Оценка доз

Оценка доз

Оценка потенциальных доз внешнего облучения работников осуществляется с использованием данных о мощности дозы (замеренных или рассчитанных) и времени.  Такие факторы как время, расстояние и экранирование  используются для обеспечения того, что дозы будут поддерживаться достаточно разумно низком уровне.  Понимание того, как такие факторы как время, расстояние и защита влияют на получаемую дозу очень важно, так как позволяет работникам контролировать их дозовые нагрузки и подчёркивает необходимость следования рабочим процедурам.

Ранее Вы изучили, как оценить уровень дозы облучения от гамма-излучающих радионуклидов (используя понятие гамма-постоянной) и как использовать время, расстояние и физическую защиту (половинные и десятикратные слои ослабления) для контроля доз внешнего облучения в Модуле 2.2 Защита от внешних радиационных опасностей. Вернитесь к этому модулю, если вы не помните, как применять эти рекомендации.

Оценка потенциальных доз внутреннего облучения может быть проведена с использованием данных по уровням загрязнения и применения ответствующих дозовых коэффициентов для каждого пути поступления (см. раздел 4.1.3 Контроль внутренних источников радиационной опасности). Важно то, что бы работники осознавали необходимость контроля загрязнения и предотвращения поступления радиоактивных материалов в их организм.

1.1.1      Оценка дозовых нагрузок от бета облучения

При производстве радиоизотопных материалов возникает необходимость работы с бета-источниками, что может формировать потенциально высокие дозы облучения кожных покровов и конечностей.

1.1.1.1                       Дозы внешнего облучения кожных покровов и энергия бета излучения.

  • Напомним, что бета излучающие нуклиды излучают частицы со спектром энергий, варьирующихся от нуля до установленного максимума, со средней энергией около трети от максимума. Так бета частицы с максимальной энергией  257 кэВ (кальций-45) могут полностью поглощаться приблизительно  0.6 мм.  пластика (толщина меньшая, чем в типичном пластиковом шприце),  в то время как для бета частиц итрия-90 требуется для полного поглощения приблизительно 10 мм пластика.
  • Доза облучения кожных покровов определяется на глубине 0.07 мм, которая является средней глубиной проникновения бета частиц в верхний слой кожи.  Только бета частицы с энергией больше 70 кэВ могут проникать глубже.

1.1.1.2                       Оценка дозы облучения кожных покровов

Интенсивность бета источника может быть представлена в виде мощности дозы на расстоянии один сантиметр от источника. На этом расстоянии  уровень мощности дозы варьируется в зависимости от энергии бета излучения.

Эмпирически установлено что, мощность эквивалентный дозы (H) облучения кожных покровов на расстоянии сантиметра от точечного источника бета излучения  с активностью A MБк описывается следующим уравнением (пренебрегая поглощением в воздухе):

H (мЗв/ч) = 80A Уравнение 1

Это уравнение полезно для расчёта доз близкорасположенных бета источников, но должно использоваться с осторожностью для подсчёта доз на  больших расстояниях. В таблице 11 приведены примеры оценки уровней мощности кожных доз на расстоянии 30 см от точечного источника активностью 1 MБк и от стеклянного сосуда емкостью 50 мл наполненного раствором активностью 1 МБк на 20 мл раствора.  Эти оценки проведены с учетом поглощения бета частиц в воздухе.

!

Обратите внимание! Эти уровни доз не учитывают тормозное излучение, которое может быть значимым для высокоэнергетических бета-излучателей.


Таблица 11

Уровень кожных доз от источника бета излучения активностью 1 МБк

Нуклид Максимальная энергия бета частиц

(кэВ)

Мощность дозы в 30cm от точечного источника

(мкЗв/ч)

Мощность дозы от стеклянного сосуда объемом 50 мл

(мкЗв/ч)

P-32 1710 120 1.7
Y-90 2284 108 139
Sr-90 2284* 204 139
Ca-45 257 0 Бета частицы поглощаются стеклом. Тормозное излучение существенно

*Sr-90 является родительским ядром для Y-90 и в источнике Sr-90, Sr-90 и Y-90 находятся в равновесии. Максимальная энергия бета частиц для Y-90 — 2284 кэВ, а для  Sr-90 — 546 кэВ.

#Стекло защищает от низкоэнергетических бета частиц,  2мм стекла полностью задерживают бета частицы с энергиями до 1000 кэВ.

Обратите внимание что мощность кожных доз на расстоянии  30 см для точечного источника P-32 или Y-90 находятся на уровне 100 мкЗв/ч.  Тем не менее, величина мощности дозы для стронция вдвое выше и находится на уровне – 200 мкЗв/ч.  Это связано с тем, что стронций и иттрий находятся в равновесии и каждому ядру стронции распадающемуся с излучением одной бета-частицы будет соответствовать и ядро иттрия, распадающееся с  излучением еще одной бета частицы, получается две бета частицы, излучаемые в результате каждого распада ядер стронция.

1.1.2      Дозы внешнего облучения при разбрызгивании

Разбрызгивание радиоактивных материалов может происходить в радиоизотопных лабораториях, в которых производятся открытые радионуклидные источники.  Брызги являются источниками внешней радиационной опасности и требуют специальных мер по снижению их образования,   уровень мощности дозы может быть проблемой при образовании высокоактивных капель. Следующая таблица даёт примеры величины мощности дозы от разбрызгивания капель поверхностное  загрязнение от которых может в среднем составить   1 МБк/м2.  Уровень мощности доз дан на расстоянии 10 cм (приблизительное расстоянии до пальцев при произведении работ по дезактивации) и на расстоянии в 1 метр, ( среднее расстояние различных частей тела от пола).

!

Обратите внимание!  Этот уровень мощностей доз не учитывает тормозное излучение, которое может быть значимым для высокоэнергетических источников бета излучения.

 

Таблица 12

Уровень мощности кожных доз от  плоского источника активностью 1 МБк/м2

Нуклид Уровень мощности кожных доз от бета излучения

(мкЗв/ч)

Уровень мощности кожных доз от протонов

(мкЗв/ч)

Общий уровень мощности кожных доз

(мкЗв/ч)

Уровень мощности доз от фотонного излучения

(мкЗв/ч)

10 cм от поверхности 1м 10 cм от поверхности 1м 10 cм от поверхности 1м 10 cм от поверхности 1м
P-32 140 48 0 0 140 48 0 0
Ga-67 0.26 0 2 1.6 2.26 1.6 2 1.6
Y-90 140 61 0 0 140 61 0 0
Sr-90 220 61 0 0 220 61 0 0
Mo-99* 110 18 3.7 2.9 113.7 20.9 3.5 2.8
Tc-99m 0.23 0 9 0.54 9.23 0.54 8.5 0.51
I-131 74 0.15 4.4 3.4 78.4 3.55 4.2 3.3

Ref: Radiation Protection Dosimetry, Radionuclide and Radiation Protection Data Handbook (2002).

* Mo-99 находится в равновесии с Tc-99m.

Приведенные данные могут быть использованы для оценки доз, которые могут быть получены при уборке брызг (дезактивации), что позволяют  планировать дезактивацию образом, чтобы дозы были минимальными.

1.1.3      Дозы при загрязнёнии кожных покровов

Может понадобиться оценить кожные дозы при их радионуклидном загрязнении. Основной вклад в дозы от поверхностного загрязнения кожи вносят бета частицы и электроны. Вклад от фотонных излучений составляет не более нескольких процентов.

Таблица 13 приводит оценки доз, для двух возможных сценариев загрязнения кожи – один от равномерного поверхностного загрязнения (бесконечно тонкого) и второй от капли площадью 1 см2, толщиной  0.5 мм.  Предполагается, что нет загрязнения, проникающего сквозь кожные покровы.

Таблица 13

Уровни мощности кожных доз для загрязнённой кожи

Нуклид Равномерное

загрязнение (1 кБк/cм2)

(мкЗв/ч)

Капля 0.05 мл

(мкЗв/ч)

P-32 1890 1330
Ga-67 351 4.17
Y-90 2030 1350
Sr-90 3510 1960
Mo-99* 1890 996
Tc-99m 246 8.77
I-131 1620 572

Ref: Radiation Protection Dosimetry, Radionuclide and Radiation Protection Data Handbook (2002).

* Mo-99 находится в равновесии с Tc-99m.

1.1.4      Дозы при облучении нейтронами

Нейтронные дозы зависят от флюэнса нейтронов (F) и их энергии.  Для постоянного флюэнса мощность дозы остается достаточно низкой до энергий нейтронов порядка 100 кэВ. Она начинает повышаться  с ростом энергии до 900 кэВ  и затем сохраняется постоянной до  энергии в 12 кэВ. Уровень мощности дозы зависит от интенсивности потока нейтронов (также как и от энергии нейтронов).  Уровень плотности потока нейтронов (f) – это число нейтронов пересекающих единицу площади в 1секунду. В системе СИ за единицу площади принят квадратный метр. Следовательно, размерность плотности потока нейтронов (f) (n/м2с). Для целей радиационной защиты данные обычно соотносят к квадратными сантиметрами, таким образом, единицей плотности потока нейтронов, используемой на практике является количество нейтронов на сантиметр квадратный в секунду (n cm-2 s-1).

Эмпирически установлено что, мощность эквивалентный дозы (H) облучения пропорциональна плотности потока нейтронов (n/см2с), с учетом дозового коэффициента варьирующегося в диапазоне энергий от 1 МэВ  до 12 МэВ,  описывается следующим уравнением:

H = 1.5 x f Зв/ч                Уравнение 2

(Derived from the IAEA Safety Guide Assessment of Occupational Exposure Due to External Sources of Radiation, No. RS-G-1.3.  Руководство по безопасности даёт значения эквивалента дозы (в пЗв) на единицу потока.  Уровень дозы обычно измеряется в микрозивертах в час, а и уровень потока измеряется  в секунду поэтому нужно умножить величины из руководства по безопасности на 10-6 (для того, чтобы перевести данные в микрозиверты) и на  3600  для того, чтобы согласовать единицы измерения во времени).

Таблица 14 даёт значения дозового коэффициента в зависимости от энергии нейтронов.

Таблица 14

Дозовые коэффициенты в зависимости от энергии нейтронов на единицу плотности потока нейтронов

Энергия

нейтронов

Дозовый коэффициент. Доза на единицу плотности потока нейтронов

(мкЗв/ч)

1 эВ 0.05
10 эВ 0.04
100 эВ 0.03
100 кэВ 0.3
200 кэВ 0.6
900 кэВ 1.4
1 МэВ 1.5
2 МэВ 1.5
4 МэВ 1.5
12 МэВ 1.7
100 МэВ 1.0

 

Интенсивность нейтронного источника обычно определяется как количество нейтронов Q в секунду (n/с).  (Нейтронное излучение испускается во всех направлениях от источника – так называемая 4 пи геометрия). Поэтому необходимо подсчитать плотности потока нейтронов на определенном расстоянии от источника  перед оценкой уровня мощности дозы. Поскольку уровень нейтронного потока это число нейтронов, пересекающих один сантиметр квадратный в секунду, а площадь поверхности сферы с радиусом r  определяется как 4Pr2, уравнение, используемое для оценки плотности потока на расстоянии  r в сантиметрах от источника, имеет вид:

Плотность потока f (n/см2 с) = Q/4Pr2 Уравнение 3

Пример

Подсчитайте уровень потока и уровень мощности дозы на расстоянии 2 м от Am-Be нейтронных источников с интенсивностью излучения f  2 x 107 n/с.  (Средняя энергия нейтронов  принимается в 4 Мэв)

Уровень потока, f (n/см2 с)  =

=

=

= 39.8 n/см2 с

Уровень мощности дозы, H (мкЗв/ч) = 1.5 x f

= 1.5 x 39.8