океанов. Урана в 1000 раз больше, чем золота, в 30 раз больше серебра и столько же, сколько цинка и свинца. Небольшая часть урана сконцентрирована в месторождениях, где его в 10²-10³ больше, чем в среднем.

Добыча урановой руды осуществляется комплексно (например, золотоурановые месторождения в ЮАР и ураново-фосфатные месторождения во Флориде), шахтным, либо карьерным способом, а также методом выщелачивания без выемки руды на поверхность.

Переработка руды. Урановые руды содержат рудные минералы с ураном, и пустую породу, которую надо устранить, получив химические концентраты урана. Производят дробление и измельчение исходной руды (кроме случаев подземного выщелачивания), выщелачивание (перевод урана из руды в раствор), селективное выделение урана из растворов. Очень часто перед выщелачиванием руду обогащают различными методами (радиометрический, гравитационный и флотационный на различии смачивания минералов). При добыче руд с содержанием, например 0.1%, для получения 1 т U₃O₈ необходимо извлечь из недр 1000 т руды, не считая пустой породы от проходок. Поэтому обычно гидрометаллургические заводы, перерабатывающие руду, сооружаются рядом с рудниками и карьерами.