Metnn.ru

Строй портал
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Толщина слоя половинного ослабления кирпича

Толщина слоя половинного ослабления кирпича

Есть такой миф, будто самый опасный радионуклид — это стронций-90. Откуда взялась эта мрачная популярность? Ведь в работающем ядерном реакторе образуется 374 искусственных радионуклида, из них одного стронция — 10 разных изотопов. Нет, подавай нам стронций не абы какой, а именно стронций-90.

Возможно, в головах читателей мелькает смутная мысль о таинственном периоде полураспада, о долгоживущих и короткоживущих радионуклидах? Что же, попробуем разобраться. Кстати, не пугайтесь слова радионуклид. Сегодня этим термином принято называть радиоактивные изотопы. Именно так — радионуклид, а не исковерканный «радионуклеид» или даже «радионуклеотид». Со взрыва первой атомной бомбы прошло 70 лет, и многие термины обновились. Сегодня вместо «атомный котёл» мы говорим: «ядерный реактор», вместо «радиоактивные лучи» — «ионизирующие излучения», ну, а вместо «радиоактивный изотоп» — «радионуклид».

Но вернемся к стронцию. И в самом деле, всенародная любовь к стронцию-90 связана с его периодом полураспада. А кстати, что это такое: период полураспада? Дело в том, что радионуклиды тем и отличаются от стабильных изотопов, что их ядра неустойчивы, нестабильны. Рано или поздно они распадаются — это и называется радиоактивным распадом. При этом радионуклиды, превращаясь в другие изотопы, испускают эти самые ионизирующие излучения. Так вот, различные радионуклиды нестабильны в разной степени. Одни распадаются очень медленно, в течение сотен, тысяч, миллионов и даже миллиардов лет. Их называют долгоживущими радионуклидами. Например, все природные изотопы урана — долгоживущие. А есть короткоживущие радионуклиды, они распадаются быстро: в течение секунд, часов, суток, месяцев. Но радиоактивный распад всегда происходит по одному и тому же закону (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Закон радиоактивного распада

Сколько бы мы ни взяли радионуклида (тонну или миллиграмм), половина этого количества всегда распадается за одинаковый (для данного радионуклида) промежуток времени. Его-то и называют «периодом полураспада» и обозначают: Т

Повторим: этот временной промежуток уникален и неизменен для каждого радионуклида. Можно делать что угодно с тем же стронцием-90: нагревать, охлаждать, сжимать под давлением, облучать лазером, — всё равно половина любой порции стронция распадётся за 29,1 лет, половина оставшегося количества — ещё в течение 29,1 лет и так далее. Считается, что через 20 периодов полураспада радионуклид исчезает полностью.

Чем быстрее распадается радионуклид, тем он более радиоактивен, ведь каждый распад сопровождается выбросом одной порции ионизирующего излучения в виде альфа- или бета-частицы, иногда «в сопровождении» гамма-излучения («чистого» гамма-распада в природе не существует). Но что значит «большая» или «маленькая» радиоактивность, в чём её измерить?

Для этой цели используют понятие активность. Активность позволяет оценить интенсивность радиоактивного распада в цифрах. Если в секунду происходит один распад, говорят: «Активность радионуклида равна одному беккерелю (1 Бк)». А раньше использовали намного более крупную единицу — кюри: 1 Ки = 37 миллиардов Бк. Конечно, сравнивать следует одинаковые количества разных радионуклидов, например 1 кг или 1 мг. Активность единицы массы радионуклида называют удельной активностью. Вот она-то, эта самая удельная активность, обратно пропорциональна периоду полураспада данного радионуклида (так, надо передохнуть). Давайте сравним эти характеристики для самых известных радионуклидов (таблица).

Так почему же всё-таки стронций-90? Вроде бы ничем особенным не выделяется — так, серединка на половинку. И как раз в этом всё дело! Сначала попробуем ответить на один (сразу предупреждаю) провокационный вопрос. Какие радионуклиды опаснее: короткоживущие или долгоживущие? Так, мнения разделились.

Читайте так же:
Каким диском пилить шамотный кирпич

Таблица 2.1. Радиационные характеристики некоторых радионуклидов

С одной стороны, опаснее короткоживущие: они более активны. А с другой стороны, после быстрого распада «коротышей» проблема радиации исчезает. Кто постарше, помнит: сразу после чернобыльской аварии больше всего шума было вокруг радиоактивного йода. Короткоживущий йод-131 подорвал здоровье многих чернобыльцев. Зато сегодня с этим радионуклидом проблем нет. Уже через полгода после аварии выброшенный из реактора йод-131 распался, даже следа не осталось.

Теперь о долгоживущих изотопах. Их период полураспада может составлять миллионы и миллиарды лет. Такие нуклиды малоактивны. Поэтому в Чернобыле не было, нет и не будет проблем с радиоактивным загрязнением территорий ураном. Хотя по массе выброшенных из реактора химических элементов лидировал именно уран, причём с большим отрывом. Но кто же измеряет радиацию в тоннах? По активности, по беккерелям уран не представляет серьёзной опасности: слишком долгоживущий.

И вот теперь мы подошли к ответу на вопрос о стронции-90. У этого изотопа период полураспада равен 29 лет. Очень «противный» срок, ибо соизмерим с продолжительностью жизни человека. Стронций-90 достаточно долгоживущий, чтобы загрязнить территорию на десятки и сотни лет. Но не настолько долгоживущий, чтобы иметь низкую удельную активность. По значению периода полураспада к стронцию очень близок цезий-137 (30 лет). Вот почему при радиационных авариях именно эта «сладкая парочка» создаёт большую часть «долгоиграющих» проблем. Кстати, в негативных последствиях чернобыльской аварии гамма-активный (потерпите три странички) цезий виновен сильнее «чистого» бета-излучателя стронция.

А пройдет лет шестьсот, и в зоне чернобыльской аварии не останется ни цезия, ни стронция. И тогда на первое место выйдет… Вы уже догадались, верно? Плутоний! Но мы ещё далеки от понимания главной проблемы — опасности разных радионуклидов для здоровья. Ведь период полураспада, как и удельная активность, напрямую с такой опасностью не связан. Эти свойства характеризуют лишь сам радионуклид.

Возьмём, к примеру, одинаковые количества урана-238 и стронция-90: одинаковые по активности, а конкретно — по миллиарду беккерелей каждого. Для урана-238 — это около 80 кг, а для стронция-90 — всего 0,2 мг. Будет ли отличаться их опасность для здоровья? Как небо от земли! Рядом со слитком урана массой 80 кг можно спокойно стоять, можно посидеть на нём безо всякого вреда для здоровья, ведь почти все альфа-частицы, образующиеся в процессе распада урана, останутся внутри слитка. А вот такое же по активности и при этом ничтожно малое по массе количество стронция-90 чрезвычайно опасно. Если человек находится рядом без средств защиты, то за короткое время он получит как минимум радиационные ожоги глаз и кожи.

Знаете, на что похожа удельная активность? Тут напрашивается аналогия — скорострельность оружия. Помните, что вопрос об опасности долго- и короткоживущих радионуклидов — провокационный? Так оно и есть! Всё равно, что спросить: «Какое оружие опасней: которое делает сто выстрелов в минуту или один выстрел в час?». Здесь важнее другое: калибр оружия, чем оно стреляет и, самое главное, долетит ли пуля до цели, поразит ли её, и какие при этом будут повреждения?

Начнём с простого — с «калибра». Вы наверняка и раньше слышали об альфа-, бета- и гамма-излучениях. Именно эти виды излучений образуются при радиоактивных распадах (вернёмся к таблице 1). У таких излучений имеются как общие свойства, так и различия.

Читайте так же:
Блок хаус металлический под кирпич

Общие свойства: все три вида излучений относят к ионизирующим. Что это значит? Энергия излучений чрезвычайно высока. Настолько, что при попадании в другой атом они выбивают с его орбиты электрон. Атом-мишень при этом превращается в положительно заряженный ион (вот почему излучения — ионизирующие). Именно высокая энергия отличает ионизирующие излучения от всех прочих излучений, например, от микроволнового или ультрафиолетового.

Чтобы стало совсем понятно, представим атом. При огромном увеличении он выглядит как маковое зерно (ядро атома), окружённое тончайшей сферической плёнкой типа мыльного пузыря диаметром несколько метров (электронная оболочка). И вот из нашего зёрнышка-ядра вылетает совсем крошечная пылинка, альфа- или бета-частица. Так выглядит радиоактивный распад. При испускании заряженной частицы заряд ядра изменяется, а значит, образуется новый химический элемент.

А наша пылинка мчится с огромной скоростью и врезается в электронную оболочку другого атома, выбивая из неё электрон. Атом-мишень, потеряв электрон, превращается в положительно заряженный ион. Но химический элемент остаётся прежним: ведь число протонов в ядре не изменилось. Такая ионизация — процесс химический: то же самое происходит с металлами при растворении в кислотах.

Вот по такой способности ионизировать атомы разные виды излучений и относят к радиоактивным. Ионизирующие излучения могут возникать не только в результате радиоактивного распада. Их источником может служить: реакция деления (атомный взрыв или ядерный реактор), реакция синтеза лёгких ядер (Солнце и другие звёзды, водородная бомба), ускорители заряженных частиц и рентгеновская трубка (сами по себе эти устройства не радиоактивны). Главное отличие радиации — высочайшая энергия ионизирующих излучений.

Различия же альфа-, бета- и гамма-излучений определяются их природой. В конце 19-го века, когда была открыта радиация, никто не знал, что это за «зверь». И вновь открываемые «радиоактивные лучи» просто обозначали первыми буквами греческого алфавита.

Сперва открыли альфа-лучи, испускаемые при распаде тяжёлых радионуклидов — урана, радия, тория, радона. Природу же альфа-частиц выяснили уже после их открытия. Оказалось, что это летящие с огромной скоростью ядра атомов гелия. То есть тяжёлые положительно заряженные «пакеты» из двух протонов и двух нейтронов. Эти «крупнокалиберные» частицы далеко пролететь не могут. Даже в воздухе они проходят не более нескольких сантиметров, а лист бумаги или, скажем, внешний омертвевший слой кожи (эпидермис) задерживает их полностью.

Бета-частицы при ближайшем рассмотрении оказались обычными электронами, но опять же летящими с огромной скоростью. Они значительно легче альфа-частиц, и электрический заряд у них поменьше. Такие «мелкокалиберные» частицы глубже проникают в разные материалы. В воздухе бета-частицы пролетают несколько метров, их способны задержать: тонкий лист металла, оконное стекло и обычная одежда. Внешнее облучение обычно приводит к ожогу хрусталика глаза или кожи, подобно солнечному ультрафиолету.

И, наконец, гамма-излучение. Оно имеет ту же природу, что и видимый свет, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи или радиоволны. То есть гамма-лучи — это электромагнитное (фотонное) излучение, но с чрезвычайно высокой энергией фотонов. Или, другими словами, с очень короткой длиной волны (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Шкала электромагнитных излучений

Гамма-излучение имеет очень высокую проникающую способность. Она зависит от плотности облучаемого материала и оценивается толщиной слоя половинного ослабления. Чем плотнее материал, тем лучше он задерживает гамма-лучи. Именно поэтому для защиты от гамма-излучения чаще используют бетон или свинец. В воздухе гамма-лучи могут пройти десятки, сотни и даже тысячи метров. Для других материалов толщина слоя половинного ослабления показана на рис. 2.3.

Читайте так же:
Обезьянка чичичи продавала кирпичи за веревку дернула

Рис. 2.3 — Значение слоёв половинного ослабления гамма-излучения

При воздействии гамма-излучения на человека могут быть повреждены и кожа, и внутренние органы. Если бета-излучение мы сравнили со стрельбой мелкокалиберными пулями, то гамма-излучение — это стрельба иголками. По природе и свойствам на гамма-излучение очень похоже излучение рентгеновское. Отличается происхождением: его получают искусственно в рентгеновской трубке.

Существуют и другие виды ионизирующих излучений. Например, при ядерной вспышке или работе ядерного реактора, кроме гамма-излучений, образуются потоки нейтронов. Космические лучи помимо этих же излучений несут протоны и много чего ещё.

1. Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009: санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 100 с.

Толщина слоя половинного ослабления для различных материалов

Составляющие коэффициента надежности

№ ЗСВместим. ЗС, чел.Количество людейКоличество мест в ЗС ГО, гото­вых к приему людей в установленный срок
Обеспечен. инженер­ной защитойСвоевременно оповещенныхОбученных действиям в ЧС

1. Составляющие коэффициента надежности по каждому ЗС ГО:

— ЗС № 1 вместимостью 500 человек: в соответствии с требованиями по защитным свойствам, своевременности оповещения, обученности людей и готовности мест допускает защиту 400 человек (по минимальному значению в строке);

— ЗС № 2 и № 4 исключаются из расчета, так как не обеспечивают необходимую инженерную защиту;

— ЗС № 3 исключается из расчета, так как оно не готово к заполнению людьми в установленный срок.

2. Величины составляющих, характеризующих:

— инженерную защищенностьНРС – Сиз = 750/1000 = 0,75;

— своевременность оповещения – Соп = 0,7;

— обученность – Соб = 0,65;

готовность мест укрытия – Сгот = 0,4.

3. Поскольку коэффициент надежности защитыНРС ОЭ определяется минимальным значением составляющих, получаем, что надежной защитой обеспечено лишь 40% смены, так как Кнз = Сгот = 0,4.

4. Значительно снижает коэффициент надежности защиты:

— необеспеченность инженерной защиты ЗС № 2 и № 4 (200 чел.);

— -несовершенство системы оповещения (300 чел.);

— необученность людей (350 чел. не знают правил поведения в ЧС);

— неготовность ЗС № 3 к приему людей в срок (300 чел.).

— коэффициент надежности защиты можно повысить до 75% без существенных материальных затрат дооборудованием системы оповещения, обучением, своевременной подготовкой ЗС №3 к заполнению людьми;

— необходимо обеспечить повышение готовности системы жизнеобеспечения ЗС № 2 и № 4 до требуемых норм.

Таблица 7.7

МатериалыПлотность материала, г/см 3Толщина слоя половинного с ослабления, см
от проникающей радиацииот РЗот нейтронов
Вода23,12,7
Древесина0,718,59,7
Грунт, кирпич1,614,48,111,6
Стекло1,416,59,36,3
Бетон2,35,7
Сталь, бронза7,81,711,5
Свинец11,31,2
Лед0,914,5
Полиэтилен2,715-21,32,7
Биологическая ткань15-23
Глина утрамбованная2,16,38,3

Для определения коэффициента ослабления радиации защитными сооружениями необходимы исходные данные:

— толщина и вид материалов конструкций (слоев) убежища;

— значения слоя половинного ослабления радиации каждым из примененных материалов (табл. 7.7);

— геометрические размеры основного помещения ЗС ГО, конструкция входа;

— размеры дверного проема, наличие и масса двери на входе. Для заглубленных (обсыпанных грунтом) ЗС ГО без надстройки коэффициент ослабления определяется формулой:

(1)

где Кпер — коэффициент ослабления радиации перекрытием:

Здесь j определяется формулой: , в которой:

Читайте так же:
Сертификат соответствия кирпич строительный

Вп — толщина слоя половинного ослабления материалом, см;

Хп — толщина слоя соответствующего материала перекрытия, см;

n = 1, 2, 3 — перечень слоев материалов перекрытия.

Таблица 7.8

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Толщина слоя половинного ослабления кирпича

Проходя через вещество, a — и b -частицы расходуют свою энергию в основном на ионизацию и возбуждение атомов и молекул вещества, в котором распространяется излучение. Кроме потерь энергии на возбуждение и ионизацию, электроны теряют энергию вследствие испускания электромагнитного (тормозного) излучения, возникающего при ускорении электронов в кулоновском поле ядра.

Пробегом a -частиц называется длина их траектории в данном веществе. Траектории a -частиц прямолинейны. Это связано с тем, что масса a -частиц примерно в 7000 раз больше массы электрона. Взаимодействуя с электронами среды, a -частицы получают импульс, который слишком мал, чтобы отклонить их от прямолинейного пути. Пробеги a -частиц с энергией 4–5 МэВ в воздухе достигают 3–5 см, а в мягкой биологической ткани — десятки мкм. Внешнее облучение a -частицами исключено ввиду их малой проникающей способности. a -Частицы полностью поглощаются листом писчей бумаги, одеждой или резиновыми перчатками.

b Частицы при взаимодействии с электронами поглощающего вещества легко рассеиваются. Длины их действительных траекторий оказываются в 1,5–4 раза больше толщины поглощающего слоя. Кроме того, b -частицы одного радионуклида имеют разные пробеги из-за непрерывного спектра b -излучения. Поэтому проникающую способность b -излучения характеризуют значением максимального пробега b -частиц Rmax. Максимальный пробег определяется как минимальная толщина поглотителя, при которой полностью задерживаются b -частицы с энергией, равной максимальной энергии b -спектра. Пробеги b -частиц в воздухе доходят до 10–11 м, а в мягкой биологической ткани — до 1 см.

Кривая ослабления b -частиц подчиняется экспоненциальному закону, однако при относительно больших толщинах поглотителя наблюдается отклонение от экспоненциальной зависимости, поскольку b -излучение имеет конечный пробег в веществе. При толщине поглотителя d £ 0,3Rmax зависимость ослабления b -излучения в веществе может быть записана в виде

, (5.15)

где I и I — число частиц, измеряемое детектором в единицу времени при наличии и в отсутствие поглотителя соответственно; m — коэффициент ослабления; d — толщина поглотителя.

Значение коэффициента m зависит от максимальной энергии излучения и от свойств поглощающего материала (в первом приближении только от числа электронов n в единице объема поглотителя). Если в качестве поглотителя используются простые вещества, то число электронов в единице объема поглотителя равно

, (5.16)

где NA — постоянная Авогадро; r — плотность поглотителя; Z — атомный номер поглотителя; M — молярная масса поглотителя.

Положив, что m = kn, где k — коэффициент пропорциональности, получаем

(5.17)

, (5.18)

где — массовый коэффициент ослабления.

Отношение для различных веществ меняется в довольно узких пределах: для легких ядер » 0,5, для тяжелых — 0,4. Для одного и того же b -излучения, но для различных поглощающих веществ значения массовых коэффициентов ослабления оказываются близкими. Поэтому массовые коэффициенты ослабления приводятся для алюминия (табл. 3.8), а при расчетах, не нуждающихся в особой точности, этими же значениями пользуются и для других веществ.

Оценить максимальный пробег b -частиц в веществе можно путем измерения слоя половинного ослабления b -излучения. Слоем половинного ослабления b -излучения d1/2 называют толщину поглотителя, снижающую вдвое начальное (за вычетом фона) число частиц. Для b -частиц с Emax > 0,6 МэВ величина d1/2 связана с Rmax приближенным соотношением

Зависимость максимального пробега в алюминии от максимальной энергии b -спектра хорошо изучена. Значения максимального пробега Rmax и массового коэффициента ослабления m m в алюминии для различных энергий b -частиц приведены в табл. 3.8.

Читайте так же:
Как изготовить кирпичи своими руками

Для некоторых интервалов энергий b -частиц имеются эмпирические формулы [6, 7]:

(5.20)

(5.21)

В формулах (5.20)–(5.23) Emax выражена в МэВ, Rmах — в г/см 2 .

Пример 5.3. Рассчитать долю b -частиц с максимальной энергией Е max = 1,5 МэВ, проходящих через алюминиевый поглотитель толщиной 5 мг/см 2 .

Решение. Максимальный пробег в алюминии b -частиц с энергией 1,55 МэВ равен Rmax = 6,7 × 10 –1 г/см 2 ; массовый коэффициент ослабления m m = 7,1 см 2 /г. По условию d = 5 мг/см 2 = 5 × 10 –3 г/см 2 . Так как d 0,3Rmax, то можно использовать соотношение (5.15).

Доля b -частиц, которая пройдет через алюминиевый поглотитель толщиной 5 мг/см 2 , равна

Определение толщины слоя половинного ослабления ионизирующего излучения для различных материалов: Методическая разработка

Страницы работы

Фрагмент текста работы

ВНИМАНИЕ! Во включенном состоянии прибора на разъемах «Канал I» и «Канал II» присутствует напряжение +400 В.

Подключение и отключение блоков детектирования к прибору во включенном состоянии — ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

2. Порядок работы

1.1. Заземлите измеритель.

1.2. Подключите к измерителю блок детектирования с помощью кабеля и разъема, указанных в технической документации на блок детектирования.

1.3. Установите переключатель выбора полярности в положение, соответствующее полярности входных сигналов (для положительных импульсов «+», для отрицательных «–»).

1.4. Подключите измеритель к сети переменного тока напряжением 220В и частотой 50Гц.

1.5. Нажмите кнопку СЕТЬ на передней панели, при этом должен загореться светодиод верхней шкалы «В» и множителя «X1». Прогрейте его в течение 15-20 минут.

1.6. Нажмите кнопку РАЗРЯД на 1—2с, при этом сбросятся показания измерительного прибора. (Примечание. Установка электрического нуля измерительного прибора осуществляется переменным резистором «УСТ. О» через отверстие в верхнем кожухе измерителя.).

1.7. Установите необходимый режим работы. При измерении средней скорости счета по первому каналу установите переключатель ИЗМЕРЕНИЕ в положение I, по второму каналу— в положение II. При измерении разности скоростей счета между первым и вторым каналами переключатель ИЗМЕРЕНИЕ установите в положение Д.

1.8. Для перевода показаний измерителя в истинное значение измеряемой величины ионизирующего излучения, на входе блока детектирования, необходимо пользоваться градуировочными характеристиками, приведенными в технической документации на применяемые блоки детектирования.

Примечание. Для исключения статистической составляющей погрешности установки порогов при работе с блоками детектирования БДБ2, БДМГ-41,БДМГ-41-01, БДМГ-41-03 и БДМГ-08Р в месте расположения блоков детектирования создайте мощность дозы, соответствующую ожидаемой пороговой скорости счета на УИМ2-3.

4. Выполнение работы

4.1.Используя различные материалы определить толщину слоя половинного ослабления для b-излучения:

4.1.1. Измерить фон в контейнере установки при отсутствии источника излучения.

4.1.2. Открыть плексиглазовое окно и закрепить в держателе контрольный источник, входящий в комплект установки.

4.1.3. Установить держатель на расстоянии 10-20 см от детектора.

4.1.4. Поместить на детектор образцы исследуемого материала разной толщины, произвести измерения скорости счета импульсов, добиваясь уменьшения скорости счета в три раза по сравнению с исходным.

4.1.5.. По полученным данным построить график зависимости скорости счета от толщины слоя исследуемого материала (V=f(d)) и определить толщину слоя половинного ослабления.

4.2.Определить зависимость скорости счета (V) от расстояния (h) между источником излучения и детектором.

4.2.1. Установить держатель с источником излучения на расстоянии 10 см от детектора излучения, произвести измерения скорости счета импульсов.

4.2.2. Увеличить расстояние между источником излучения и детектором

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector