Захист від іонізуючих випромінювань. Пристрій і розрахунок захисних екранів
До числа технічних засобів захисту відноситься пристрій різних екранів з матеріалів, що відображають і поглинають радіоактивне випромінювання. Екрани влаштовуються як стаціонарні, так і пересувні (рис. 58).
При розрахунку захисних екранів визначають їх матеріал і товщину, які залежать від виду випромінювання, енергії частинок і квантів і необхідної кратності його ослаблення. Характеристика захисних матеріалів і досвід роботи з джерелами випромінювань дозволяють намітити переважні галузі використання того чи іншого захисного матеріалу.
Метал найчастіше застосовують для спорудження пересувних пристроїв, а будівельні матеріали (бетон, цегла та ін.) - для спорудження стаціонарних захисних пристроїв.
Прозорі матеріали найчастіше застосовують для оглядових систем і тому вони повинні володіти не тільки хорошими захисними, але і високими оптичними властивостями. Добре задовольняють таким вимогам наступні матеріали: свинцеве скло, вапняне скло, скло з рідким наповнювачем (бромистий цинк, хлористий цинк);
Знаходить застосування в якості захисного матеріалу від гамма-променів свинцева гума.
Мал. 58. Пересувний екран
Розрахунок захисних екранів базується на законах взаємодії різних видів випромінювань з речовиною. Захист від альфа-випромінювань не є складним завданням, так як альфа-частинки нормальних енергій поглинаються шаром живої тканини 60 мкм, в той час як товщина епідермісу (омертвілої шкіри) дорівнює 70 мкм. Шар повітря в кілька сантиметрів або аркуш паперу є достатнім захистом від альфа-частинок.
При проходженні бета-випромінювання через речовину виникає вторинне випромінювання, тому в якості захисних необхідно застосовувати легкі матеріали (алюміній, плексиглас, полістирол), так як енергія гальмівного випромінювання збільшується з ростом атомного номера матеріалу.
Для захисту від бета-частинок (електронів) високих енергій використовують екрани з свинцю, але внутрішнє облицювання екранів повинна бути виготовлена з матеріалу з малим атомним номером, щоб зменшити первісну енергію електронів, а отже, і енергію випромінювання, що виникає в свинці.
Товщина захисного екрану з алюмінію (г / см2) визначається з виразу
d = (0,54Еmax - 0,15),
де Еmax - максимальна енергія бета-спектра даного радіоактивного ізотопу, МеВ.
При розрахунку захисних пристроїв в першу чергу необхідно враховувати спектральний склад випромінювання, його інтенсивність, а також відстань від джерела, на якому знаходиться обслуговуючий персонал, і час перебування в сфері впливу випромінювання.
В даний час на підставі наявних розрахункових і експериментальних даних відомі таблиці кратності ослаблення, а також різного роду номограми, що дозволяють визначити товщину захисту від гамма-випромінювань різних енергій. Як приклад на рис. 59 приведена номограма для розрахунку товщини свинцевої захисту від точкового джерела для широкого пучка гамма-випромінювань С60, яка забезпечує зниження дози випромінювання до гранично допустимої. На осі абсцис відкладена товщина захисту d, на осі ординат коефіцієнт К1 рівний
де М - гамма-еквівалент препарату, мг * екв. Ra;
t - час роботи в сфері впливу випромінювання, ч; R - відстань від джерела, см. Наприклад, треба розрахувати захист від джерела С60, при М = 5000 мг-екв Ra, якщо обслуговуючий персонал знаходиться на відстані 200 см протягом робочого дня, т. Е. T = 6 год.
Підставляючи значення М, R і t в вираз (24), визначаємо
За номограмі (див. Рис. 59) отримуємо, що для К1 = 2,5-10-1 товщина захисту зі свинцю d = 7 см.
Інший тип номограми наведено на рис. 60. Тут на осі ординат відкладена кратність ослаблення К, що дорівнює
Використовуючи вираз (23), отримаємо
де D0 - доза, що створюється джерелом випромінювання в даній точці за відсутності захисту; Д - доза, яка повинна бути створена в даній точці після влаштування захисту.
Мал. 59. Номограма для розрахунку товщини свинцевої захисту від точкового джерела для широкого пучка гамма-випромінювання С60
Припустимо, необхідно розрахувати товщину стін приміщення, в якому розташована гамма-терапевтична установка, заряджена препаратом Cs137 в 400 г-екв Ra (М = = 400 000 мг-екв Ra). Найближча відстань, на якому знаходиться обслуговуючий персонал, в сусідньому приміщенні R = 600 см. Згідно з санітарними нормами в сусідніх приміщеннях, в яких знаходяться люди, не пов'язані з роботою з радіоактивними речовинами, доза випромінювання не повинна перевищувати 0,03 бер / тиждень або для гамма-випромінювання приблизно 0,005 радий за робочий день, т. е. Д = 0,005 радий за t = 6 год ослаблення, скористаємося формулою (23). Щоб оцінити кратність
За рис. 60 визначаємо, що для К = 1,1 • 104, товщина захисту з бетону дорівнює приблизно 70 см.
При виборі захисного матеріалу треба керуватися його конструкційними властивостями, а також вимогами до габариту і масі захисту. Для захисних кожухів різного типу (гамма-терапевтичних, гамма-дефектоскопічних), коли істотну роль грає маса, найбільш вигідними захисними матеріалами є матеріали, які найкраще послаблюють гамма-випромінювання. Чим більше щільність і порядковий номер речовини, тим більше ступінь ослаблення гамма-випромінювань.
Тому для зазначених вище цілей найчастіше використовують свинець, а іноді навіть уран. У цьому випадку товщина захисту менше, ніж при використанні іншого матеріалу, а отже, менше маса захисного кожуха.
Мал. 60. Номограма для розрахунку товщини захисту від гамма-випромінювання по кратності ослаблення
При створенні стаціонарного захисту (т. Е. Захисту приміщень, в яких ведуться роботи з гамма-джерелами). забезпечує перебування людей в сусідніх кімнатах, найбільш економічно і зручно використовувати бетон. Якщо ми маємо справу з м'яким випромінюванням, при якому істотну роль грає фотоефект, в бетон додають речовини з великим порядковим номером, зокрема барит, що дозволяє зменшити товщину захисту.
В якості захисного матеріалу для сховища часто використовують воду, т. Е. Препарати опускають в басейн з водою, товщина шару якої забезпечує необхідне зниження дози випромінювання до безпечних рівнів. При наявності водяний захисту більш зручно проводити зарядку та перезарядку установки, а також виконувати ремонтні роботи.
У деяких випадках умови роботи з джерелами гамма-випромінювання можуть бути такими, що неможливо створити стаціонарну захист (при перезарядці установок, добуванні радіоактивного препарату з контейнера, градуировке приладу і т. Д.). Тут мається на увазі, що активність джерел невелика. Щоб убезпечити обслуговуючий персонал від опромінення, треба користуватися, як кажуть «захистом часом» або «захистом відстанню». Це означає, що всі маніпуляції з відкритими джерелами гамма-випромінювання слід робити за допомогою довгих захоплень або власників. Крім того, ту чи іншу операцію треба проводити тільки за той проміжок часу, протягом якого доза, отримана працюючим, не перевищить встановленої санітарними правилами норми. Такі роботи потрібно вести контролем дозиметриста. При цьому в приміщенні не повинні перебувати сторонні особи, а зону, в якій доза перевищує гранично допустиму за час роботи, необхідно захистити.
Необхідно періодично проводити контроль захисту за допомогою дозиметричних приладів, так як з плином часу вона може частково втратити свої захисні властивості внаслідок появи тих чи інших непомітних порушень її цілісності, наприклад тріщин в бетонних і барітобетонних огорожах, вм'ятин і розривів свинцевих листів і т. Д.
Розрахунок захисту від нейтронів виробляють за відповідними формулами або номограммам. В якості захисних матеріалів в цьому випадку слід брати речовини з малим атомним номером, бо при кожному зіткненні з ядром нейтрон втрачає тим більшу частину своєї енергії, чим ближче маса ядра до маси нейтрона. Для захисту від нейтронів зазвичай використовують воду, поліетилен. Практично не буває чистих потоків нейтронів. У всіх джерелах крім нейтронів існують потужні потоки гамма-випромінювання, які утворюються в процесі розподілу, а також при розпаді продуктів поділу. Тому при проектуванні захисту від нейтронів завжди треба одночасно передбачати захист від гамма-випромінювань.
Охорона праці