Радиационная доза от радона

Расчёт внутренней дозы от излучения Rn и продуктов его распада — сложная задача. Необходимо учесть изотопный состав Rn; скорость поступления изотопов Rn в организм с воздухом и/или водой; скорость выведения; дисперсное состояние (например, тип и размерный спектр аэрозолей, на которых адсорбированы продукты распада); состояние радиоактивного равновесия между нуклидами, попадающими в организм; кинетику распада и накопления всех дочерних продуктов распада непосредствен по в организме; характер и скорость миграции дозообразующих нуклидов по организму; накопление конкретных нуклидов в критических органах и т. п. Строгие расчёты доз проводятся с использованием сложного и громоздкого математического аппарата, с учётом многочисленных и плохо определенных факторов, по специальным программам, рассчитанным на достаточно мощные компьютеры. Такой подход малоприменим для решения конкретных задач дозиметрии Rn. Поэтому на практике дозу от Rn оценивают по приближенным формулам.

Как упоминалось, под радиационной дозой понимают количество энергии, поглощённое единицей массы тела за время экспозиции. Доза внутреннего облучения создаётся в основном за счёт а-излучен ия. Оценку дозы начинают с определения концентрации радона во вдыхаемом воздухе (или в питьевой воде), которую выражают в единицах Бк/л.

Рис. 18. Радиоактивный ряд ²³⁸U с выделенными продуктами распада -~Rn, вносящими основной вклад в дозу внутреннего облучения.

Среднее содержание Rn в воздухе приземной атмосферы составляет 3,7 Бк/мЗ; предельно-допустимая концентрация Rn 200 Бк/мз. В радоновой дозиметрии интерес представляет не столько концентрация Rn, сколько концентрация продуктов его распада. Для описания интегральной объёмной активности дочерних продуктов распада Rn в воздухе используют понятие «скрытая энергия» .

Скрытая энергия — суммарная энергия a-излучения, которая выделяется в единице объема воздуха при распаде всех короткоживущих дочерних продуктов распада (для ³²²Rn вплоть до ²¹⁰РЬ, который имеет период полураспада 22 года).

Если в воздухе содержится 3700 Бк/мз ²²²Rn в полном равновесии с дочерними продуктами распада, то величина скрытой энергии равна 1,2835−105 МэВ/л. Данная величина (единица экспозиции), округленная до 1,3−105 МэВ/л, носит название «рабочий уровень» (Working Level — WL) и используется для определения объёмной активности долго-живущих продуктов распада Rn в воздухе.

Рабочий уровень, РУ (WL) — количество короткоживущих продуктов распада радона в литре воздуха, приводящее к эмиссии 1,3−10 $ МэВ энергии а-излучения при их распаде до ^2ЮРЬ.

В радоновой дозиметрии нет необходимости учитывать всё излучение, испускаемое Rn и продуктами его распада. Достаточно оценить только вклад наиболее опасных из них. На рис. 18 жирными линиями обведены радионуклиды, дающие наибольший вклад в дозу от всех изотопов ряда U.

Округленное значение РУ: 1,3-ю⁵ МэВ Поясним способ выражения потенциальная энергии a-излучения в терминах рабочего уровня (РУ). Рассмотрим способы его введения на примере ²²²Rn. РУ соответствует любой комбинации короткоживущих продуктов распада в 1 литре воздуха, которая в конце концов, приводит к выделению 1, з-10⁵ МэВ энергии а-частиц. В эту величину не входит энергия ачастиц самого радона, а так же (3- и у-излучений от ²ирЬ и ^2,4Bi. Каждый атом ^2,8Ро испускает 6, о МэВ а-частицы, а один из его дочерних продуктов — ²иРо — 7,68 МэВ а-частицы. Следовательно, потенциальная энергия аизлучения, связанная с каждым атомом ^2l8Po равна 6,0+7,68=13,68 МэВ. Каждый атом р-излучателей ²¹^Bi и ^2Ь«РЬ распадающихся в ²иРо выделяет 7,68 МэВ а-частицы давая прибавку энергии при продвижении к ²¹°РЬ с большим периодом полураспада (22 года). Вкладом ²¹⁰РЬ в РУ пренебрегают. Число 1,3-ю⁵ МэВ определяет выделение энергии а-частиц при полном распаде юо пКи ^2l8Po, ²¹4РЬ, ²¹«Bi и ²иРо, (смесь короткоживущих продуктов распада, находящихся в радиоактивном равновесии с юо пКи радона).

При оценках радонового риска учитывают, что вклад собственно Rn в облучение относительно невелик. При радиоактивном равновесии между Rn и его дочерними продуктами распада этот вклад <2%. Поэтом}' доза облучения лёгких от дочерних продуктов Rn определяется величиной, эквивалентной равновесной объёмной активности (ЭРОА) радона.

Активность эквивалентная равновесная объёмная (ЭРОА) дочерних продуктов изотопов радона — ^{222Rn и 22°Rn — это взвешенная сумма объёмных активносте11 короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона.}

Объёмная активность Rn в помещении С связана с эквивалентной равновесной объемной активностью соотношением: 9POA=F-C.

Коэффициент равновесности F определяется отношением уровня скрытой энергии при фактической концентрации дочерних продуктов радона к уровню скрытой энергии, если бы дочерние продукты находились в равновесии с Rn. Если значение неизвестно, принимают F= 0,5.

Для ²²²Rn имеем:

где Акn, Arяа, Arав, Arhc — объёмные активности Rn и его дочерние продукты распада ^2,8Ро (RaA), ^2,4Pb (RaB), ^2,4Bi (RaC) Бк/м³, соответственно; Fr_u — коэффициент равновесия, который определяется как отношение эквивалентной равновесной объемной активности радона в воздухе к реальной объемной активности Rn, т. е. величина Frh характеризует степень сдвига равновесия между Rn и продуктами его распада.

Если используется параметр РУ, то фактор равновесия Frh:

где а_а - удельная активность a-излучения продуктов распада, концентрация которых соответствующих рабочему уровню, РУ; а - удельная активность радона в Бк л^-1 — величина постоянная, к= 3,7 Бк л^_1/РУ.

Если FRn⁼1 > то округлив коэффициенты можно записать:

(ЭРОА)кп = о, ю Arha + 0,52 Arhb + 0,38 A_Rac;

Аналогично, в случае —°Rn:

(ЭРОА)тп = 0,91 Атив + 0,09 Атьс, где дочерние продукты распада торона ²¹²Pb (ThB); ²¹²Bi (ThC); А, — объёмные активности дочерних продуктов изотопов Rn.

Отметим, что на практике всегда Fr_p

Введение

понятий РУ и ЭРОА связано с тем, что радиологическая опасность Rn возникает из-за вдыхания продуктов распада Rn, которые представляют собой короткоживущие изотопы твёрдых (нелетучих) элементов. Радон, как инертный газ с относительно длинным периодом полураспада 3,82 дня играет вторичную роль в дозиметрии лёгких. Гораздо более опасными продуктами распада ²²²Rn являются ^2l8Po (27 мин), ²¹«Bi (20 мин) и ²иРо (2-Ю-4 с). ²иРо распадается в ²¹⁰РЬ-относительно долгоживущий радионуклид (22,3 л). Этот дочерний продукт распада Rn выводится из лёгких до того, как он успеет распасться в заметной степени, поэтому с дозиметрической точки зрения его можно рассматривать как стабильный.