Министерство Образования и Науки Республики Казахстан
Алматинский Университет Энергетики и Связи
Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды»
Реферат на тему: Определение параметров материалов для защиты от радиационного излучения
По дисциплине: Основы радиационной безопасности
Выполнила: Кыздарбекова А .С
ст. гр. БЖД-13-1
Принял: Мазалов И.Ф.
Алматы, 2016
СОДЕРЖАНИЕ
Введение …………………………………………………………………..…….3
Общие положения ………………………………………………………...……4
Защита временем. Защита расстоянием. Защита экранами…………..……7-8
Защита от внешних потоков альфа-частиц………………………...……………9
Защита от внешних потоков -частиц…………………………………..……..10
Защита от гамма – излучения……………………………………....……..…….12
Защита от нейтронного излучения………………………………………...……14
Устройство и расчет защитных экранов……………………………….….…...15
ВВЕДЕНИЕ
Ионизирующим излучением называют потоки корпускул (элементарных частиц) и потоки фотонов (квантов электромагнитного поля), которые при движении через вещество ионизируют его атомы и молекулы.
Наиболее известны альфа-частицы (представляющие собой ядра гелия и состоящие из двух протонов и двух нейтронов), бета-частицы (представляющие из себя электрон) и гамма-излучение (представляющее кванты электромагнитного поля определенного диапазона частот). Дуализм «частица – волна» квантового мира позволяет говорить об альфа-излучении и бета-излучении. Ионизирующими являются также рентгеновское, тормозное и космическое излучения, потоки протонов, нейтронов и позитронов.
Природное ионизирующее излучение присутствует повсюду. Оно поступает из космоса в виде космических лучей. Оно есть в воздухе в виде излучений радиоактивного радона и его вторичных частиц. Радиоактивные изотопы естественного происхождения проникают с пищей и водой во все живые организмы и остаются в них. Ионизирующего излучения невозможно избежать. Естественный радиоактивный фон существовал на Земле всегда, и жизнь зародилась в поле его излучений, а затем – много-много позже – появился и человек. Эта природная (естественная) радиация сопровождает нас в течение всей жизни.
Общие положения
Физическое явление радиоактивности было открыто в 1896 г., и сегодня оно широко применяется во многих областях. Несмотря на радиофобию, атомные электростанции играют важную роль в энергетике многих странах. Рентгеновское излучение используется в медицине для диагностики внутренних повреждений и заболеваний. Ряд радиоактивных веществ используется в виде меченых атомов для исследования функционирования внутренних органов и изучения процессов обмена веществ. Для лечения рака методами лучевой терапии используются гамма-излучение и другие виды ионизирующих излучений. Радиоактивные вещества широко используются в различных приборах контроля, а ионизирующие излучения (в первую очередь рентгеновское) – для целей промышленной дефектоскопии. Знаки «выход» в зданиях и самолетах благодаря содержанию радиоактивного трития светятся в темноте в случае внезапного отключения электричества. Многие приборы пожарной сигнализации в жилых домах и общественных зданиях содержат радиоактивный америций.
Радиоактивные излучения разного типа с разным энергетическим спектром характеризуются разной проникающей и ионизирующей способностью. Эти свойства определяют характер их воздействия на живое вещество биологических объектов.
Биологическое действие ионизирующего излучения заключается в том,
что поглощенная веществом энергия проходящего через него излучения расходуется
на разрыв химических связей атомов и молекул, что нарушает нормальное
функционирование клеток живой ткани.
Различают следующие эффекты воздействия ионизирующего излучения на организм
человека: соматические – острая лучевая болезнь, хроническая лучевая болезнь,
местные лучевые поражения; сомато-стохастические (злокачественные опухоли,
нарушения развития плода, сокращение продолжительности жизни) и генетические
(генные мутации, хромосомные аберрации).
Если источники радиоактивного излучения находятся вне организма человека и тем самым человек облучается снаружи, то говорят о внешнем облучении.
Если радиоактивные вещества, находящиеся в воздухе, пище, воде, попадают внутрь организма человека, то источники радиоактивного излучения оказываются внутри организма и свидетельствуют о внутреннем облучении.
Подчеркнем, что внешнее облучение происходит от непосредственного взаимодействия радиоактивных ионизирующих излучений внешних источников с атомами биологических субстратов организма. Защититься от внешнего излучения можно, поставив на пути движения излучений тот или иной защитный экран и/или применив средства индивидуальной защиты. В частности, специальная защитная одежда полностью защищает от альфа-излучения и частично – от бета-излучения, рентгеновского или гамма-излучения. Для этой цели служат антиконтаминационные костюмы, перчатки, капюшоны, сапоги, перчатки, очки, освинцованные фартуки.
Внутреннее облучение всегда связано с попаданием в организм человека радиоактивных веществ, разнообразие которых обусловливает разнообразие механизмов поглощения, усвоения и вывода этих веществ из организма, степень участия в метаболизме. В результате радиоактивные вещества могут задерживаться и даже накапливаться в
организме. Распадаясь, они облучают расположенные вокруг них
ткани.
Уменьшение внутреннего облучения достигается только средствами индивидуальной
защиты органов дыхания, служащих для защиты дыхательных путей от радиоактивных
веществ, находящихся в воздухе, и специальным рационом питания.
Обеспечение радиационной безопасности требует комплекса многообразных защитных мероприятий, зависящих от конкретных условий работы с источниками ионизирующих излучений, а также от типа источника.
Воздействие на человека ионизирующей радиации может быть внешним, внутренним или смешанным (внешним и внутренним), поэтому меры защиты в зависимости от интенсивности и вида излучения могут быть различными. Во всех случаях комплекс защитных мероприятии должен обеспечить снижение суммарной дозы от всех источников как внешнего, так и внутреннего облучения до уровня, не превышающего предельно допустимой дозы (ПДД) или предела дозы (ПД) веществами в заампулированном виде, т.е. когда конструкция источника исключает попадание радиоактивных веществ в окружающую среду, персонал может подвергнуться только внешнему облучению. Такие, так называемые закрытые, источники излучения используют, как правило, в гамма - дефектоскопических и гамма - терапевтических аппаратах, приборах технологического контроля и т.п. Защита от внешнего облучения осуществляется путём создания стационарных или передвижных защитных ограждений, которые снижают уровень облучения до регламентируемых пределов. Специальные меры защиты (защитные кожухи и т.п.) следует предусматривать только тогда, когда мощность дозы на расстоянии К = 0,1 м от источника превышает 10-3 мЗв/час ( 0,1 мбэр/час ). При обследовании объектов, использующих радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений применяются различные санитарно-гигиенические, дозиметрические и радиометрические методики. При проведении санитарно - дозиметрического контроля за условиями работы с радиоактивными веществами для определения доз и контроля защиты от внешнего облучения, помимо измерений с помощью приборов, может производится теоретический расчет. Особое значение имеют расчетные методы при проведении предупредительного санитарного надзора. В гигиенической практике чаще всего применяются методы расчета доз и контроля защиты от γ- излучения (рентгеновского) и нейтронов. В настоящее время практически единственным способом предупреждения лучевого поражения являются меры инженерной защиты. Распределение ионизирующего излучения в целом подчиняется закономерностям, общим для всех видов радиации:
• Доза излучения в данной точке прямо зависит от мощности излучаемого источника, прямо пропорциональна времени облучения и обратно пропорциональна квадрату расстояния от него. Поэтому, вероятно, наиболее эффективными принципами физической защиты от радиации являются: защита расстоянием и защита временем.
Второй физический принцип защиты - защита экранированием. Использование защитных экранов в принципе позволяет человеку находится вблизи источника радиации, оставаясь в безопасности. Защита экранированием - достаточно сложная физическая задача. Дело в том, что самая совершенная физическая защита не в состоянии совсем предотвратить проникновение жёсткого высокоэнергетического электромагнитного излучения. Мы можем лишь ослабить рентгеновское или γ-излучение. Даже многотысячекилометровая толща земной атмосферы не служит в этом смысле полноценным экраном. В данной работе мы рассмотрим упрощенные методы расчета защиты от ионизирующих излучений, нашедших практическое применение в деятельности служб радиационной безопасности. При расчёте толщины защитных устройств от γ-излучения необходимо учитывать спектральный состав излучения, мощность источника излучения, а также рас- стояние, на котором находится обслуживающий персонал, и время пребывания его в сфере воздействия излучения. В случае фотонных излучений (рентгеновские или гамма - лучи) экспозиционная доза X для точечных источников в отсутствии защитного экрана вычисляется по формулам:
, P
, P
(1)
Мощность экспозиционной дозы точечного источника X ′ вычисляется по следующим формулам:
(2)
(3)
где А - активность нуклида в источнике, мКи;
Г - гамма - постоянная нуклида, Р • см 2 /(ч • мКи);
М - гамма-эквивалент нуклида, мг - экв. Rа ;
R - расстояние “источник-объект”, см ;
Связь между гамма - эквивалентом М любого радиоактивного препарата и полной гамма - постоянной Г радионуклида выражается формулой:
М = А×Г/8,4.
Защита временем основана на сокращении времени работы с источником, что позволяет уменьшить дозы облучения персонала. Этот принцип особенно часто применяется при непосредственной работе персонала с малыми радиоактивностями.
Из формул (1–3), видно, что приуменьшении времени облучения экс- позиционная (эквивалентная) доза уменьшается. Допустимое время работы персонала:
(4)
где ХДД – допустимая неделъная доза, равна 100 мР (100 mбэр);
tДВ – допустимое время работы, часов/неделю
Защита расстоянием – достаточно простой и надежный способ защиты. Это связано со способностью излучения терять свою энергию во взаимодействиях с веществом: чем больше расстояние от источника, тем больше процессов взаимодействия излучения с атомами и молекулами, что в конечном итоге приводит к снижению дозы облучения персонала.
Из формул (2-3), получаем допустимое расстояние от точечного источника γ-излучения, на котором может работать персонал :
(5)
где Х ДМД - допустимая мощность дозы
Защита экранами – наиболее эффективный способ защиты от излучений. В зависимости от вида ионизирующих излучений для изготовления экранов применяют различные материалы, а их толщина определяется мощностью и излучением.
Приближенный расчет защиты по слоям половинного ослабления .
Для приближенного быстрого определения толщины защиты от γ-излучающих источников конкретных радионуклидов можно использовать значение слоя половинного ослабления . Как известно, ослабление плотности потока фотонов описывается следующей формулой :
φw=φ0 ∙ exp (-μd)
φw, φ0 - плотность потока энергии в точке наблюдения К в отсутствие поглотителя и после прохождения поглотителя толщиной d, см; µ-линейный коэффициент ослабления, см -1.Линейный коэффициент ослабления µ зависит от энергии излучения и свойств поглощающего материала. Массовый коэффициент ослабления µm связан с линейным соотношением:
µm = µ/ρ , см2/г, где ρ - плотность поглотителя, г/см3 .
Толщина защиты d, снижающая уровень излучения в два раза называется слоем половинного ослабления ∆1/2 :
∆1/2=ln2/μ=0.693/μ (8)
Допустим, что требуется рассчитать защиту для достижения кратности ослабления ;
: Имеем К=2N,
где n - требуемое число слоев половинного ослабления
Отсюда: d = n×∆ 1/2 (9)
Поскольку слой половинного ослабления изменяется с толщиной защиты, трудно выбрать заранее для заданной кратности ослабления К определенное значение ∆ 1/2.
Защита от внешних потоков альфа-частиц
α
– частицы – ядра атома гелия ()
и легкие α – частицы (
)
испускаются тяжелыми ядрами. Энергия
-частиц
лежит в пределах от 4 до 10 МэВ. Основные потери энергии ионизациооные. Пробег
в воздухе до 10 см, в веществе доли миллиметра.
-излучение обладает
очень малой проникающей способностью, но большой ионизирующей способностью.
Коэффициент качества
-излучения
20.
-частицы опасны при
внутреннем облучении.
Защита
от внешнего -облучения: слой
воздуха
10 см, тонкая
алюминевая фольга. лист пластика или стекла, хирургические перчатки, одежда
полностью экранируют
-излучение.
Пробег α – частиц различных энергий в воздухе, биоткани, алюминии показаны в табл. 3.6.
Пробег α–частиц различных энергий Таблица 3.6
Энергия, МэВ |
Объемная ионизация, 104 ион/см3 |
Пробег в воздухе, см |
Пробег в ткани мкм |
Пробег в алюминии, мкм |
1 |
7,2 |
0,52 |
7,2 |
|
1,5 |
6,3 |
0,74 |
11 |
|
2 |
5,3 |
1,01 |
14 |
|
3 |
4 |
1,67 |
22 |
|
4 |
2,37 |
26,2 |
16,5 |
|
5 |
2,9 |
3,29 |
36,7 |
22,2 |
6 |
2,5 |
4,37 |
48,8 |
28,8 |
7 |
5,58 |
62,4 |
36,2 |
|
8 |
2,0 |
7,19 |
78 |
43,4 |
9 |
8,66 |
94,4 |
52,2 |
|
10 |
1,7 |
10,2 |
112 |
61,6 |
Защита
от внешних потоков -частиц
Актвность точечного источника β-частиц, с которой можно работать без защиты (при выходе 1 β-частица/распад), определяется формулой
, (3.13)
где А (мкКи) –
активность источника, (част/см2
сек) – предельно допустимая плотность потока β-частиц, соответствующая
мощности допустимой эквивалентной дозы 2,8 мбэр/час, определяется табл. 3.7.
Предельно допустимая плотность потока β-частиц Таблица 3.7
Энергия частиц МэВ |
Плотность потока
част/см2сек |
Плотность потока электронов част/см2сек |
0,1 |
2 |
5 |
0,5 |
7 |
17 |
1 |
12 |
20 |
2 |
18 |
24 |
3 |
20 |
24 |
5 |
20 |
24 |
10 |
- |
23 |
При расчете дозы внешнего воздействия принято считать, что чувствительный слой кожи массовой толщиной 100 мг/см2 расположен под покровным слоем толщиной 7 мг/см2.
В
табл. 3.7 приведены значения плотности потока β-частиц и электронов при
нормальном падении, соответствующие предельно допустимой мощности эквивалентной
дозы мбэр/час.
Ослабление
веществом моноэнергетических заряженных частиц, в том числе электронов, не
носит экспоненциального характера, однако для β-частиц, имеющих
непрерывный спектр энергий для небольших толщинах защиты, можно
считать, что поток
-частиц
ослабляется по закону
,
(3.14)
где – слой
половинного ослабления.
Для алюминия установлена эмпирическая связь между слоем половинного ослабления и граничной энергией электронов β-спектра
(см)=0,095
(МэВ).
(3.15)
Толщина защиты от β-излучения должна быть более максимальной длины свободного пробега β-частиц в веществе защиты.
защиты=2∙Rmax.
(3.16)
Хрусталик глаза обладает повышенной чувствительностью по сравнению с кожей, а покрывающие его роговые слои имеют толщину всего 300 мг/см2. При работе с β-излучателями с энергией до 3,5 Мэв рекомендуются защитные очки из органического стекла толщиной 6 мм. Для защиты кожи рук используют перчатки и дистанционный инструмент.
Для моноэнергетических электронов с энергией от 0,5 МэВ до 3 МэВ максимальный массовый пробег в алюминии определяется по формуле
(мг/см2)=526Ее
(МэВ) – 94.
(3.17)
Основной
задачей защиты от мощных потоков -частиц
является защита от возникающего тормозного
-излучения.
Основная доля энергии тормозящихся
-частиц
трансформируется в сравнительно низкоэнергетическое рентгеновское излучение,
поглощаемое экранами от β-излучения. Однако образующиеся
высокоэнергетические
-кванты
требуют защитных экранов.
Защита от гамма - излучения
При
измерениях полей -излучения
в реальных условиях наряду с нерассеянным излучением регистрируют многократно
рассеянные в среде
-кванты.
Закон ослабления мощности дозы излучения однородной защитой толщиной х в геометрии узкого пучка для плоского мононаправленного источника имеет вид
. (3.18)
–
мощность дозы при нулевой защите,
–
линейный коэффициент ослабления,
–
толщина слоя защиты,
–
массовая толщина слоя защиты,
-
массовый коэффициент ослабления,
–
плотность вещества,
– слой
половинного ослабления.
Закон ослабления мощности дозы облучения однородной защитой в геометрии параллельного широкого пучка
, (3.19)
где – дозовый фактор
накопления
>1,
.
Приближенный
расчет защиты от -излучения
Толщину
защитного экрана, снижающего уровень излучения в два раза, называют слоем
половинного ослабления .
Для точечного источника или плоского однонаправленного моноэнергетического
источника в геометрии широго пучка кратность ослабления можно записать в
виде
, (3.20)
где n = d/Δ1/2 – число слоев половинного ослабления, необходимых для достижения заданной кратности ослабления.
Приближенно зависимость
кратности ослабления от числа слоев можно представить в виде табл.3.8. Толщина
защиты оценивается по формуле ,
величину
определяют
экспериментально.
Зависимость кратности ослабления от числа слоев Таблица 3.8
Кратность ослабления (разы) |
2 |
4 |
8 |
16 |
32 |
64 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
Число слоев n |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
~7 |
~8 |
~9 |
~10 |
~11 |
Защита от нейтронного излучения
Ослабление плотности потока коллимированного пучка нейтронов тонким слоем вещества происходит по экспоненциальному закону
,
(3.21)
где – плотность потока
нейтронов до прохождения слоя φ(x),
плотность потока нейтронов после прохождения слоя толщиной
,
– число ядер
в 1 см3 вещества.
Макроскопическое сечение является
линейным коэффициентом ослабления нейтронов в веществе.
Полное микроскопическое сечение (на одно ядро) взаимодействия нейтронов с ядрами:
, (3.22)
где – сечение упругого
рассеяния
,
– сечение
неупругого рассеяния
,
– сечение
радиационного захвата
,
– сечение деления,
– сечение реакции
,
– сечение реакции
,
– сечение
поглощения,
сечение захвата.
Плотность
потока нейтронов на расстоянии от
точечного изотропного источника быстрых нейтронов, испускающего
моноэнергетических
нейтронов в 1 сек, определяется выражением
,
(3.23)
где (см) – линейная
длина релаксации нейтронов в веществе,
(г/см2)
– «массовая» длина релаксации,
–
«массовое» расстояние.
При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо:
1. Замедлить быстрые нейтроны промежуточными процессами упругого и неупругого рассеяния легкими водородсодержащими веществами (вода, парафин, полиэтилен, гидриды металлов, бетон, графит, карбид бора), так как средняя потеря энергии при упругом рассеянии на легких ядрах максимальна.
2.
Замедлить быстрые нейтроны в процессе неупругого рассеяния на тяжелых ядрах,
так как сечение неупругого рассеяния нейтронов возрастает на тяжелых ядрах с
увеличением энергии нейтрона. Тяжелые элементы (железо, свинец, молибден,
вольфрам и титан) необходимы также для снижения потоков вторичного -излучения внутри
защиты, возникающего при радиационном захвате нейтронов.
3.
Обеспечить быстрое поглощение тепловых и медленных нейтронов эффективными
поглотителями с высоким эффективным сечением поглощения тепловых
нейтронов (бор, кадмий, гадолиний). При поглощении
теплового
нейтрона ядром водорода возникает -квант
с энергией 2,2 МэВ, а при поглощении ядром кадмия одного нейтрона возникает ~
10
-квантов.
Пример оптимальной гетерогенной защиты от мощного нейтронного излучения толщиной 250 см, считая от источника: бор – 1,3 мм, 140 см – вода, 55,3 см – железо, бор – 8,66 мм, вода – 23,5 см, железо – 22,9 см.
На АЭС обычно используют тяжелую защиту в виде нескольких метров бетона с добавками металлического скраба и дроби, эффективно ослабляющего как нейтронное, так и гамма-излучение.
УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ
К числу технических средств защиты относится устройство различных экранов из материалов, отражающих и поглощающих радиоактивное излучение. Экраны устраиваются как стационарные, так и передвижные (рис. 58).
При расчете защитных экранов определяют их материал и толщину, которые зависят от вида излучения, энергии частиц и квантов и необходимой кратности его ослабления. Характеристика защитных материалов и опыт
работы с источниками излучений позволяют наметить преимущественные области использования того или иного защитного материала.
Металл чаще всего применяют для сооружения передвижных устройств, а строительные материалы (бетон, кирпич и др.) — для сооружения стационарных защитных устройств.
Прозрачные материалы чаще всего применяют для смотровых систем и поэтому они должны обладать не только хорошими защитными, но и высокими оптическими свойствами. Хорошо удовлетворяют таким требованиям следующие материалы: свинцовое стекло, известковое стекло, стекло с жидким наполнителем (бромистый цинк, хлористый цинк);
Находит применение в качестве защитного материала от гамма-лучей свинцовая резина.
Рис. 58. Передвижной экран
Расчет защитных экранов базируется на законах взаимодействия различных видов излучений с веществом. Защита от альфа-излучений не является сложной задачей, так как альфа-частицы нормальных энергий поглощаются слоем живой ткани 60 мкм, в то время как толщина эпидермиса (омертвевшей кожи) равна 70 мкм. Слой воздуха в несколько сантиметров или лист бумаги являются достаточной защитой от альфа-частиц.
При прохождении бета-излучения через вещество возникает вторичное излучение, поэтому в качестве защитных необходимо применять легкие материалы (алюминий, плексиглас, полистирол), так как энергия тормозного излучения увеличивается с ростом атомного номера материала.
Для защиты от бета-частиц (электронов) высоких энергий используют экраны из свинца, но внутренняя облицовка экранов должна быть изготовлена из материала с малым атомным номером, чтобы уменьшить первоначальную энергию электронов, а следовательно, и энергию излучения, возникающего в свинце.
Толщина защитного экрана из алюминия (г/см2) определяется из выражения
d = (0,54Еmax - 0,15),
где Еmax — максимальная энергия бета-спектра данного радиоактивного изотопа, МэВ.
При расчете защитных устройств в первую очередь необходимо учитывать спектральный состав излучения, его интенсивность, а также расстояние от источника, на котором находится обслуживающий персонал, и время пребывания в сфере воздействия излучения.
В настоящее время на основании имеющихся расчетных и экспериментальных данных известны таблицы кратности ослабления, а также различного рода номограммы, позволяющие определить толщину защиты от гамма-излучений различных энергий. В качестве примера на рис. 59 приведена номограмма для расчета толщины свинцовой защиты от точечного источника для широкого пучка гамма-излучений Со60, которая обеспечивает снижение дозы излучения до предельно допустимой. На оси абсцисс отложена толщина защиты d, на оси ординат коэффициент К1 равный
где М — гамма-эквивалент препарата, мг*экв. Ra;
t — время работы в сфере воздействия излучения, ч; R — расстояние от источника, см. Например, надо рассчитать защиту от источника Со60, при М = 5000 мг-экв Ra, если обслуживающий персонал находится на расстоянии 200 см в течение рабочего дня, т. е. t = 6 ч.
Подставляя значения М, R и t в выражение (24), определяем
По номограмме (см. рис. 59) получаем, что для К1 = 2,5-10-1 толщина защиты из свинца d = 7 см.
Другой тип номограммы приведен на рис. 60. Здесь на оси ординат отложена кратность ослабления К, равная
K=Д0/Д
Используя выражение (23), получим
где D0 — доза, создаваемая источником излучения в данной точке в отсутствие защиты; Д — доза, которая должна быть создана в данной точке после устройства защиты.
Рис. 59. Номограмма для расчета толщины свинцовой защиты от точечного источника для широкого пучка гамма-излучения Со60
Предположим, необходимо рассчитать толщину стен помещения, в котором расположена гамма-терапевтическая установка, заряженная препаратом Cs137 в 400 г-экв Ra (М = = 400 000 мг-экв Ra). Ближайшее расстояние, на котором находится обслуживающий персонал, в соседнем помещении R = 600 см. Согласно санитарным нормам в соседних помещениях, в которых находятся люди, не связанные с работой с радиоактивными веществами, доза излучения не должна превышать 0,03 бэр/неделю или для гамма-излучения примерно 0,005 рад за рабочий день, т. е. Д = 0,005 рад за t = 6 ч ослабления, воспользуемся формулой (23). Чтобы оценить кратность
По рис. 60 определяем, что для К = 1,1 • 104, толщина защиты из бетона равна примерно 70 см.
При выборе защитного материала надо руководствоваться его конструкционными свойствами, а также требованиями к габариту и массе защиты. Для защитных кожухов различного типа (гамма-терапевтических, гамма-дефектоскопических), когда существенную роль играет масса, наиболее выгодными защитными материалами являются материалы, которые лучше всего ослабляют гамма-излучение. Чем больше плотность и порядковый номер вещества, тем больше степень ослабления гамма-излучений.
Поэтому для указанных выше целей чаще всего используют свинец, а иногда даже уран. В этом случае толщина защиты меньше, чем при использовании другого материала, а следовательно, меньше масса защитного кожуха.
Рис. 60. Номограмма для расчета толщины защиты от гамма-излучения по кратности ослабления
При создании стационарной защиты (т. е. защиты помещений, в которых ведутся работы с гамма-источниками) , обеспечивающей пребывание людей в соседних комнатах, наиболее экономично и удобно использовать бетон. Если мы имеем дело с мягким излучением, при котором существенную роль играет фотоэффект, в бетон добавляют вещества с большим порядковым номером, в частности барит, что позволяет уменьшить толщину защиты.
В качестве защитного материала для хранилища часто используют воду, т. е. препараты опускают в бассейн с водой, толщина слоя которой обеспечивает необходимое снижение дозы излучения до безопасных уровней. При наличии водяной защиты более удобно проводить зарядку и перезарядку установки, а также выполнять ремонтные работы.
В некоторых случаях условия работы с источниками гамма-излучения могут быть такими, что невозможно создать стационарную защиту (при перезарядке установок, извлечении радиоактивного препарата из контейнера, градуировке прибора и т. д.). Здесь имеется в виду, что активность источников невелика. Чтобы обезопасить обслуживающий персонал от облучения, надо пользоваться, как говорят «защитой временем» или «защитой расстоянием». Это значит, что все манипуляции с открытыми источниками гамма-излучения следует производить при помощи длинных захватов или держателей. Кроме того, ту или иную операцию надо производить только за тот промежуток времени, в течение которого доза, полученная работающим, не превысит установленной санитарными правилами нормы. Такие работы нужно вести контролем дозиметриста. При этом в помещении не должны находиться посторонние лица, а зону, в которой доза превышает предельно допустимую за время работы, необходимо оградить.
Необходимо периодически производить контроль защиты при помощи дозиметрических приборов, так как с течением времени она может частично потерять свои защитные свойства вследствие появления тех или иных незаметных нарушений ее целостности, например трещин в бетонных и баритобетонных ограждениях, вмятин и разрывов свинцовых листов и т. д.
Расчет защиты от нейтронов производят по соответствующим формулам или номограммам. В качестве защитных материалов в этом случае следует брать вещества с малым атомным номером, ибо при каждом столкновении с ядром нейтрон теряет тем большую часть своей энергии, чем ближе масса ядра к массе нейтрона. Для защиты от нейтронов обычно используют воду, полиэтилен.
Практически не бывает чистых потоков нейтронов. Во всех источниках помимо нейтронов существуют мощные потоки гамма-излучения, которые образуются в процессе деления, а также при распаде продуктов деления. Поэтому при проектировании защиты от нейтронов всегда надо одновременно предусматривать защиту от гамма-излучений.