Расчет показателей радиоактивного распада и оценка радиоактивной обстановки

МИНИСТЕРСТВО ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

КОМАНДНО - ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра общеобразовательных дисциплин

Контрольная работа № 1

по дисциплине: «Радиационная безопасность»

Вариант 03

Номер зачетной книжки: 06/123

Выполнил: слушатель 65А взвода

сержант внутренней службы

Телица Александр Васильевич

Минск – 2010

Вариант 03

Номера заданий: 4, 14, 24, 34, 44, 51, 52, 53.

Задание № 4

В какое ядро превратится ядро плутония ²³⁹
Pu, испустив α – частицу? Записать уравнение реакции.

Решение.

Альфа-распад заключается в самопроизвольном испускании ядром α – частицы (ядра гелия ⁴
₂
He). Схема α – распада:

^A
_Z
X-^A
-4
_Z
-2
Y + ⁴
₂
He

Обозначим неизвестное ядро символом ^А
_Z
Х. Так как при α – распаде атомный номер изменяется на 2, а массовое число на 4, то Z = 94 - 2 = 92, A = 239 – 4 = 235

Элемент с порядковым номером 92 в периодической системе – уран. Следовательно, ядро ²³⁹
Pu превратится в ядро ²³⁵
U.

Уравнение реакции имеет вид:

²³⁹
Pu-²³⁵
U + ⁴
₂
He

Задание № 14

За какое время от начального количества ядер ¹³⁷
Cs останется 10 %?

Решение.

Согласно закону радиоактивного распада

N
= N₀

е
<sup>-

λ

t</sup>

илиdN =
– λ
N dt
, (14.1)

где:

N
₀

– число ядер в начальный момент времени (t
= 0),

N
– число ядер, оставшихся к моменту времени t
,

dN
– число ядер, распавшихся за малый интервал времени dt
,

λ
– постоянная радиоактивного распада (вероятность распада ядра в единицу времени).

Число ядер, распавшихся за время t

∆
N
= N
₀

– N
= N
₀

(
1– e
<sup>–

λ

t</sup>

)
(14.2)

Из (14.2) имеем:

∆
N
/
N
₀

=
1– e
<sup>–

λ

t</sup>

(14.3)

Связь между периодом полураспада Т_½

и постоянной распада

l
=
ln
2⁄ Т_½

(14.4)

Подставив (14.4) в (14.3), получим

∆
N
/
N
₀

=
1– e
<sup>- (

ln

2 / Т½ )

t</sup>

=
1–
2<sup>- (

t

/ Т½ )</sup>

(14.5)

Обозначим величину t
/ Т½ =
k
, С учётом этого (14.5)перепишем в виде

∆
N
/
N
₀

=1–
2 <sup>–

k</sup>

, откуда

k
= (
ln
1 –
ln
(∆
N
/
N
₀

)) /
ln
2

Доля распавшихся атомов ∆
N
/
N
₀

= 0,90 (по заданию).

Произведём вычисления

k
=(
ln
1 –
ln
0,90) /
ln
2 =
(0–(-
0,1054)) /
0,6931 = 0,1521

Период полураспада Т_½

¹³⁷
Cs принимаем равным 30 лет ([1] прил. табл. 3)

Находим время t
за которое распадётся 90% начального количества ¹³⁷
Cs

t
= Т½
∙k
= 30
∙0, 1521 ≈ 4,6 лет.

Задание № 24

Интенсивность узкого пучка γ – квантов после прохождения через слой свинца, толщиной 4 см уменьшилась в 8 раз. Определить толщину слоя половинного ослабления.

Решение.

Слоем половинного ослабления называется слой вещества, толщина Х½
которого такая, что поток проходящих через него γ – квантов уменьшается в два раза. Связь между толщиной слоя половинного ослабления и линейным коэффициентом ослабления:

ln 2 0,693

Х½ = --------- = ----------
(24,1)

µ µ

Для свинцовой плиты х = 4 см, n₀
/ n = 8 (по условию)

Из уравнения n = n₀
e ^-µ
x
выразим линейный коэффициент ослабления.

µ_свинца
= ( ln ( n₀
/ n ) ) / x = ln 8 / 4 = 0,52

Толщину половинного слоя ослабления вычислим по формуле (24,1)

ln 2 0,693

Х½ = --------- = ---------- =
1,33 см

µ 0,52

Задание № 34

Определить массу изотопа ¹³¹
J, имеющего активность А = 37 кБк. Период полураспада считать известным.

Решение.

Активность А
радиоактивного источника – число радиоактивных распадов, происходящих в источнике за единицу времени. Если в источнике за время dt
распадётся dN
атомов, то

А =
dN
/
dt
= λ
N
(34.1)

где

λ
– постоянная распада,

N
– число атомов радиоактивного изотопа.

N = mN_A
/ M, (34.2)

где

m – масса изотопа,

M-
его молекулярная масса,

N_A
–
число Авогадро.

Подставим выражение (34.2) в выражение (34.1), получим:

А = λ (mN_A
/ M ) (34.3)

отсюда

M∙ А

m = ----------
(34.4)

N_A
∙ λ

Производим вычисления, учитывая, что

ln 2 0,693

λ = ---------
= ------------- =
1,004 ∙ 10 ^{- 6}

Т½6,9 ∙ 10⁵

Т½ = 8 суток ([1] прил. табл. 3) = 8 ∙ 24 ∙ 3600 = 6,9 ∙ 10⁵
с

131 ∙ 10³
∙ 37 ∙ 10³

m = ------------------------------- =
0.805 ∙ 10 ^{– 8}
кг = 0,00805 мг

6.022 ∙ 10²³
∙ 1,004 ∙ 10 ^{- 6}

Задание № 44

Оценить эквивалентную дозу, получаемую за счёт внешнего γ – облучения за месяц нахождения на территории с мощностью экспозиционной дозой 1 мР / час

Решение.

Переходной коэффициент от уровня экспозиционной дозы к эквивалентной дозе за счёт внешнего γ – облучения – 0,05 мЗв/год на 1 мкР / час. Следовательно, эквивалентная доза за месяц составит

0,05 ∙ 1000 / 12 = 4,17 мЗв.

Задание № 51

Какое из радиоактивных излучений (α –, β –, γ –) представляет наибольшую опасность в случае: а) внутреннего б) внешнего облучения?

Ответ.

а) Наибольшую опасность в случае внутреннего облучения представляютα – активные радионуклиды. Внутреннее облучение делится, в свою очередь, на пероральное при попадании радиоактивных веществ внутрь с пищей или водой и ингаляционной при дыхании с воздухом. В этом случае α – излучение Здесь основное воздействие на человека оказывают α – радионуклиды, по своему вредному воздействию они существенно превосходят β –, и γ – излучение ядер. α – активные радионуклиды обладают высокой ионизационной способностью, поражают внутренние органы человека, ускоряя появление первичных реакций радиационного поражения (головокружение, рвота и т.п.).

Для предотвращения внутреннего облучения α – активными радионуклидами используют средства индивидуальной защиты органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и кожных покровов.

б) Наибольшую опасность в случае внешнего облучения представляют γ – активные радионуклиды. Это обусловлено электромагнитной природой излучения, другими словами, это электромагнитные колебания очень большой частоты, распространяющиеся в пространстве со скоростью света испускаемые при ядерных превращениях. Основными процессами взаимодействия с веществом являются фотоэффект, комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование электронно-позитронных пар. Таким образом, в результате всех процессов замедления и захвата γ – квантов происходит ионизация вещества. Это крайне важный момент: если речь идет о ткани человеческого тела, то ионизация и обусловливает вредное биологическое воздействие излучения на живой организм.

Различают следующие основные методы защиты от воздействия γ – излучения:

- уменьшение продолжительности работы на территориях или в помещениях, где имеются источники γ – излучения;

- увеличение расстояния от работающего до источника;

- уменьшение до минимально возможной активности используемого радиоактивного препарата;

- сооружение защитных ограждений (стенок, экранов, контейнеров и т. д.) из поглощающих материалов между источником и зоной размещения персонала. Для краткости эти возможные способы защиты называют соответственно защита временем, расстоянием, количеством и экранировкой.

Задание № 52

Охарактеризуйте радиоактивную обстановку в Вашем районе и в Вашей области.

Ответ.
Согласно Постановления Совета Министров Республики Беларусь от 23 декабря 2004 г. № 1623 «Об утверждении перечня населенных пунктов и объектов, находящихся в зонах радиоактивного загрязнения» перечень населенных пунктов и объектов, находящихся в зонах радиоактивного загрязнения по Витебской области выглядит следующим образом:Населенные пункты

Зона проживания с периодическим радиационным контролем - территория с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 1 до 5 Ки/кв.км либо стронцием-90 от 0,15 до 0,5 Ки/кв.км или плутонием-238, 239, 240 от 0,01 до 0,02 Ки/кв.км, где среднегодовая эффективная доза облучения населения не должна превышать 1 мЗв в год:

- Толочинский район: Толочинский сельский Совет: д.Новая Будовка, д.Сани. Глубокский район в данный перечень не входит, следовательно можно говорить о том, что радиоактивная обстановка в районе не превышает допустимых норм.

Задание № 53

Сформулируйте практические рекомендации, соблюдение которых при нахождении на загрязнённых территориях позволяет существенно уменьшить риск неблагоприятных радиационных последствий.

Ответ.

Для уменьшения риска неблагоприятных радиационных последствий при нахождении на загрязнённых территориях необходимо:

1. По возможности сократить время пребывания в радиоактивной зоне.

2. Держатся как можно дальше от источника радиационного заражения.

3. Использовать необходимые меры защиты:

- держать окна закрытыми;

- ежедневная влажная уборка помещений, удаление пыли;

- использовать маску, находясь в пыльном месте;

- надевать защитные перчатки при работе с заражёнными материалами;

- регулярно проходить медицинские обследования, даже если признаков и симптомов радиационной болезни не наблюдается.

Необходимо чётко разделять понятия «внутри» и «снаружи». Верхнюю одежду и обувь следует хранить отдельно от той, которая носится дома, так как верхняя одежда имеет более высокий уровень радиоактивного загрязнения. Не приносить в дом никаких предметов, которые могут быть заражёнными. Тщательно мыться (принимать душ) после каждого возвращения с улицы и стирать одежду, которую носили вне дома.

После окончания воздействия радиации необходимо избавится от одежды, которая использовалась в загрязнённой зоне, или отправить её на обеззараживание.

Наряду с проникновением радиоактивных частиц в организм с воздухом при дыхании, вторым основным путём внутреннего радиационного заражения является попадание через пищеварительный тракт. Поэтому необходимо соблюдать следующие основные правила:

- брать воду с источника, который не подвергался радиационному заражению;

- избегать употребления местных продуктов питания. Если другие продукты не доступны, Лечебно – профилактические и санитарно – гигиенические мероприятия по уменьшению поступления радионуклидов в организм человека с загрязненными продуктами питания сводятся к следующему:

1) проведение по возможности радиационной кулинарной обработки пищевых продуктов, предусматривающей, в частности, приготовление не жаренных или тушенных, а отварных продуктов;

2) приготовление «вторичных» бульонов и отвара, т. е. мясо или рыбу в течение 2 – 3 часов сначала вымачивают в холодной воде, затем вода сливается, продукты заливают новой порцией воды, доводят до кипения и воду опять сливают, варку заканчивают новой порцией воды;

3) полное очищение корнеплодов и овощей от частиц земли, тщательная их промывка и снятие кожуры, широкое использование засолки или маринования овощей и фруктов;

- необходимо использовать йодированную соль вместо обычной поваренной, если это возможно, принимать йод в таблетках;

- рацион питания должен содержать продукты, повышающие устойчивость организма к радиации (морская капуста, кальмары и т. д.) и содержащие метионин и способствующие выведению радионуклидов из организма (молочнокислые продукты, творог, яйца, рыба). Для ускорения выведения цезия из организма желательно употреблять продукты, богатые калием (свекла, орехи, урюк, курага). Продукты, содержащие в большом количестве кальций, способствуют выведению из организма стронция (молочные продукты, фасоль, горох, геркулес, морковь, капуста и др.);

- витамины оказывают тоже противолучевой эффект. Действие витаминов сводится к обеспечению оптимальной жизнедеятельности организма, к подъему его радиоустойчивости. Поэтому в рацион питания хорошо включать овощи и фрукты, богатые витамином С (капуста, лимоны, цитрусовые, черная смородина и др.), витамином Е (сливы, зеленый горошек и др.). Благоприятное воздействие оказывает употребление овощных и фруктово-ягодных соков, особенно с мякотью. Соки с мякотью хорошо сорбируют радионуклиды. Для ускоренного выведения радионуклидов из организма употребляют продукты, ускоряющие моторную функцию кишечника. Это продукты, содержащие большое количество клетчатки: перловая крупа, пшено, белково-отрубный хлеб, ягоды и фрукты.

Нет оснований оставаться в изоляции, необходимо больше общаться с другими людьми. Не следует драматизировать ситуацию, представляя её хуже чем на самом деле. Необходимо помнить о том, что некоторое время жить в радиационной зоне в принципе возможно (это зависит от уровня радиоактивности), но для этого требуется определённая самодисциплина.

плутоний распад облучение радиация обстановка

ЛИТЕРАТУРА

1. Радиационная безопасность. Методические указания и контрольная работа для слушателей заочного обучения / А.В. Ильюшонок – Минск: ВПТУ МВД РБ, 1997

2. Багатырев В.А., Бусел А.В., Дорожко С.В. Методическое пособие по основам радиационной безопасности и радиационной экологии для студентов технических вузов республики. Часть 1. Мн.: БГПА, 1992.

3. Асаенок И.С., Лубашев Л.П., Навоша А.И. Радиационная безопасность. Учебное пособие. Мн.: БГУ, 2000.

4. Ильин Л.А., Кириллов В.Ф., Коренков И. П. Радиационная гигиена. М.: «Медицина», 1999.

5. Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 23 декабря 2004 г. № 1623 «Об утверждении перечня населенных пунктов и объектов, находящихся в зонах радиоактивного загрязнения».