Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 icon

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106




НазваМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106
Сторінка1/4
Дата18.09.2012
Розмір0.81 Mb.
ТипМетодичні вказівки
  1   2   3   4

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет


2979 Методичні вказівки

до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія”

для студентів спеціальності 6.040106 

„Екологія, охорона навколишнього середовища та

збалансоване природокористування”

усіх форм навчання


Суми

Сумський державний університет

2010


Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія” / укладачі: Р.А. Васькін, І.В. Васькіна. – Суми: Сумський державний університет, 2010. – 42 с.


Кафедра „Прикладна екологія”


ЗМІСТ

С.




Вступ……………………………………………………..

4




Практична робота 1……………………………………..

5




Практична робота 2……………………………………..

8




Практична робота 3……………………………………..

14




Практична робота 4……………………………………..

22




Практична робота 5……………………………………..

26




Теми рефератів для самостійної роботи……………….

28




Список рекомендованої літератури …………………...

30




Додатки…………………………………………………..

31


Вступ


Практичні роботи з радіоекології передбачені навчальним планом та робочою програмою дисципліни. Метою виконання практичних робіт є ознайомлення із принципами розрахунку окремих характеристик радіонуклідів, визначення доз опромінення та складання карт радіаційного забруднення.

Практичні роботи складаються з основного теоретичного матеріалу, який студент повинен підготувати до практичного заняття, практичних завдань і прикладів, а також завдань для самостійної (домашньої) роботи на закріплення матеріалу.

Варіант завдання видається викладачем. Вихідні дані до задач наведені у додатках В, Г.

Практичні роботи оформляються в окремих зошитах з практичних робіт і здаються викладачу на перевірку впродовж навчального модульного циклу, але не пізніше 5-го модульного тижня. За роботи, які здані пізніше встановлених строків, рейтингові бали не нараховуються.

Кількість балів, яку може отримати студент за належне виконання практичної роботи, встановлюється регламентом навчальної дисципліни.


Практична робота 1

Ядерні перетворення


Атомні ядра (нукліди) складаються з елементарних частинок двох видів — протонів і нейтронів. Ці частинки поєднують загальною назвою «нуклони». Число протонів у ядрі називається атомним номером і позначається буквою Z. Загальне число нуклонів у ядрі називається масовим числом і позначається буквою А. Для характеристики певного нукліда використовують символ його хімічного елемента X і зазначають числа А і Z: . Наприклад , .

Радіоактивність — процес мимовільного перетворення одних атомних ядер в інші, що супроводжується випущенням однієї або декількох частинок. Атоми, що піддаються таким перетворенням, називають радіоактивними, або радіонуклідами. Є три основних види радіоактивного розпаду — альфа (), бета () і спонтанний поділ ядер.

Альфа-розпад полягає у мимовільному випущенні ядром α-частинки (ядра гелію He). Схема -розпаду таким чином має такий вигляд:

.

Бета-розпадом називається процес мимовільного перетворення радіоактивного ядра в ізобарне з випущенням електрона або позитрона. Відомі три види бета розпаду: електронний (-розпад), позитронний (-розпад) розпади й електронне захоплення (k-захоплення). Схеми-розпадів мають такий вигляд:

,

,

k-захоплення:.

Примітка. e-, e+ - символи електрона і позитрона, — символи нейтрино й антинейтрино.

Усі радіонукліди поділяються на довгоіснуючі, що мають періоди піврозпаду від 107 до 1015 років (40К, 87Rb, 40Са, 120Те, 138Lа, 147Sm) та короткоіснуючі (92Тс, 214Ро, 223Ас, 239U).

Наприклад, протактиній-234 розпадається майже моментально, а уран-238 - дуже повільно. Половина всіх атомів протактинію в якому-небудь радіоактивному джерелі розпадається за час, трохи більше хвилини, у той самий час половина всіх атомів урану-238 перетвориться в торій-234 за чотири з половиною мільярди років.

Час, за який розпадається в середньому половина всіх радіонуклідів даного типу в будь-якому радіоактивному джерелі, називається періодом піврозпаду відповідного ізотопу. Цей процес триває безупинно. За час, що дорівнює одному періоду піврозпаду, залишаться незмінними кожні 50 атомів із 100, за наступний аналогічний проміжок часу 25 із них розпадуться, і так далі за експоненціальним законом.


^ Приклади роз’язання задачі

Задача 1

У яке ядро перетвориться ядро 212Bi, випустивши
α-частинку. Записати рівняння ядерної реакції.


Розв’язання

Позначимо невідоме ядро символом. Оскільки при -розпаді атомний номер змінюється на -2, а масове число на
-4, то:

Z=83-2=81,

А=212-4=208.

Рівняння ядерної реакції має вигляд

.

Елемент із порядковим номером 81 у періодичній системі - талій. Отже, ядро 212Bi перетвориться в ядро
талій-208.


^ Завдання до практичної роботи

Завдання 1

Згідно із додатком А ознайомитися з періодами піврозпаду радіонуклідів і поділити їх на коротко- і довгоіснуючі. Результати записати у зошит.


Завдання 2

Згідно з додатком А розподілити радіонукліди на групи за видом випромінювання. Результати занести у таблицю.


Завдання 3

Розв’язати відповідний варіант задачі 1. Вихідні дані наведені у додатку В.

Задача 1.1. У яке ядро перетвориться ядро (дод. В, колонка 1), випустивши певну частинку (дод. В, колонка 2)? Записати рівняння ядерної реакції.


Практична робота 2

Радіоактивний розпад і активність


У будь-якій радіоактивній речовині відбувається поступовий розпад ядер її атомів, причому за одиницю часу розпадається певна частина їх загальної кількості. Тобто кожна радіоактивна речовина має свою швидкість розпаду атомів, при цьому середня швидкість розпаду є постійною.

Кількість радіоактивних атомів певного радіонукліда зменшується з часом за експоненціальним законом. Таким чином закон радіоактивного розпаду ілюструє формула

,

де ^ N - число ядер, що залишилися до моменту часу t;

N0 - число ядер у початковий момент часу (t=0);

d - число ядер, що розпалися за малий інтервал часу dt;

- стала радіоактивного розпаду (імовірність розпаду ядра за одиницю часу).

Часто для характеристики швидкості розпаду користуються не сталою розпаду, а періодом піврозпаду. Зв'язок між періодом піврозпаду Т і сталою розпаду ілюструється формулою

Т.

Число ядер, що розпалися за час t, можна знайти за формулою

.


При роботі з радіоактивними речовинами важливим параметром часто є не їх загальна кількість, а кількість випромінюваних частинок (яка пропорційна кількості атомів, що розпадаються). Тому вводиться таке поняття, як активність. Активність А радіоактивного джерела — число радіоактивних розпадів, що відбуваються в джерелі за одиницю часу.Тобто чим більше радіоактивних перетворень зазнають атоми певного радіонукліда за одиницю часу, тим більша його активність.

Якщо в джерелі за час розпадається атомів, то

,

де — стала розпаду;

— число атомів радіоактивного ізотопу, , де m — маса ізотопу; M— його молярна маса; NA — число Авогадро.

Одиниця активності в системі СІ — бекерель (Бк). Один бекерель дорівнює одному розпаду за секунду. Внесистемна одиниця активності — кюрі (Кі).

1 Kі =3,7∙1010 Бк = 2,2∙1012 розпадів за хвилину.

Активність джерела з часом зменшується за законом

,

де А - активність у початковий момент часу (t=0);

А - активність у момент часу t.

Для характеристики зараженості об’єктів використовують величини питомої, об’ємної і поверхневої активності.

Активність радіоактивного джерела, що припадає на одиницю його маси, називається питомою масовою активністю А.

A,

де m - маса джерела.

Активність джерела, що припадає на одиницю об’єму, називається питомою об’ємною активністю :

,

де V – об’єм джерела.

Активність джерела, що припадає на одиницю його поверхні, називається питомою поверхневою активністю А. Визначається аналогічно.

Питома масова активність у системі СІ вимірюється в Бк/кг, А - у Бк/м3, А - у Бк/м2. Поряд із цими одиницями часто застосовують внесистемні. Наприклад, питому поверхневу активність А вимірюють у Кі/км2.

Кі/км2 = 3,7∙10 Бк/м2 = 37 кБк/м2.

Між активністю і масою радіоактивної речовини існує зв’язок, який ілюструється формулою

,

де АТ – атомна маса даного радіонукліда;

Т - період піврозпаду.

Активність 1 г будь-якого радіонукліда дорівнює

Бк.


^ Приклади роз’язання задач

Задача 1

Яка частина початкової кількості атомів розпадеться за два роки в радіоактивному ізотопі 228Ra. Період піврозпаду 228Ra взяти таким, що дорівнює 5 років.


Розв’язання

Частина атомів, що розпалися, - це відношення числа атомів, що розпалися , до початкового числа атомів. Відповідно до закону радіоактивного розпаду

,

де - стала розпаду ,

де е=2,72.



.

Тобто за 2 роки розпадеться 24,2% початкової кількості атомів радію-228.


Задача 2

Визначити початкову активність А0 радіоактивного препарату 204Tl масою 0,2 кг, а також його активність А через 150 днів. Період піврозпаду 204Tl взяти таким, що дорівнює 4 доби.


Розв’язання

Початкова активність А0 дорівнює

, (2.1)

де λ- стала розпаду, (2.2).

N0 - початкове число радіоактивних атомів.

Початкова кількість радіоактивних атомів визначається за формулою

, (2.3)

де NA - число Авогадро;

М - молярна маса.

Підставивши у формулу (2.1) значення (2.2) і (2.3), одержимо

,

де T1/2 - період піврозпаду,

T1/2 = 4 доби = 4доби∙24 години∙3600 с = 345600 с = = 3,5∙105с;

m – маса радіоактивного препарату, m = 0,2 кг = 0,2∙103г;

M – молярна маса, М=204 г/моль;

NA=6,02∙1023 моль-1.

Таким чином:

Бк.

Активність через час t дорівнює: ,

де t =150 діб = 150 діб∙24 години∙3600 с = 12960000 с = = 12,96∙106 с.

Бк.

Тобто активність радіоактивного препарату талію-204 за 150 днів зменшиться на 3 порядки порівняно з початковою активністю і становитиме 6,1∙106 Бк.


Задача 3

Визначити масу 210Ро активністю 1 Бк. Період піврозпаду дорівнює 138 діб, атомна маса – 210.


Розв’язання

Маса речовини в грамах активністю 1 Бк визначається за формулою

г/Бк.

Таким чином:

г.


Отже маса полонію-210 – 6,01∙10-15 г.

Завдання до практичної роботи

Завдання 1

Розв’язати свій варіант задачі згідно з прикладом. Вихідні дані взяти з додатка В.

Задача 2.1. Яка частина початкової кількості атомів розпадеться за два роки в радіоактивному ізотопі (дод. В, колонка 2). Період піврозпаду ізотопу взяти таким, що дорівнює (дод. В, колонка 4).

Задача 2.2. Визначити початкову активність А0 радіоактивного препарату (дод. В, колонка 2) масою 0,2 кг, а також його активність А через 150 днів. Період піврозпаду взяти з дод. В, колонка 4.

Задача 2.3. Визначити масу радіоактивного ізотопу (дод. В, колонка 5) активністю 1 Бк. Період піврозпаду (дод. В, колонка 6).


Завдання 2

Самостійно розв’язати задачі.

Задача 2.4. За який час розпадеться 70% початкової кількості радіонукліда (дод. В, колонка 2)? Період піврозпаду T1/2 радіонукліда взяти таким, що дорівнює (дод. В, колонка 4).

Задача 2.5. Визначити масу радіоактивного препарату (дод. В, колонка 2, з Т1/2 – колонка 4) з початковою активністю, що дорівнює початковій активності радіонукліда (колонка 5, з Т1/2 – колонка 6) масою 2 мг.


Практична робота 3

Основні дозиметричні величини


Для характеристики радіоактивних випромінювань і їх впливу на об’єкт, що опромінюється, вводяться дозиметричні величини. Основними з них є експозиційна доза (така, що опромінює) і поглинена доза. Доза є енергетичною характеристикою, що показує здатність випромінювання змінювати структуру опромінюваного об’єкта.

Експозиційна доза X — величина, що чисельно дорівнює відношенню сумарного заряду dQ всіх іонів одного знака, що утворилися під дією фотонного випромінювання (гамма- і рентгенівське випромінювання) в елементарному об’ємі сухого повітря, до маси цього об’єму dm: .

Одиниця експозиційної дози в системі СІ — кулон на кілограм (Кл/кг). Широко використовується і внесистемна одиниця – рентген (Р). Один рентген – це така доза рентгенівського або гамма-випромінювання, при якій в 1 см3 сухого атмосферного повітря за нормальних умов (температура 0С, тиск 101,3 кПа) виникає 2,08 мільярда пар іонів.

Співвідношення між цими одиницями виражається так:
1 Р = 2,58∙10-4 Кл/кг; 1 Кл/кг = 3876 Р.

На утворення 1 пари іонів у повітрі витрачається в середньому 34 еВ енергії, отже, при дозі в 1 Р енергія складе:

еВ.

Більш об’єктивним показником дії радіації є поглинена доза. Поглинена доза D - енергія випромінювання, що передалася одиниці маси речовини , де d - енергія, передана випромінюванням речовині масою dm.

Одиниця поглиненої дози в системі СІ - грей (Гр). Один грей - це така доза, при якій у речовині масою 1 кг поглинається енергія радіоактивних випромінювань у 1 Дж: 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемною одиницею поглиненої дози є рад (скорочення від перших літер «радіаційна абсорбційна доза»). Співвідношення між цими одиницями таке: 1 рад=10-2, Гр, 1 Гр=100 рад.

Експозиційній дозі в 1 Р відповідає поглинена доза, що приблизно дорівнює 0,01 Гр (1 рад). Це справедливо для таких поглиначів, як вода, м’язова тканина. У той самий час кісткова тканина відрізняється більшими значеннями поглинутої дози. Тобто взаємозв’язок між цими одиницями залежить від енергетичного спектру випромінювання та від речовини, що поглинає це випромінювання. Стосовно гамма-випромінювання при поглинанні у повітрі 1 рад = 1,14 Р.

Для оцінки можливої шкоди здоров’ю людини від хронічної дії іонізуючого випромінювання (тривалий час малими дозами) вводиться еквівалентна доза. Еквівалентна доза Н - добуток поглиненої дози на коефіцієнт якості випромінювання К: H=K∙D. При опроміненні змішаним випромінюванням еквівалентна доза визначається як сума добутків поглинених доз D від окремих видів випромінювань на відповідні цим випромінюванням коефіцієнти якості К: .

Значення коефіцієнтів якості випромінювань наведені в таблиці 1.

Одиниця еквівалентної дози в системі СІ — зіверт (Зв). Один зіверт – це така еквівалентна доза, що здійснює такий самий біологічний ефект, як і поглинена доза в 1 Гр рентгенівського або γ-випромінювання. Внесистемна одиниця еквівалентної дози – бер (скорочено від перших літер «біологічний еквівалент рентгена»). Одиниці вимірювання еквівалентної дози пов’язані співвідношенням 1 Зв = 100 бер.

Дози опромінення різних ділянок тіла або органів можуть бути неоднаковими, особливо при внутрішньому опроміненні. Це пояснюється тим, що різні органи мають свою чутливість до опромінення. Для оцінки нерівномірного опромінювання тіла користуються поняттям ефективної еквівалентної дози.


Таблиця 1 - Коефіцієнти якості випромінювання К


Вид випромінювання

К, Зв/Гр

Рентгенівське і гамма-випромінювання

1

Бета-випромінювання

1

Альфа-випромінювання

20

Протони з енергією більше 2 МеВ

5

Нейтрони з енергією менше 10 кеВ

5

з енергією 10-100 кеВ

10

з енергією 0,1 - 2 МеВ

20

з енергією 2 - 20 МеВ

10

з енергією більше 20 МеВ

5


^ Ефективна еквівалентна доза Неф – сума добутків еквівалентних доз Н, отриманих окремими органами людини на відповідні цим органам коефіцієнти радіаційного ризику : .

Значення коефіцієнтів радіаційного ризику наведені в таблиці 2.

Ефективна еквівалентна доза вимірюється в тих самих одиницях, що й еквівалентна.

При вимірюванні гамма-випромінювання використовується така одиниця, як потужність дози. ^ Потужність дози випромінювання (рівень радіації) - відношення збільшення дози dД іонізуючого випромінювання до інтервалу часу dt, за який це збільшення відбулося: .

Таблиця 2 - Коефіцієнти радіаційного ризику


Орган або тканина

Коефіціент

Гонади

0,2

Червоний кістковий мозок

0,12

Легені

0,12

Товстий кишечник

0,12

Шлунок

0,12

Молочні залози

0,05

Сечовий міхур

0,05

Печінка

0,05

Стравохід

0,05

Щитовидна залоза

0,05

Кісткова тканина

0,01

Шкіра

0,01

Інші органи

0,05

Організм у цілому

1


Потужність дози, по суті, являє собою швидкість нагромадження дози. Іншими словами, вона показує, яку дозу може отримати людина, перебуваючи на зараженій території за одиницю часу. Відповідно:

  • потужність експозиційної дози ;

  • потужність поглиненої дози .

Одиниця вимірювання потужності експозиційної дози в системі СІ - ампер на кілограм (А/кг, або Кл/(кг с)). Широко вживаються внесистемні одиниці: мР/годину, мкР/годину.

Одиниця вимірювання потужності поглиненої дози випромінювання — грей за секунду (Гр/с). Одиниця вимірювання потужності еквівалентної дози - зіверт за секунду (Зв/с).

Потужність експозиційної дози гамма-випромінювання можна визначити і так:

,

де K - іонізаційна -стала, яка характеризує даний радіонуклід, Р∙см2/год∙мКі (табл. 3);

А – активність даного радіонукліда, мКі;

R – відстань до джерела випромінювання.


Таблиця 3 – Значення іонізаційної гамма-сталої для деяких радіонуклідів


Радіонуклід

Період піврозпаду

Іонізаційна -стала, Р∙см2/год∙мКі

60 Со 

5,271 року

12,853

137 Cs

30 років

3,242

226 Ra

1600 років

9,031


За допомогою приладів (дозиметрів) можна виміряти експозиційну дозу, а також за певних умов — поглинену дозу. Усі інші дози приладами не вимірюються, а можуть бути тільки розраховані або оцінені за відомими радіометричними величинами або експозиційною дозою. Для цього необхідно знати перехідні коефіцієнти. Для зовнішнього γ-опромінення в умовах нашої республіки це такі коефіцієнти:

1 Бк/м2 приводить до еквівалентної дози 0,022 мкЗв/рік,

1 Kі/км2 приводить до еквівалентної дози 0,8 мЗв/рік,

1 мкР/годину приводить до еквівалентної дози 0,05 мЗв/рік.

  1   2   3   4

Схожі:

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconКонспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106
Конспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія” / укладач Р. А. Васькін. – Суми: Сумський державний університет, 2010. – 115 с
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Інвестування" для студентів спеціальності
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Інвестування" / Укладачі: В. М. Боронос, І. Д. Скляр, Г. В. Салтикова, Т.І....
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни «логістика» для студентів спеціальності "Менеджмент організацій"
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Логістика» / Укладачі: В. М. Кислий, О. М. Соляник
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Банківський менеджмент" для студентів спеціальності
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Банківський менеджмент" / Укладачі В. М. Олійник, С. М. Фролов, М. А. Деркач,...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Фінансовий менеджмент" для студентів спеціальності
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Фінансовий менеджмент» / укладачі: О. О. Захаркін, Л. С. Захаркіна. – Суми:...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни " соціальне страхування" для студентів напряму підготовки 0501 зі спеціальності
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Соціальне страхування» для студентів напряму підготовки 0501 спеціальності...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМетодичні вказівки до практичних занять та самостійної роботи з дисципліни "Економіка природокористування" для студентів спеціальності 070800 "
Методичні вказівки до практичних занять та самостійної роботи з дисципліни “Економіка природокористування” (для студентів спеціальності...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconГосподарства кульбашна Н. І. Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни
Безпека руху І гальмівні системи: Методичні вказівки до практичних занять (для студентів 4 курсу денної та заочної форми навчання...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconМіністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства Методичні вказівки до організації самостійної роботи, практичних занять
Методичні вказівки до організації самостійної роботи, практичних занять, виконання контрольних робіт з дисципліни «Економічна теорія»...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 iconЗ. В. Гончарова методичні вказівки для практичних занять з дисципліни
Методичні вказівки для практичних занять з дисципліни “Фінансовий менеджмент” (для студентів 5 курсу денної форми навчання спеціальності...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи