594_Simakova_N.N._Laboratornaja_rabota_5_Proizvodstvennaja_sanitarija_

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)

Н. Н. Симакова

Производственная санитария и гигиена труда

Методические указания к лабораторной работе «Исследование радиационной безопасности»

Учебно-методическое пособие

Новосибирск

2016

УДК 614.876(076)

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ

Рецензент:

заведующий кафедрой безопасности труда Новосибирского государственного технического университета,

д.ф.-м.н, профессор С. М. Коробейников

Симакова Н. Н. Производственная санитария и гигиена труда: Методические указания к лабораторной работе «Исследование радиационной безопасности» : Учебно-методическое пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; каф. безопасности жизнедеятельности и экологии. – Новосибирск, 2016. – 18 с.

Целью данных методических указаний является освоение вопросов производственной санитарии и гигиены труда.

Методические указания предназначены для студентов для направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность», профиль «Безопасность технологических процессов и производств», квалификация (степень) – бакалавр.

©СимаковаН.Н., 2016

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2016

2

Лабораторная работа № 5

Исследование радиационной опасности

1.Цель работы

–Ознакомиться с нормами радиационной безопасности.

–Ознакомиться с приборами для измерения радиоактивности.

–Получить практические навыки работы с измерителями радиоактивности.

–Выявить зависимость биологического эффекта от величины дозы радиоактивного облучения.

–Измерить радиоактивность различных рабочих поверхностей.

2.Порядок выполнения работы

1.Требуется определить мощность эквивалентной дозы излучения с помощью дозиметра детектора-индикатора радиоактивности. Провести измерения в трёх точках помещения и в одной точке на улице (в каждой точке по 3 раза) и вычислить среднее арифметическое значение. Исходя из полученных данных, рассчитать, какую дозу получит человек за всю жизнь (за 70 лет, в бэрах), соответствует ли она допустимым нормам.

Показания приборов заносим в таблицу1.

2.Определяем среднее значение показаний прибора и находим мощность эквивалентной дозы гамма-излучения в [мкЗв/ч]:

–в сутки

–в год

–за 70 лет

Сделать вывод.

3.Измерить загрязненность поверхностей продуктов питания (образцов) Объяснить полученные результаты.

Приложение

Описание приборов

Человеческий организм не способен с помощью своих органов чувств воспринимать наличие радиоактивных веществ и их излучения (до не

3

смертельных значений), поэтому необходимы специальные измерительные приборы - дозиметрическая и радиометрическая аппаратура.

Детектор-индикатор радиоактивности «Эколог» (рис. 1) позволяет оценить радиационную обстановку и наличие загрязнения продуктов питания, строительных материалов, одежды радиоактивными веществами. Индикатор оценивает уровень мощности эквивалентной дозы (далее МЭД) загрязненности источниками гамма-квантов и бета-частиц окружающей среды и различных объектов.

Рис.1. Индикатор радиоактивности «Эколог»

На лицевой панели индикатора находится жидкокристаллический индикатор, на котором в верхней строке индуцируются МЭД и подсчитываемые кванты излучения, а к нижней строке – установленный порог звуковой сигнализации. Также на лицевой панели расположена пленочная клавиатура с тремя кнопками управления: большая кнопка включения/выключения питания, обнуления показаний и отключения звуковой сигнализации; кнопка включения подсветки индикатора; кнопка изменения порога звуковой сигнализации прибора.

Включение индикатора производится нажатием и удерживанием большой кнопки в течение более 2 секунд. Сразу после включения на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) появляются надписи «Эколог», «Готов к работе» и затем, если кнопку отпустить, детектор начинает цикл измерения. Если кнопку удерживать далее, на экране появится надпись «звук вкл/выкл», а затем, через 2 с, надпись «звук выкл», и регистрация не будет сопровождаться звуковым сигналом.

На цифровом табло индуцируется количество частиц, посчитанных датчиком от начала цикла. По окончании времени цикла в зоне индикатора «МЭД» появится значение МЭД. С каждым следующим циклом измерения это значение будет становиться все более точным. В случае превышения значения МЭД порога звуковой сигнализации раздается тревожный звуковой сигнал, в нижней строке ЖКИ появится надпись «Опасно», ЖКИ начнет подсвечиваться короткими вспышками. Сигнал будет звучать до окончания следующего цикла

4

измерения (т.е.30 секунд). Если значение МЭД за это время становится меньше порога, звуковой сигнал прекратится. Коротко нажав большую кнопку, можно «обнулить» значение МЭД, после чего цикл измерения начнется заново. Если нажать и удерживать кнопку более 3 секунд, появится надпись «прибор выключен и, после отпускания кнопки, прибор выключится.

Поскольку ионизирующее излучение имеет вероятностный характер, то в отдельных циклах счета показания могут значительно отличаться. Точность измерения МЭД возрастает с увеличением циклов измерения.

Дозиметрические приборы для измерения ионизирующих излучений

(ИИ):

Радиометры – используются для измерения плотности потока и мощности доз ИИ, а так же активности радионуклидов.

Спектрометры – предназначены для изучения распределения излучений по энергиям, заряду, массам частиц ИИ, то есть, для детального анализа образцов каких-либо материалов, источников ИИ.

Дозиметры – применяют для измерения индивидуальной эквивалентной дозы и мощности доз рентгеновского, бета- и гамма-излучения в диапазоне энергий от 50 кэВ до 2–3 МэВ. Распространенные модели: ДКГ и ДКС (индивидуальные), МКС (дозиметр-радиометр, рис. 2) – отличаются по классу точности и опциям (бытовые или профессиональные), количеству и типу детекторов, конструкции (переносные или стационарные).

Рис. 2. Дозиметр МКС-05 ТЕРРА профессиональный

Универсальные бытовые дозиметры и радиометры – в зависимости от комплектации, могут совмещать в себе различный функционал. Например, в приборе "Экотестер СОЭКС" (рис. 3) имеется встроенный нитрат-тестер, для проверки продуктов питания на содержание в них нитратов.

5

Рис. 3. Экотестер Соэкс

Дозиметр-радиометр МКС-05 "Терра-П" оснащён ещё и часами с будильником, а стационарный "Анализатор экологии АОМ-22" оборудован алкотестером и функцией определения качества окружающего воздуха (по наличию и концентрации в нём пыли и загрязняющих веществ). В дозиметре SMG-1 (питается стандартным телефонным аккумулятором, ёмкостью 850 mA, чего хватает на 300 часов непрерывной работы), имеющем термометр, на дисплее, наряду с уровнем радиационного фона, показывается и температура окружающего воздуха.

Новые модели измерителей радиации дополнительно могут иметь разъем mini-USB и соединительный провод – для интеграции с компьютером (переноса собранной информации на ПК, чтобы проанализировать, посчитать статистику и оформить результаты измерений в графическом виде) и, что важно, для обеспечения возможности питания прибора при разряженной батарее или, если в качестве источника питания используются аккумуляторы, – для их подзарядки (для активации этой опции в меню интерфейса надо включить этот режим). В современных аппаратах (Терра МКС, СОЭКС 01М Defender, SMG1, ДКГ-РМ) обычно встроена энергонезависимая память для хранения результатов замеров, которые можно переместить в компьютер с помощью USB-кабеля или по Bluetooth-интерфейсу.

В качестве детектора радиации применяются обычно:

–камерно-ионизационные газоразрядные счётчики Гейгера-Мюллера типа СБМ-20 (стандартные, бета фильтр двухслойный, из меди и свинца, со всех сторон экранирует датчик);

–СБМ-21 (малочувствительный к низкоэнергетическому гаммаизлучению и почти не реагирует на бетту);

–торцевые счетчики Бета-1/5 (окно сделано из слюды), наиболее точные,

иболее дорогие, по сравнению с двумя вышеназванными.

Широкий диапазон измерений, максимально высокая точность и надёжность в работе есть только у полнофункциональных приборов, нормальных размеров и профессионального класса.

6

Опции профессиональной аппаратуры:

-режим оперативного контроля удельной активности 137Cs в жидких и сыпучих пробах в полевых условиях;

-возможность измерять плотность потока альфа- и бета-частиц с загрязненных поверхностей, мощность амбиентного эквивалента дозы и дозу рентгеновского и гамма-излучения;

-энергонезависимая память и чтение записанных данных на табло или персональный компьютер;

-возможность дальнейшего дооснащения прибора дополнительными блоками детектирования, по мере необходимости.

Правила эксплуатации. Не ронять и беречь от попадания внутрь корпуса пыли, влаги и агрессивных газов, иначе собьются настройки и прибор выйдет из строя (это касается и внешних блоков детектирования). Промышленные, профессионального класса радиометры и дозиметры могут работать при высокой влажности (до 90–100%, при +25 градусов), а бытовые приборы – только до 70–80% и их надо защищать от воды и конденсата водяного пара (помещать в мягкий полиэтилен, герметично под плёнку, через которую можно было бы включать тумблеры и нажимать на кнопки). Нельзя разбирать, не ломать пломбу. Время на установление рабочего режима ("прогрев прибора") – приблизительно 10 секунд.

Точность измерений. Для радиометрических приборов характерен значительный разброс отсчётов (до плюс/минус 20–40%). В этих устройствах велика и длительность времени на измерение. Для улучшения сходимости результатов, хотя бы до +/- 10–15%, увеличивают количество и время измерений (в том числе, используют дублирующие аппараты).

Дополнительные погрешности (разброс показаний) прибора вызывают следующие причины:

-температура, отличная от комнатной, меняет параметры электрической схемы - до +/- 15%;

-повышенная влажность и конденсат - до +/- 10%;

-разряд батареи - до +/- 10%;

-вариации (короткопериодные) космического излучения и рентгеновского – сотые-десятые доли микрозиверта в час.

Периодическая поверка и калибровка проводится раз в год – это стандартный межповерочный интервал для аппаратуры. Бытовые радиометры, дозиметры можно сверить по новым, недавно купленным или только что поверенным приборам, проведя параллельные замеры в режиме повышенной точности, "на ровном поле".

Результаты измерений, полученные с помощью бытового прибора (даже с приемлемой, достаточно высокой точностью), не могут быть использованы для официальных заключений государственными органами. Для этого нужна

7

профессиональная, сертифицированная аппаратура, прошедшая госповерку, и квалифицированный специалист, оператор, который правильно проведёт измерения, выполнит расчёты и оформит результаты исследований.

Для определения радиационного загрязнения продуктов питания, бытовых предметов следует вначале определить значение естественного фона, для чего включить прибор минимум за две минуты до начала обследования. Затем приблизить прибор к объекту на расстояние не менее 10 мм. Значительное возрастание показаний прибора означает, что объект имеет радиоактивное загрязнение.

Оценка радиоактивного загрязнения продуктов питания осуществляется по их внешнему гамма-излучению. Минимальный уровень радиоактивного загрязнения, требующий внимания – в соответствии с рекомендованной национальной комиссией по радиационной защите (НКРЗ) установлен в 4 килобеккереля на килограмм (литр)- 4 кБк/л или 1 10-7Кюри/кг (л).

Для контроля уровня загрязнения молока и мясопродуктов дозиметр размещают вплотную левым боком к емкости, содержащей 1 литр молока или один килограмм продукта.

Характеристика ионизирующего излучения и его влияние на организм человека

Теоретическая часть

Радиационная безопасность населения – состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения (Федеральный закон " О радиационной безопасности населения"). Основные нормативы облучения (допустимые пределы доз) конкретизируются и уточняются в санитарно-гигиенических федеральных нормах и правилах, таких как НРБ - 99/2009, ОСПОРБ - 99/2010 и др.

Радиоактивность – это способность ядер некоторых химических элементов самопроизвольно распадаться с образованием ядер новых химических элементов и испусканием ионизирующего излучения.

В настоящее время известно 106 химических элементов. Каждый элемент может иметь несколько изотопов, которые содержат в ядре одинаковое количество протонов, но различное число нейтронов и одинаковое число электронов в атомной оболочке. Изотопы занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Различают стабильные (устойчивые) изотопы и нестабильные (радиоактивные) изотопы. Химические элементы, занимающие в периодической системе места с 1-го по 83-е, имеют как стабильные, так и радиоактивные изотопы; например, водород состоит из трех изотопов: двух стабильных (1Н протий, 2Н дейтерий) и одного радиоактивного (3Н тритий). Самым тяжелым элементом, имеющим стабильный изотоп, является висмут (Вi, z=83). Элементы, стоящие в периодической системе после

8

висмута, стабильных изотопов не имеют, например, уран состоит из трех радиоактивных изотопов 238U, 235U, 234U.

Скорость распада радиоактивного изотопа характеризуется периодом полураспада (Т1/2) - это время, за которое распадается половина радиоактивного

вещества. Период полураспада не зависит от количества вещества и всегда постоянен (период полураспада радона 222Rn - 3,8 сут, урана 235U -7.108 лет, 238U-

4,5.109 лет).

Радиоактивный распад имеет статистическую природу; атомные ядра превращаются независимо друг от друга; каждый радионуклид имеет характерную для него вероятность распада. Для отдельного атома нестабильного нуклида нельзя предсказать момент его превращения. Вероятность распада обусловлена свойствами данного вида ядер, т.е. она не зависит от химического и физического состояния радионуклида.

Ионизирующими называют такие излучения, которые, проходя через среду, вызывают ее ионизацию. Помимо ионизации излучения могут вызывать возбуждение молекул среды. Энергию ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах электрон-вольтах (эВ), 1 эВ = 1,6 . 10-19 Дж. Ультрафиолетовое излучение и видимый свет не относят к ионизирующим.

По своей природе ионизирующее излучение бывает фотонным и корпускулярным. Фотонное излучение включает гамма-излучение и рентгеновское излучение. Гамма-излучение – это фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц (например, электрона и позитрона). Оно обладает высокой проникающей способностью (средний пробег фотонов в воздухе составляет около ста метров, а в биологической ткани – до 10–15 см), представляет основную опасность как источник внешнего облучения.

Рентгеновское излучение – это фотонное излучение, состоящее из тормозного или характеристического излучения. Под тормозным понимают излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц, а под характеристическим – возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома.

Корпускулярное излучение – это ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля. Оно бывает следующих видов:

-излучение, состоящее из электронов или позитронов, испускается при ядерных превращениях. Бета-частицы обладают малым пробегом (несколько метров в воздухе и несколько сантиметров в биологической ткани), бетаизлучатели опасны при проникновении в легкие и желудочно-кишечный тракт как внутренние облучатели;

-излучение, состоящее из частиц, имеющих строение, аналогичное ядру атома гелия, т.е. из двух протонов и двух нейтронов, альфа-частицы обладают очень малым пробегом (не более нескольких сантиметров в воздухе и не более 0,1 мм в биологической ткани). Альфа-излучатели опасны при проникновении внутрь организма как источники внутреннего облучения;

-протонное излучение, состоящее из протонов;

9

- нейтронное излучение, состоящее из нейтронов.

Рис. 4. Шкала длин волн электромагнитного излучения

Уровни безопасных величин поглощенной дозы облучения

Естественный радиационный фон везде свой, в зависимости от высоты территории над уровнем моря и геологического строения каждого конкретного района. Безопасным считается уровень радиации приблизительно до величин 0.5 мкЗв/час (до 50 мкР/час). Различают внешнее и внутреннее облучение человека. Для внешнего облучения тела человека безопасным считается уровень в 0.2 мкЗв/час (20 мкР/час). Внутренние источники облучения – вдыхаемый воздух, вода, еда – также имеют безопасную границу в 0.2 мкЗв/ч.

Средняя годовая доза от внешних и внутренних источников приблизительно составляет:

-солнечная радиация и космические лучи – от 0.300 мЗв/год (на высоте 2000м – втрое больше, чем на уровне моря);

-почва и горные породы – 0.250 - 0.600 мЗв/г (на гранитах больше - около 1 мЗв/год);

-жилище, строения – от 0.300 мЗв/г;

-еда – от 0.020 мЗв/г;

-вода – от 0.010 до 0.100 мЗв/г; (при ежедневном потреблении воды в объёме 2 литра).

-в воздухе (радон 222Rn, торон 220 Rn и короткоживущие продукты их распада) – 0.2 - 2 мЗв/год.

Внутренний фон:

-накопленные в костях организма отложения радионуклидов – 0.100 - 0.500 мЗв/г;

-внутреннее облучение за счет калия-40 в организме – 0,100 - 0,200 мЗв.

-вдыхаемый радон (источник альфа-излуч.) – 0.100 - 0.500 мЗв/год.

В сумме, обычная средняя годовая эффективная эквивалентная доза от естественных внешних источников радиации, действующей на одного человека, составляет 2–3 мЗв/г (третья часть из которых обусловлена радоном). В зависимости от высоты территории над уровнем моря и геологических условий фактические значения могут варьироваться в широком диапазоне.

10