POMIAR DAWKI PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO NA WYBRANYCH STANOWISKACH PRACY

Prawo rozpadu promieniotwórczego.

Samorzutną przemianę jądra atomowego, w wyniku której emituje ono cząstkę α (promieniowanie α), elektron (promieniowanie β) lub falę elektromagnetyczną (promieniowanie γ) przechodząc w inne jądro lub to samo jądro, lecz w innym stanie energetycznym, nazywamy rozpadem promieniotwórczym.

Prawo, które określa ilościowo zmianę w czasie liczby jąder rozpadających się, nazywamy prawem rozpadu promieniotwórczego. Matematycznie zapisuje się je następująco:

N ( t ) = N₀ e^{-λ t} (1)

gdzie: N₀ - liczba jąder pierwiastka promieniotwórczego ulegających rozpadowi w chwili t = 0, od której zaczynamy liczyć czas,

N ( t ) - liczba jąder, które po czasie t nie uległy jeszcze rozpadowi,

λ - tzw. stała rozpadu, czyli wielkość, która charakteryzuje prawdopodobieństwo rozpadu pojedynczego jądra w jednostce czasu. Jej jednostką w układzie SI jest [s^-1].

Dla scharakteryzowania szybkości rozpadu wprowadza się obok stałej rozpadu następujące wielkości:

1. czas połowicznego zaniku - czas, po którym liczba jąder mogących ulec rozpadowi zmniejszy się do połowy (czyli do N₀/2)]

T = = [s] (2)

2. średni czas życia jądra atomowego

τ = = 1,44 T [s] (3)

3. radioaktywność źródła, czyli liczbę rozpadów pewnej ilości substancji promieniotwórczej w jednostce czasu

A = = λ N ( t ) = λ N₀ e^{-λ t} = A₀ e^{-λ t} [s^-1] (4)

gdzie: A₀ = λ N₀ jest radioaktywnością źródła w chwili t = 0.

Jądra atomowe mogą się rozpadać na różne sposoby poprzez emisję różnych rodzajów promieniowania ( α , β , γ ).

Radioaktywność.

Radioaktywnością nazywamy liczbę rozpadów jąder atomowych danej substancji promieniotwórczej w jednostce czasu. Jednostką radioaktywności w układzie SI jest 1 [Bq] (bekerel). Jest to radioaktywność źródła, w którym zachodzi 1 rozpad w czasie 1 sekundy. Często spotykaną jednostką radioaktywności jest 1 [Ci] (kiur). Jest to radioaktywność źródła, w którym zachodzi 3,7 * 10¹⁰ rozpadów na sekundę

1 [Ci] = 3,7 * 10¹⁰ [Bq] (5)

Dawka ekspozycyjna.

Jednostki dawki ekspozycyjnej definiuje się poprzez skutki wywołane promieniowaniem w jednostce objętości lub jednostce materii. Dawkę ekspozycyjną można mierzyć w jednostce [C/kg] (kulomb/kg) lub [R] (rentgen). Dawka ekspozycyjna wynosi 1[C/kg], gdy w jednym kilogramie napromieniowanej substancji zostanie wytworzony przez jonizację ładunek każdego znaku równy 1 .

1 [R] jest dawką ekspozycyjną promieniowania, które w 0,001293 [g] suchego powietrza wytwarza ładunki jonizacyjne równe jednostce elektrostatycznej ładunku. Wobec tego:

1 [R] = 2,58 * 10^{- 4} [C/kg] (6)

Dawka pochłonięta.

Dawka pochłonięta jest miarą energii promieniowania jądrowego pochłoniętej w jednostce masy napromieniowanej substancji. Jej jednostką w układzie SI jest 1 [J/kg]. Ta jednostka dawki pochłoniętej nazywana jest grejem ([Gy])

1 [Gy] = 1 [J/kg] (7)

Dawka pochłonięta jest równa 1 [Gy], gdy w 1 [kg] masy napromieniowanej substancji została pochłonięta energia promieniowania równa energii 1 [J].

Inną często spotykaną jednostką dawki pochłoniętej jest 1 [rad]. Dawka 1 rada odpowiada pochłonięciu energii 100 ergów promieniowania w 1 gramie substancji ( 1 erg = 10^{- 7} J). Wobec tego:

1 [rad] = 10^{- 2} [Gy] (8)

Biologiczny równoważnik dawki pochłoniętej.

Skutki biologiczne promieniowania zależą nie tylko od dawki pochłoniętej, ale również od gęstości jonizacji wytworzonej w tkance przez promieniowanie, a ta z kolei zależy od rodzaju promieniowania. Dlatego określa się biologiczny równoważnik dawki pochłoniętej (H), który jest równy iloczynowi dawki pochłoniętej (D) i bezwymiarowego współczynnika jakości promieniowania (Q):

H = Q D (9)

Jednostką biologicznego równoważnika dawki pochłoniętej w układzie jednostek SI jest 1[Sv] (sivert). Ponieważ współczynnik jakości promieniowania jest wielkością bezwymiarową, jednostka biologicznego równoważnika dawki posiada ten sam fizyczny wymiar [J/kg] co jednostka dawki pochłoniętej 1 [Gy]. Chociaż:

1[Sv] = [J/kg] (10)

to nie należy mylić znaczenia tej jednostki z dawką pochłoniętą, czyli 1 [Gy].

W literaturze najbardziej rozpowszechnioną jednostką biologicznego równoważnika dawki jest rem:

1 [rem] = 10^-2 [Sv] (11)

Moc dawki.

W odniesieniu do dawki ekspozycyjnej, dawki pochłoniętej i biologicznego równoważnika dawki pochłoniętej definiuje się pojęcie mocy dawki jako dawki promieniowania w jednostce czasu. W użyciu są jednostki mocy na sekundę, godzinę, tydzień i rok. Warto przy okazji zaznaczyć, że spotyka się w użyciu radiometry do pomiaru mocy dawki, które są wyskalowane w następujących jednostkach mocy dawki ekspozycyjnej:

[pA/kg] = 10^-12 [C * s ^-1 * kg ^-1]

lub

[nA/kg] = 10^-9 [C * s ^-1 * kg ^-1]

W obliczeniach mocy dawki należy stosować następujący przelicznik:

10 [mR/h] = 0,7 [nA/kg] (12)

Biologiczne skutki oddziaływania promieniowania jądrowego.

Biologiczne skutki oddziaływania promieniowania na organizmy żywe dzielimy z grubsza na:

1. skutki somatyczne, polegające na uszkodzeniu komórek utrzymujących procesy życiowe,

2. skutki genetyczne, wywołane uszkodzeniem komórek odpowiedzialnych za przekazywanie cech dziedzicznych.

Charakter i przebieg choroby popromiennej na ogół zależy od wielkości dawki. Przy dawkach o wielkości do 25 remów brak jest wyraźnych objawów klinicznych. Przy dawkach od 25 do 200 remów występują zmiany w obrazie morfologicznym krwi. Jawne objawy choroby popromiennej pojawiają się przy dawkach przekraczających 100 - 200 remów. Pierwsze objawy to mdłości, wymioty, bóle głowy, które dają znać o sobie w kilka godzin po napromieniowaniu. Dawka od 300 do 500 remów na całe ciało stanowi dawkę śmiertelną dla 50 % napromieniowanych osób. Przyczyną śmierci jest uszkodzenie tkanek krwiotwórczych. Przy dawkach od 1000 do 5000 remów przyczyną śmierci są głównie uszkodzenia przewodu pokarmowego, a choroba trwa od 1 do 2 tygodni. Dawka powyżej 10000 remów powoduje śmierć w ciągu kilku godzin.

Do zmian somatycznych opóźnionych występujących w organizmie w czasie od kilku miesięcy do kilku lat po napromieniowaniu należy zaliczyć białaczkę, choroby nowotworowe, zmętnienie soczewki oka.

Skutki genetyczne napromieniowania są jeszcze stosunkowo mało znane z uwagi na zbyt krótki czas występowania powszechnych narażeń ludzkości na promieniowanie. Mechanizm powstawania efektów genetycznych związany jest z uszkodzeniami wywołanymi przez promieniowanie w genach, które są odpowiedzialne za przekazywanie cech dziedzicznych.

Biologiczna skuteczność promieniowania jądrowego zależy od rodzaju i energii promieniowania oraz od typu tkanki lub organu, który uległ napromieniowaniu.

Przebieg ćwiczenia.

A1) Zanotować: symbol chemiczny, okres połowicznego rozpadu, średni czas życia, schemat rozpadu, radioaktywność w chwili sporządzenia świadectwa pomiarowego źródła promieniowania.

B1) Zmierzyć moc dawki: wewnątrz otwartego sejfu, w którym przechowywane są źródła promieniowania, w odległości 1 i 2 metrów od otwartego sejfu, bezpośrednio przed zamkniętym sejfem

B2) Zmierzyć moc dawki na kilku stanowiskach pomiarowych, na których : są stosowane i nie są stosowane źródła promieniotwórcze.