Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей фотонов при внешнем облучении.

Радионуклиды в окружающей среде создают не только внутреннее облучение органов и организма человека при поступлении с воздухом водой и пищей, но в ряде случаев оказывают большее воздействие за счет внешнего облучения. Например, инертные радиоактивные газы (ИРГ), такие, как изотопы Ar, Kr, Xe, поступающие в приземную атмосферу с выбросами АЭС, формируют дозу в основном за счет внешнего фотонного облучения. Осаждение радионуклидов из атмосферы на поверхность Земли приводит к поверхнстному или объемному радионуклидному загрязнению почвы или водоемов. Внешнее фотонное облучение от этих радионуклидов также создает дополнительные дозовые нагрузки для людей, находящихся на загрязненной территории. В случае аварийной ситуации облако радионуклидов создает основную дозовую нагрузку на население тоже за счет внешнего облучения фотонами. Сбросы радионуклидов в поверхностные водоемы, приводящие к загрязнению водной среды, формируют дозы внешнего облучения.  Во всех этих случаях возникает задача перехода от измеренной или рассчитанной концентрации радионуклида, как гамма-излучателя, в воздухе, воде или почве к создаваемой им эффективной дозе внешнего облучения.

При оценке эффективной дозы внешнего облучения, создаваемой радионуклидами в этих случаях, предполагается, что радиоактивное загрязнение представляет собой полубесконечное пространство с равномерно распределенной активностью радионуклида А_v, и выполняется условие лучевого равновесия. Условие лучевого равновесия, часто используемое для расчета доз, создаваемых бесконечными  или полубесконечными источниками радионуклидов, заключается в том, что поглощенная энергия в элементе массы dm материала источника равна испущенной энергии из этого же элемента. Тогда мощность поглощенной дозы внутри бесконечного источника, например, в  воздухе, создаваемая фотонным излучением радионуклида, может быть рассчитана следующим образом:

_в= , Гр/с     (4.46).

В формуле (4.46): dW и dE_исп - поглощенная в единицу времени в элементе массы dm воздуха и испущенная этим элементом массы энергия фотонов соответственно, А_v – концентрация радионуклида в облаке, Бк/м³, ,  - энергия фотонов в МэВ и выход фотонов на один акт распада радионуклида с этой энергией, =1,293 кг/м³ - плотность воздуха.

Для точек, находящихся на поверхности Земли, мощность поглощенной дозы, пренебрегая отражением от поверхности Земли излучения, испускаемого радионуклидом, находящимся в атмосфере, будет в два раза ниже по сравнению с рассчитанной по формуле (4.46) из-за отсутствия полупространства с источником. Переход от поглощенной дозы в воздухе к эффективной дозе для фотонов подробно рассмотрен выше в разделе 4.3.1.

Рассмотренный подход может быть использован и для оценки эффективной дозы по известной удельной активности радионуклидов в почве или воде. В этом случае в соотношении (4.46) добавится отношение массовых коэффициентов поглощения энергии для почвы или воды к воздуху, т.е., например, мощность поглощенной дозы в воздухе над загрязненным равномерно полубесконечным слоем почвы запишется в виде:

       _в= , Гр/с     (4.47),

где А_п, Бк/кг – удельная активность почвы, , м²/кг – массовые коэффициенты поглощения энергии для почвы и воздуха, соответственно.

Отношение /  слабо зависит от энергии фотонов и для почвы и воды может быть  принято равным соответственно 1,13 и 0,9 в диапазоне энергий фотонов от 0,2 до 3 МэВ

Входящие в выражения (4.46), (4.47) суммы при оценках мощности дозы могут быть выражены через керма-постоянную радионуклида Г_К (см. разд. 5.4.1) и тогда выражения (4.46) и (4.47) можно упростить:

                 _в= , аГр/с     (4.48),

понимая под l - область биосферы, где находится радионуклид (воздух, почва или вода). Удельная активность выражается при этом в Бк/кг, а  в м²/кг.

Контрольные вопросы к § 4.5.

1. Какие упрощающие предположения делаются при расчетах дозы внешнего облучения от фотонов, испускаемых  радионуклидами равномерно распределенными в воздухе?

2. В чем сущность метода лучевого равновесия?

3. Учитывается ли рассеянное фотонное излучение, формируемое в материале источника, при расчетах по формулам (4.46) - (4.48) мощностей доз в воздухе?

4. Как оценить поглощенные дозы в воздухе на границе с почвой или водой от радионуклидов, депонированных в почве или воде?