Иондаушы сәуле шығаруды өлшеу әдістері

1.6 Иондаушы сәуле шығаруды өлшеу әдістері

1 Иондаушы сәуле шығаруды табу принциптері.

2 Иондаушы сәуле шығару әдістері.

3 Иондану әдісі.

4 Газразрядтау әдісі.

5 Фотометрлік әдіс.

6 Сцинтилляциялық әдіс.
Иондаушы (радиоактивті) сәуле шығаруды (нейтрондар, гамма-сәулелер, бета- және альфа-бөлшектерді) табу принципі осы сәуле шығарулардың таралатын ортасындағы затты иондау қабілеттігіне бағытталған. Иондану, өз кезегінде, заттағы табылатын және өлшене алатын физикалық және химиялық өзгерістердің себепшісі болып табылады. Ортаның мұндай өзгерістеріне: заттардың электрөтімділігінің өзгерісі (газдар, сұйықтар, қатты материалдар); кейбір заттардың люминесценциясы (жарықтануы); фотопленканың жарықтануы; кейбір химиялық ерітінділердің электр тоғына кедергісінің, түсі, бояуы, мөлдірлігінің өзгерісі және т.б.

Иондаушы сәуле шығаруды табу және өлшеу үшін келесі әдістерді қолданады: фотографиялық, сцинтилляциялық, химиялық және иондану.

Қазіргі уақыттағы дозиметрлік құралдар арасында иондаушы сәуле шығаруды табу және өлшеудің иондану әдісі кең тараған.

Иондану әдісіне негізделген құралдардың құрылғылары бірдей және қабылдайтын құрылғы (иондаушы камера немесе газразрядтау санауышы), иондаушы токтың күшейткіші (электр шамы, жүктемелік кедергі және басқа элементтерден тұратын электр сұлбасы), тіркеуіш құрылғы (микроамперметр) және қор көзінен (құрғақ элементтер мен аккумуляторлар) құралады.

Ішінде бір-бірінен оқшауланған екі электрод орналасқан (конденсаторға ұқсас), ауамен толтырылған тұйық көлем иондаушы камера деп аталады. Камера электродтарына тұрақты ток көзінен алынантын кернеу қойылған. Иондаушы сәуле шығару жоқ кезде иондаушы камерада ток болмайды. Өйткені ауа оқшаулағыш болып табылады. Ал иондаушы сәуле шығару әсерінен иондаушы камера ішінде ауа молекулалары ионданады. Электр өрісінде оң зарядталған бөлшектер – катодқа, ал теріс зарядталған бөлшектер анодқа қарай бағытталады. Камера тізбегінде микроамперметрмен тіркелетін ток пайда болады. Иондаушы токтың сандық мәні сәуле шығарудың қуатына пропорционал. Сәйкесінше, иондаушы ток бойынша камераға әсер ететін иондаушы сәуле шығару дозасының қуаты туралы айтуға болады. Иондаушы камера қанығу облысында жұмыс істейді.

Газразрядтау санауышы интенсивтілігі аз радиоактивті сәуле шығаруды өлшеуде қолданылады. Санауыштың жоғары сезгіштігі иондаушы камера өлшейтін сәуле шығару интенсивтілігінен ондаған мың есе аз сәуле шығару интенсивтігін өлшеуге мүмкіндік береді.

Газразрядтау санауышы разрядталған инертті газ қоспаларымен (аргон, неон) толтырылған металл немесе шыны цилиндр түрінде болады. Инертті газдарға санауыш жұмысын жақсартатын қосындылар (спирт буы) қосылған. Цилиндрдің ішінде оның ось сызығының бойымен цилиндрден оқшауланған жұқа металл жібі тартылған (анод). Металл дене немесе санауыштың шыныдан жасалған денесінің ішкі бетіне жағылған металлдың жұқа қабаты катод болып табылады. Металл жіпке және ток өткізетін қабатқа (катодқа) электр тогының кернеуін береді.

Газразрядтау санауыштарында газ разрядын күшейту принципін қолданады. Радиоактивті сәуле шығару жоқ кезде санауыш көлемінде еркін иондар болмайды. Сәйкесінше, санауыш тізбегінде электр тогы да болмайды. Радиоактивті сәуле шығару әсерінен санауыштың жұмысшы көлемінде зарядталған бөлшектер түзіледі. Электрондар электр өрісінде ауданы катод ауданынан әлде қайда аз болып келетін санауыш анодына қарай қозғалып, газ ортасының атомдарын иондауға жеткілікті кинетикалық энергияға ие болады. Жұлынып шыққан электрондар да иодануды тудырады. Сонымен, газ санауышының қоспа көлеміне түскен радтоактивті сәуле шығарудың бір бөлшегі еркін электрондар ағынын тудырады. Санауыш жібінде көп электрондар саны жиналады. Нәтижесінде оң потенциал күрт төмендеп, электр импульсі пайда болады. Уақыт бірлігінде пайда болатын ток импульсінің санын тіркеу арқылы радиоактивті сәуле шығарудың интенсивтілігі туралы айтуға болады.
Бақылау сұрақтары
1 Иондаушы сәуле шығару көздерін табудың принципін түсіндіріңдер?

2 Иондаушы сәуле шығару көздерін табудың негізгі әдістерін атаңдар?

1.7 Адамның сәулеленуін регламенттеу

1 Радиациялық қауіпсіздік нормалары.

2 Радиациялық қауіпсіздіктің принциптері.

3 Техногендік сәулелену нормалары.

4 Табиғи көздерден сәулеленуді нормалау.
Радиациялық қауіпсіздік ретінде адамдардың қазіргі және болашақтағы ұрпағы, материалдық құралдар және қоршаған ортаның иондаушы сәуле шығарудың зиянды әсерінен қорғалған күйі түсіндіріледі. Кестеде эффекттің адамның қысқа уақыттағы сәулелену дозасынан тәуелділігі берілген.

Радиациялық қауіпсіздік «Радиациялық қауіпсіздік туралы» Заңынан басқа НРБ-99 регламенттеледі.

2-кесте. Эффекттің адамның біреселі (қысқа уақыттағы) сәулелену дозасынан тәуелділігі.

НРБ-99 негізгі бөлімдері келесіге келтірілген.

НРБ-99 талаптары иондаушы сәуле шығарудың адамға әсерінің келесі түрлеріне таралады:

а) радиациялық апат кезінде халық пен жұмыскерлердің сәулеленуі;

б) иондаушы сәуле шығарудың техногендік көздерін қалыпты эксплуатациялау жағдайында халық пен жұмыскерлердің сәулеленуі;

в) иондаушы сәуле шығарудың табиғи көздерінен өндіріс орындарының жұмысшылары мен халықтың сәулеленуі;

г) тұрғындарды медициналық сәулелену.

НРБ талаптары сәулеленудің әрбір түріне жасалған.

НРБ талаптары жылдық эффективті дозасы 10 мкЗв (1 мбэр) және ұжымдық жылдық дозасы 1 адам – Зв аспайтын иондаушы сәуле шығару көздеріне, және осы көздердің кез-келген жағдайдағы қолданылуына, сонымен қатар жер бетіндегі космостық сәуле шығаруға, алам ағзасында кездесетін калий-40 туатын сәулеленуге таралмайды. Автоматты түрде келесі көздер регламенттеуден босатылады: қалыпты эксплуатация жағдайында аппарат бетінен 0,1 м ара-қашықтағы кез-келген нүктеде эквивалентті доза қуаты 1,0мкЗв/сағ (0,1 мбэр/сағ) аспайтын генраторлар; максимал энергиясы 5 кэВ аспайтын сәуле шығару генераторлары; меншікті және жиынтық активтілігі орнатылған нормадан аз радиоактивті заттар (НРБ арнайы бөлімдерінде берілген).

Терминдер мен анықтамалар қатары орнатылған. Олардың негізгі дозиметрлік шамалары мен бірліктері кестеде келтірілген.

Радиоактивті ластанудың төменгі шегі орнатылған.

Ол дегеніміз материалдың беті немесе ішінде немесе адам денесінде, ауада немесе т.б. жерлерде жеке дозасы 10 мкЗв/жыл (1 мбэр/жыл) асатын сәулеленуге әкелетін техногенді радиоактивті заттардың бар болуын көрсетеді.

Сәулеленетін адамдардың келесі категориялары берілген:

а) қызметшілер (техногенді көздермен жұмыс істейтін адамдар – А тобы, немесе жұмыс жағдайы бойынша олардың әсеріндегі ортада болатындар – Б тобы);

ә) бүкіл халық, ортадан және өндірісі қызметінен тыс қызметшілердің ішіндегі адамдарды қосқанда);

сәулеленетін адамдардың барлық категориясына орнатылған нормативтердің үш класы бар:

а) негізгі дозалық шектер;

ә) негізгі дозалық шектердің туындысы болып табылатын монофакторлық (бір радионуклид немесе сәуле шығарудың бір түріне, түсу жолына) әсердің мүмкін деңгейлері: жылдық түсу шектері, мүмкін жарты жылдық көлемдік активтіліктер (ДОА) және меншікті активтіліктер (ДУА) және т.с.с.

Сонымен қатар, дозиметрлік өлшеулер приктикасында:

• 
  эффективті-ұжымдық, жарты ғасырлық және басқа дозалар;
  
• 
  көрсетілген бірліктердің ондаған бөліктері – дека, гекто, кило, мега, деци, санти, милли, микро және басқалары;
  
• 
  активтілік – меншікті (Бк/кг), көлемдік (мкКи/литр), беттік (мкКи/см²) немесе Ки/км² және басқалары.
  

-техногенді көздерден – негізгі дозалық шектерден аспауы керек - 1мЗв/жыл;

-тұрғын және қоғамдық ғимараттарды жобалау кезінде бөлме ауасындағы радон мен торон изотоптарының жарты жылдық көлемдік эквивалентті дозасы А Rn_{экв +}Tn_экв 100 Бк/м³, ал ашық жердегі -сәуле шығару дозасының қуаты 0,3мкЗв/сағ аспауы керектігі ескерілуі қажет. Үлкен көрсеткіштер кезінде қорғаныс шаралары ұйымдастырылуы керек. Егер көрсеткіштер нормативтен жоғары болса, онда тұрғындарды көшіру (олардың келісімдерімен) және бөлмелерді қайта профильдеу немесе бұзу туралы сұрақ қойылады.

• 
  құрылыс материалдарындағы (шағыл, қиыршық тас, құм) табиғи радионуклидтердің меншікті эффективті активтілігі (А_эфф): 1 кластағы тұрғын және қоғамдық ғимараттар үшін – 370 Бк/кг; 2 кластағы халық қоныстанған жерлер мен құрылыстармен шектелген жолдарды салуда колданылатын материалдар үшін – 740 Бк/кг; 3 кластағы халық қоныстанған жерлерден тыс жерлерде жол құрылысында қолданылатын материалдар үшін – 2,8 КБк/кг;
  
• 
  ауыз суындағы табиғи радтонуклидтердің эффективті дозасы 0,2 мЗв аспауы керек;
  
• 
  радиациялық апат кезінде 2 тәуліктегі бүкіл дененің сәулелену дозасы 1 Гр (100 рад) аспауы керек. Бұл көрсеткіштің өсуі кезінде шұғыл қорғаныс шаралары қолданылуы керек.
  

Сәуле шығарудың табиғи көздерінің жиынтық әсерімен шартталған адамдарға арналған эффективті дозаның мүмкін мәні қойылмайды. Адамдардың сәулеленуін төмендетуге сәуле шығарудың табиғи көздерінің жеке түрлеріне шектеулер жүйесін қою арқылы жетуге болады.

Тұрғын және қоғамдық ғимараттарды жобалау кезінде бөлме ауасындағы радон мен торон туынды өнімдерінің жарты жылдық тепе-теңдік көлемдік эквивалентті активтілігі ЭРОА_Rn + 4,6 х ЭРОА_Tn 100 Бк/м³, ал ашық жердегі -сәуле шығару дозасының қуаты 0,2 мкЗв/сағ аспауы керектігі ескерілуі тиіс.

Эксплуатацияланатын ғимараттардағы тұрғын бөлме ауасындағы радон мен торон туынды өнімдерінің жарты жылдық тепе-теңдік көлемдік эквивалентті активтілігі 200 Бк/м³. Көлемдік активтіліктің тым үлкен көрсеткіштерінде бөлме ауасына родонның түсуін төмендету және бөлмені желдетуге бағытталған қорғаныс шаралары қолданылуы тиіс. Қорғаныс шаралары, сонымен қатар, ашық жердегі -сәуле шығару дозасының қуаты 0,2 мкЗв/сағ асқан жағдайда қолданылуы тиіс.

Кен орындарында алынатын немесе өнеркәсіптің зиянды өнімі болып табылатын құрылыс материалдарындағы (шағыл, қиыршық тас, шой және егеленген тас, цемент және кірпіш шикізаты және т.б), сонымен қатар, құрылыс матералдары үшін қолданылатын өнеркәсіп қалдықтарындағы табиғи радтонуклидтердің меншікті эффективті активтілігі (А_эфф):

- жаңадан салынып жатқан және қайта құрылған тұрғын және қоғамдық ғимараттарда қолданылатын материалдар үшін (1 класс):

А_эфф =А_Ra+ 1,3А_Th+0,09А_К<= 370 Бк/кг,

мұнда А_Ra и А_Th – уран және торий қатарларының басқа мүшелерімен тепе-теңдікте орналасқан (226)Ra және (232)Th меншікті активтілігі, меншікті активтілік 4 (Бк/кг);

- тұрғын жер территорисы және перспективалық құрылыс аймақтарындағы жолдарды салуда қолданылатын, сонымен қатар өндіріс ғимараттарын салуда қолданылатын материалдар үшін (ІІ класс):

А_эфф<= 740 Бк/кг;

- тұрғын жерден тыс аймақтардағы жол құрылысында қолданылатын материалдар үшін (ІІІ класс):

А _эфф<= 1,5 кБк/кг.

Меншікті активтілік 1,5 кБк/кг < А_эфф 4,0 кБк/кг (IV класс) болған кезде әрбір жағдайда материалдарды қолдану туралы сұрақ Қазақстан Республикасының мемсанэпидқызметінің облыстық деңгейден төмен емес территориялық органдарымен келісілген түрде жеке шешіледі. Меншікті активтілік А_эфф > 4,0 кБк/кг кезінде материалдар құрылыста қолданылмауы тиіс.

Ауыз су құрамындағы табиғи және жасанды радионуклеидтердің эффективтік дозасы жылына 0,1 мЗв болса, оның радиоактивтігін төмендетуге бағытталған шаралар қолдану міндетті емес. Дозаның бұл мәніне тәулігіне 2 кг су тұтыну кезіндегі дозаның бұл мәніне жылына меншікті активтіліктің орташа мәні сәйкес келеді (араласу деңгейі – АД).

Суды ішу мақсатында қолданылудың мүмкіндігін алдын-ала бағалау 0,1 және 1,0 Бк/кг аспайтын альфа (A_альфа)- және бета (A_бета)-активтіліктердің меншікті суммасына байланысты беруге болады.

Судың құрамында (3)Н, (14)С, (131)I, (210)Pb, (228)Ra и (232)Th бар болу мүмкіндігінде судағы бұл радионуклеидтердің меншікті активтілігін анықтау міндетті болып табылады. Ауыз суындағы (222)Rn үшін араласу деңгейі 60 Бк/кг құрайды.

Ескерту: адамдардың ауыз су құрамындағы радонмен сәулеленуінің критикалық жолы радонның бөлме ауасына ауысып, әрі қарай туынды өнімдерінің таралуы болып табылады. Минерал және емдік сулар үшін арнайы нормативтер орнатылады.
Бақылау сұрақтары
1 Радиациялық қауіпсіздік нормаларының негізгі бөлімдері?

2 Сәулеленудің дозалық шектері?

3 Адамдарға арналған сәулеленудің мүмкін шектеу нормалары?

4 Табиғи көздерден сәулеленуді нормалау?

5 Бақыланбайтын сәулелену деңгейлері?