Қазақстан республикасының білім және ғылым министрлігі «ҚР Ұлттық ядролық орталық» республикалық мемлекеттік кәсіпорыны

1.3 Иондаушы сәулелерден қорғаныс

1. 
   Ионизациялаушы сәулелерден қорғаныс.
   
2. 
   сәулелерінен қорғаныс.
   
3. 
   сәулелерінен қорғаныс.
   
4. 
   Нейтрондармен сәулеленуден қорғаныс.
   

Жергілікті тұрғындар мен қоршаған ортаға қауіпті радиация, ионизациялаушы сәулелердің пайда болуына байланысты болады. Бұл сәулелердің көзі - ядролық реакторда жүретін жасанды радиоактивті химиялық элементтер (радионуклидтер). Радионуклидтер қоршаған ортаға, радиациялық қауіпті оъектілерде болатын аппаттар нәтижесінде түседі. Нәтижесінде, бүкіл әлемдегі радиациялық фон күшейеді.

Ионизациялаушы сәулелерге рентген сәулелері, сәулелері,бөлшектер ағыны, бөлшектер ағыны, мезондар мен мюондар ағыны және т.б жатады.

Рентген және сәулелері үлкен өтімділік және ионизация қаілеттілігіне ие. сәулелері ауада 100 метр қашықтыққа тарап, фотоэффект нәтижесінде ауаның 1сантиметр жүрген жолында қосымша 2-3 жұп ион босатады.

бөлшектер (- электрондар, - позитрондар) ауада жүретін жолы дейін, ал биоұлпада бірнеше миллиметр ғана. Ауаны ионизациялау қабілеті, жолдың бір сантиметріне қатысты 100-300 жұп ионға тең.

және сәулелерінен қорғаныс.

Альфа - сәулелерінен қорғануға 10 сантиметр ауа қабаты үшін жұқа фольга жеткілікті. бөлшектердің жүру жолы қысқа болғандықтан, оларды, тіпті адамның үстіндегі киім де оңай әлсіретеді (ақ халат). Ал бөлшектер ағынын аллюминийден, плексигластан, қалыңдығы бірнеше миллиметр болатын шыныдан жасалған экрандар әлсіретеді.

1. 
   Иондаушы сәулелерге анықтама беріңіз.
   
2. 
   Сәулелердің қай түрі ең үлкен өтімділік қабілетіне ие.
   
3. 
   Ионизациялау сәулелерінен қорғанысты атаңыз.
   

1.4 Дозиметрлік бірліктер

1 Негізгі түсініктер мен анықтамалар.

2 Экспозициялық доза.

3 Жұтылған доза.

4 Керма.

5 Биологиялық эффективтілік коэффициенті.

6 Салыстырмалы биологиялық эффективтілік.

7 Энергияның сызықты берілуі.

Сәуле шығарудың жұтылған дозасы сәулеленген зат массасының жұтылған бірлігінің энергиясы ретінде анықталады. Сәуле шығарудың жұтылған дозасының бірлігі ретінде джоуль киллограмм қабылданады (Дж/кг).

Джоуль/килограмм – сәулеленген заттың бір килограмм массасымен жұтылған, кез-келген сәуле шығарудың бір джоульэнергиясымен өлшенетін сәуле шығарудың жұтылған дозасы.

Сәуле шығарудың жұтылған дозасының шамасы сәуле шығару мен жұтатын орта қасиеттеріне тәуелді. Ортадағы γ-сәуле шығару энергиясының жұтылуы сәуле шығарудың зат атомының электрондарымен әсерлесу нәтижесінде болады. Сәйкесінше, масса бірлігінде жұтылған энергия электрондардың атом ядросымен байланыс энергиясына және жұтатын ортаның масса бірлігінде орналасқан атомдар санына тәуелді, және заттың агрегаттық күйінен тәуелсіз.

Иондану эффектісі бойынша доза сипаттамасы үшін рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасы қолданылады. Экспозициялық доза атмосфералық ауаның масса бірлігіндегі зарядталған бөлшектердің кинетикалық энергиясына түрленген сәуле шығару энергиясын өрнектейді.

Рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасының бірлігі ретінде кулон/килограмм – 1 к/кг қабылданған.

Кулон/килограмм – қалыпты жағдайда ауада бір кулонға тең әрбір таңбаның зарядын тасушы ион тудыратын бір килограмм құрғақ ауаның корпускулярлық эмиссиясының сәуле шығарумен түйісу кезіндегі рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасы.

Рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасының жүйеден тыс бірлігі рентген болып табылады.

Рентген –осы сәуле шығаруға жанасқан қалыпты жағдайда 0,001293 г құрғақ ауада пайда болатын корпускулярлық эмиссия әрбір таңбалы электр тогы санының бір электростатикалық бірлігін тасымалдайтын ион тудыратын γ-сәуле шығару немесе рентген сәулелену дозасы.

Сәулелену дозасын (рентген) анықтау кезінде электрондық тепе-теңдік шарты орындалуы керек: қарастырылып отырған көлемдегі кететін электрондар энергиясының суммасы осы көлемге келетін электрондар суммасына тең болуы керек. Рентген бірлігі рентген және γ-сәуле шығару энергиясының мәні 3 МэВ дейін қолданылуы мүмкін.

Жоғарыда айтылып кеткеннен:

,

(26)

мұнда D_экс – рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасы; ∆Q – көлем элементінде ауаның иондану нәтижесінде пайда болатын заряд; ∆m – осы көлемдегі сәулеленетін ауаның массасы.

Радпен (1 рад=100 эрг/г) өрнектелген сәуле шығарудың жұтылған дозасының рентгенмен (1р=87,7 эрг/г) өрнектелген рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасына қатынасы ауа үшін мына түрде жазылады:

(27)

Дозаларды салыстыру кезінде элекронды тепе-теңдік жағдайында 1 р тең экспозициялық доза 0,877 рад жұтылған дозаға тең екендігін көруге болады.

Сәулеленетін ортаның масса бірлігінде иондаушы сәуле шығарудан түзілген зарядталған бөлшектерге берілген кинетикалық энергия мөлшерін керма деп атайды (Kerma – kinetic energy released in material). γ-сәуле шығару үшін керма заттың небір көлемінде γ-кванттар әсерінен пайда болған электрондар мен позитрондардың жалпы кинетикалық энергияларының ДЕк осы көлемдегі заттың массасына қатынасын өрнектейді. Яғни

(28)

мұндағы F – γ-кванттардың энергия ағыны; γ/ρ – энергия берудің массалық коэффициенті, сәйкесінше керманы γ-кванттар энергиясының заттарда жұтылуының бірінші сатысын сипаттайтын шама деп түсіндіруге болады.

Уақыт бірлігіне келтірілген сәуле шығарудың жұтылған дозасы мен рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасы сәуле шығарудың жұтылған доза қуаты Р_жұт және рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық доза қуаты Р_экс деп аталады.

Сәуле шығарудың жұтылған дозасының қуаты және рентген және γ-сәуле шығарудың экспозициялық дозасының қуатының өлшем бірлігі ретінде сәйкесінше, Ватт килограмм және ампер килограмм қабылданған.

Әр түрлі радиоактивті заттардың γ-сәуле шығаруымен тудырылатын экспозициялық доза қуаты ыдырау сұлбасына, яғни бір ыдырауға келетін γ-кванттар саны, сәуле шығару энергиясы және радионуклидтің активтілігіне тәуелді. Егер берілген радионуклидті сипаттайтын иондану γ-тұрақтысы белгілі болса, әрдайым γ-сәуле шығарудың экспозициялық доза қуатын анықтауға болады.

γ-тұрақтыларды сәуле шығарудың экспозициялық дозасы (иондану γ-тұрақтысы) немесе интенсивтілігі (энергетикалық γ-тұрақтысы) бойынша есептеп шығаруға болады. Дифференциал және толық γ-тұрақтылары болып бөлінеді.

Дифферециал γ-тұрақтысы радионуклидтің γ-спектрінің белгілі бір моноэнергетикалық сызығында жатады.

Толық γ-тұрақтысы дифференциал γ-тұрақтылардың қосындысына тең.

Берілген радионуклидтің толық иондану γ-тұрақтысы активтілігі 1 мкюри бастапқы фильтрлеусіз 1 см қашықтықта орналасқан нүктелік изотропты γ-көзімен тудырылатын рентген сағатына экспозициялық доза қуатының сандық мәніне тең. Осыдан γ-тұрақтысының өлшем бірлігі - р*см²/(сағ*мкюри).

Берілген радионуклидтің толық энергетикалық γ-тұрақтысы активтілігі 1 мкюри бастапқы фильтрлеусіз 1 см қашықтықта орналасқан нүктелік изотропты γ-көзімен тудырылатын см² секундына МэВ сәуле шығару интенсивтілігінің сандық мәніне тең.

Көптеген радионуклидтердің иондану γ-тұрақтылары есептеп анықталынған. Осы есептер негізінде кестелер құрылған. Анықтамаға сәйкес иондану γ-тұрақтысы

, р*см2/(сағ*мкюри)

(29)

мұнда Р- экспозициялық доза қуаты, р/сағ; R-қашықтық, см; С-активтілік, мкюри.

Тәжірибе кезінде қалыңдығы 0,5 мм, актитілігі 1 мкюри платинадан жасалған фильтрі бар ыдырау өнімдерінің барлығымен тепе-теңдікте тұрған радий нүктелік көзі 1 см қашықтықта 8,25 р/сағ тең экспозициялық доза қуатын тудыратыны дәлелденген. Бұл γ-тұрақтысының мәні Ra PгRa = 8,25р*см²/(сағ*мкюри) әр түрлі γ-тұрақтылары бар γ-сәуле шығару көздерінің доза қуатын салыстыруға алынған.

Иондану камерасының элементар бөлшектердің газ санауышына қарағанда ерте қолданыла бастағаны мәлім. Сондықтан, γ-кванттар шығаратын радионуклидтерді сипаттау үшін уақыт бірлігінде шығарылатын γ-кванттар санын емес, γ-сәуле шығарудың иондану камерасындағы ток бойынша өлшенетін иондануды тудыру қабілеттігін қолданады.

Иондаушы сәуле шығаруды жұтқан кезде биологиялық ұлпа зақымданады. Бұл зақым бөлшектің жүгіріс ұзындығының бірлігінде (ионданудың сызықты тығздығы) пайда болатын ион жұбына немесе иондаушы бөлшектің жолының бірлігіндегі энергияның сызықты берілуіне (ЭСБ) тәуелді. Әр түрлі иондаушы сәуле шығару түрлері әр түрлі биологиялық әсер тигізеді.

1959 жылы Радиациялық бірліктер және өлшемдер бойынша Халықаралық комиссия салыстырмалы биологиялық эффективтілік коэффициентін (СБЭ) қолдануды ұсынды. СБЭ коэффициенті берілген сәуле шығарудың 1 г ұлпа жұтқан бірдей энергиясында рентген және γ-сәуле шығаруға қарағанда қанша есе күшті биологиялық әсер еткендігін көрсетеді. Яғни әр түрлі иондаушы сәуле шығару мен рентген γ-сәуле шығарудың биологиялық әсерлерін салыстыруға арналған. Әдетте СБЭ коэффициентін рентген және γ-сәуле шығару үшін 1 тең (табиғи және жасанды радионуклидтерге сәйкес изотоп энергияларының шегінде) деп алады.

СБЭ коэффициенті иондаушы сәуле шығару түрі мен энергиясына ; биологиялық эффективтілікті салыстыру кезіндегі доза шамасына; сәулелену уақыты; сәуле шығару әсерінің сипатына (біреселік ауыр немесе көпеселік созылмалы сәулелену); биологиялық эффекті бағалауда қолданылатын ұлпа (орган) түріне; температура; құрамындағы оттегіге; ортаның сілтілігіне байланысты. Қазіргі уақытта СБЭ коэффициентін тек радиобиологияда әр түрлі иондаушы сәуле шығару түрлерінің әсерінің салыстырмалы зерттеулерінде ғана қолдануды ұсынады.

Иондаушы сәуле шығарудың зақымдау әсері ұлпадағы бөлшектің жүгіріс ұзындығының бойында пайда болатын ион жұптарының санына, дәлірек айтқанда, затқа жергілікті берілген және жұтылған энергияға (ЭСБ) байланысты.

Шартты түрде тәжірибелік мәліметтер негізінде сапалық сәуле шығару коэффициенттері деп аталатын СБЭ белгілі сандық мәндері қабылданған. Тәжірибелік мәліметтер созылмалы сәулелену кезіндегі радиациялық қауіпті бақылау мақсатында Радиациялық бірліктер мен өлшемдер бойынша Халықаралық комиссиямен алынған судағы (ЭСБ) арналған мәндер болып табылады.

Сәуле шығарудың эквивалентті дозасын анықтау үшін иондаушы сәуле шығару өрісіндегі адамның созылмалы сәулеленуінің радиациялық қаупін бағалау енгізіледі. Сәуле шығарудың эквивалентті дозасы сәуле шығарудың жеке түрлерінің жұтылған дозалары және сәйкес сапа коэффициенті мен таралу коэффициенттерінің көбейтінділерінің қосындысымен анықталады. Яғни

(30)

Сәуле шығарудың сапа коэффициенті (СК) әр түрлі сәуле шығару түрлерінің жұтылған дозасын сәуле шығарудың эквивалентті дозасына айналдыруға арналған.

(31)

Дозаның таралу коэффициенті (ТК) ағза ішіндегі радионуклидтердің таралуының біркелкіліксіздігін есептеуге арналған.

Сапа коэффициенті өлшемсіз шама болып табылады, ал жұтылған және эквивалентті дозалардың өлшемдері бірдей. Бірақ эквивалентті дозаны рад-тың биологиялық эквиваленті бэрмен өлшеуге болады.

Бэр деп бір грамм ұлпада рентген және γ-сәуле шығарудың бір радқа тең жұтылған дозасында байқалатын дәл сондай биологиялық эффектісі бар жұтып алынған энергия мөлшерін айтамыз.

Сонымен, әр түрлі сәуле шығару түрлерінің ЭСБ рентген және γ-сәуле шығару ЭСΒ-нен өзгешеленеді. Бұл өзгешелік өлшем бірлігі бэр болып табылатын эквивалентті дозамен ескеріледі. Сәйкесінше, эквивалентті доза арқылы әр түрлі иондаушы сәуле шығару түрлерінің бірдей биологиялық әсерлері ескеріледі.

Бақылау сұрақтары:
1 Сәулеленудің негізгі дозаларын атаңдар.

2 Сәулеленудің экспозициялық дозасына анықтама беріңдер.

3 Сәулеленудің жұтылған дозасына анықтама беріңдер.

4 Керма энергиясына анықтама беріңдер.

5 Биологиялық эффективтілік коэффициенті дегеніміз не?

6 Энергияның сызықты берілуі деп нені айтады?