Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Физико-технический институт

Кафедра ПФ

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине "Физика защиты"

Тема проекта:

"Расчет биологической защиты корпуса лучевой терапии радиологического центра"

Томск 2014

Аннотация

В данном курсовом проекте выполнен расчет биологической защиты корпуса лучевой терапии радиологического центра. Он включает в себя расчет защиты помещений от прямого и рассеянного излучения электронного ускорителя на основе тормозного излучения и рентгеновского симулятора, расчет лабиринтной защиты от этих источников, а также описание методов, которые использовались при расчетах.

Расчет проводился с помощью номограмм и универсальных таблиц и с помощью программы "Компьютерная лаборатория".

В курсовом проекте приведены нормативы для проектирования защиты и требования по радиационной безопасности с закрытыми источниками излучений.



Оглавление

• Техническое задание
• Введение
• 1. Основные нормативы для проектирования защиты
• 2. Расчет биологической защиты
• 2.1 Методы расчета защиты
• 2.2 Расчет защиты помещений
• 3. Расчет лабиринтов
• 3.1 Расчет стены лабиринта от рассеянного тормозного излучения
• 3.2 Расчет входной двери с учетом лабиринтной защиты от тормозного излучения
• 3.3 Расчет стены лабиринта от рассеянного рентгеновского излучения
• 3.4 Расчет входной двери с учетом лабиринтной защиты от рентгеновского излучения
• 4. Расчет равновесной концентрации озона
• 4.1 Расчет равновесной концентрации озона в помещении ускорителя
• 4.2 Расчет равновесной концентрации озона в помещении рентгеновского симулятора
• 5. Расчет равновесной объемной активности ¹³N от тормозного излучения ускорителя
• 6. Требования по РБ при работе с закрытыми источниками излучения
• Заключение
• Список литературы

рентгеновский излучение ускоритель симулятор



Техническое задание

Радиологический центр, который находится в жилом микрорайоне, приобретает две облучающие установки фирмы Сименс для радиотерапии: рентгеновский симулятор SIMVIEW NT (напряжение U_max, ток I₁), электронный ускоритель PRIMUS (энергия E₀, ток I₂). Для обеспечения лучевой терапии к радиологическому центру пристраивается новый корпус, в котором на 1-ом этаже необходимо расположить два помещения (рис. 3), где будет проводиться облучение. Характеристики ускорителя и рентгеновского симулятора приведены в таблице 1. Размеры помещений для ускорителя и симулятора даны в таблице 2.

Рис.1. Линейный медицинский ускоритель PRIMUS фирмы Сименс

Рис.2. Рентгеновский симулятор SIMVIEW-NT фирмы Сименс



Излучающие установки являются ротационными и вращаются вертикально вокруг изоцентра, находящегося на расстоянии 1,5м от уровня пола помещений. Излучающие элементы обеих установок находятся на расстоянии 1м от изоцентра. Направление первичного пучка SIMVIEW-NT - стены 1, 3, потолок и пол помещения, у PRIMUS - стены 1, 3 и пол. Изоцентры обеих установок находятся в центре помещений в т. О₁ и О₂ (рис.3). Половина угла коллиматора рентгеновского аппарата б₁, электронного ускорителя б₂.

Цифры на рисунке 1, 2, 3, 4 - номера стен помещений, за каждой стеной своя категория облучаемых лиц (см. примечание к рис.3).

Рис.3. Схема расположений помещений. Высота всех помещений - 4м. За стеной 2 - население, за стеной 1 - персонал гр.А, за стенами 3 и 4 - персонал гр.Б. а=2м. Плотность бетона - 2,35 г/см³, плотность кирпича - 1,6 г/см³

Рассчитать:

1. Толщину стен (бетон, кирпич) и потолка (бетон) от тормозного излучения электронного ускорителя.

2. Толщин стен (бетон, кирпич) и потолка (бетон) от рентгеновского излучения.

3. Толщины стен лабиринтов для обоих помещений.

4. Толщины входных защитных дверей (сталь, свинец) с учетом лабиринтной защиты.

5. Среднюю концентрацию озона в обоих помещениях и необходимую кратность воздухообмена для времени облучения 30 мин.

6. Среднюю объемную активность N¹³ от тормозного излучения ускорителя при времени работы 30 мин.

Таблица 1. Характеристики источников

Вариант	Umax, кВ	I1, мА	б1, град.	Е0, МэВ	I2, мкА	б2, град.
2	300	12	10	20	50	15

ПРИМЕЧАНИЕ: б₁ - половина угла коллиматора рентгеновского аппарата, б₂ - половина угла коллиматора ускорителя.

Таблица 2. Данные для помещений рентгеновского аппарата и ускорителя

Вариант	l1, мм	h1, мм	l2, мм	h2, мм	Потолок
2	6000	5000	6000	6000	Гр.А



Введение

Применение рентгеновского излучения в медицине

Открытие рентгеновского излучения оказало сильное влияние на развитие различных направлений науки, техники, медицины.

Впервые открыл рентгеновское излучение профессор физики Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген. Произошло это 8 ноября 1895г., когда закончив опыты с катодными лучами, возникающих в вакуумной трубке при подведении к ее полосам высокого напряжения, Рентген выключил свет и неожиданно заметил свечение кристаллов платиносинеродистого бария, находящегося рядом с трубкой.

Потом он понял, что забыл выключить проходивший через вакуумную трубку высокое напряжение, то так как трубка была обернута в черную бумагу, и катодные лучи так же, как и лучи видимого света, не могли проникнуть за ее пределы. Рентген сделал вывод, что столкнулся с какими-то новыми лучами. Проведя серию экспериментов, Вильгельм убедился в том, что свечение кристаллов вызывает какое-то неизвестное ранее излучение. Это излучение он назвал Х-лучами. В течение 7 недель Рентген изучал новый вид лучей. Результаты этой работы он опубликовал в середине января 1896г. в небольшой брошюре "О новом роде лучей".

Рентгеновское излучение -- это электромагнитное излучение с широким диапазоном длин волн (от 8·10^-6 до 10^-12 см). Рентгеновское излучение возникает при торможении заряженных частиц, чаще всего электронов, в электрическом поле атомов вещества. Образующиеся при этом кванты рентгеновского излучения имеют различную энергию и образуют непрерывный спектр. Максимальная энергия квантов в таком спектре равна энергии налетающих электронов. В рентгеновской трубке максимальная энергия квантов рентгеновского излучения, выраженная в килоэлектрон-вольтах, численно равна величине приложенного к трубке напряжения, выраженного в киловольтах. При прохождении через вещество рентгеновское излучение взаимодействует с электронами его атомов. Для квантов рентгеновского излучения с энергией до 100 кэв наиболее характерным видом взаимодействия является фотоэффект. В результате такого взаимодействия энергия кванта полностью расходуется на вырывание электрона из атомной оболочки и сообщения ему кинетической энергии. С ростом энергии кванта рентгеновского излучения вероятность фотоэффекта уменьшается и преобладающим становится процесс рассеяния квантов на свободных электронах -- так называемый комптон-эффект. В результате такого взаимодействия также образуется вторичный электрон и, кроме того, вылетает квант с энергией меньшей, чем энергия первичного кванта. Если энергия кванта рентгеновского излучения превышает один мегаэлектрон-вольт, может иметь место так называемый эффект образования пар, при котором образуются электрон и позитрон. Следовательно, при прохождении через вещество происходит уменьшение энергии рентгеновского излучения, т. е. уменьшение его интенсивности. Поскольку при этом с большей вероятностью происходит поглощение квантов низкой энергии, то имеет место обогащение рентгеновского излучения квантами более высокой энергии.

Применение рентгеновского излучения в медицине для диагностики и лечения основано на его способности:

1. проникать через различные вещества, в том числе через органы и ткани человеческого тела, не пропускающие лучи видимого света;

2. вызывать флюоресценцию -- свечение некоторых химических соединений (активированные сульфиды цинка и кадмия, кристаллы вольфрамата кальция, платиносинеродистый барий). На этом свойстве основано рентгеновское просвечивание, а также использование усиливающих экранов при рентгенографии;

3. оказывать фотохимическое воздействие: разлагать соединения серебра с галогенами и вызывать почернение фотографических слоев (в том числе рентгенографической пленки). Это свойство лежит в основе получения рентгеновских снимков;

4. вызывать физиологические и патологические (в зависимости от дозы) изменения в облученных органах и тканях (оказывать биологическое действие). На этом свойстве основано использование рентгеновского излучения для лечения опухолевых и некоторых неопухолевых заболеваний. Однако при недостаточно контролируемом облучении в больших дозах возможно развитие острой или хронической лучевой болезни либо лучевых поражений;

5. передавать энергию излучения атомам и молекулам окружающей среды, вызывая их возбуждение, а также распад на положительные и отрицательные ионы -- ионизационное действие. При определенных условиях между ионизационным эффектом и дозой облучения существует прямая зависимость. Это позволяет, оценивая с помощью специальных приборов (дозиметров) степень ионизации воздуха, определить количество и качество рентгеновских лучей, применяемых для диагностики или терапии.

Ниже приведены примеры использования рентгеновского излучения для диагностики заболеваний в медицине.

Флюорография. Этот метод диагностики заключается в фотографировании теневого изображения с просвечивающего экрана. Пациент находится между источником рентгеновского излучения и плоским экраном из люминофора (обычно иодида цезия), который под действием рентгеновского излучения светится. Биологические ткани той или иной степени плотности создают тени рентгеновского излучения, имеющие разную степень интенсивности. Врач-рентгенолог исследует теневое изображение на люминесцентном экране и ставит диагноз.

В прошлом рентгенолог, анализируя изображение, полагался на зрение. Сейчас имеются разнообразные системы, усиливающие изображение, выводящие его на телевизионный экран или записывающие данные в памяти компьютера.

Рентгенография. Запись рентгеновского изображения непосредственно на фотопленке называется рентгенографией. В этом случае исследуемый орган располагается между источником рентгеновского излучения и фотопленкой, которая фиксирует информацию о состоянии органа в данный момент времени. Повторная рентгенография дает возможность судить о его дальнейшей эволюции.

Рентгенография чаще всего применяется для изучения состояния костно-мышечной системы благодаря наличию естественного контраста между костной тканью, больше задерживающей рентгеновские лучи, и так называемыми мягкими тканями -- кожа, мышцы, жировая ткань. Чаще всего она выполняется при помещении пациента на спец. стол или у вертикальной стойки между рентгеновской трубкой и кассетой с рентгеновской пленкой. При рентгенологическом исследовании детей используют вспомогательные фиксирующие устройства. На рентгеновских снимках -- рентгенограммах--хорошо видны контуры костей, их структура, взаимоотношение между отдельными костями. При болезненном процессе могут обнаруживаться изменение контуров кости, а также нарушение ее структуры в виде уплотнения или, наоборот, разрежения. Переломы и вывихи дают характерные признаки нарушения контуров, смещения отломков, нарушения взаимоотношения костей. Зная закономерности рентгеновской картины при различных заболеваниях, врачи ставят диагноз, назначают лечение и следят за динамикой развития болезненного процесса.

Рентгенография применяется не только при исследовании костной системы. Она необходима почти во всех случаях и как документальное подтверждение, которое может быть дополнительно неоднократно изучено, проконсультировано, сравнено с данными последующих или предыдущих исследований. Кроме того, рентгенограмма может зафиксировать то, что ускользнуло от внимания врача при рентгеноскопии.

Рентгеноскопия. Один из основных методов рентгенологического исследования, основанный на получении рентгеновского изображения на флуоресцентном экране или телевизионном экране рентгеновской установки.

Рентгеноскопия позволяет исследовать органы в процессе их функционирования, например дыхательные движения диафрагмы, сокращения сердца и т.д. Кроме того, под контролем Р. выполняют многие диагностические и лечебные манипуляции (катетеризацию бронхов и др.). В одних случаях, например при ориентировочном установлении характера патологических изменений и определении наилучшей проекции для их изучения, Р. предшествует рентгенографии, в других -- ее проводят после анализа рентгенограмм для выявления функциональных признаков, которые не могут быть отражены на снимке.

Контрастные вещества. Прозрачные для рентгеновского излучения части тела и полости отдельных органов становятся видимыми, если их заполнить контрастным веществом, безвредным для организма, но позволяющим визуализировать форму внутренних органов и проверить их функционирование. Контрастные вещества пациент либо принимает внутрь, либо они вводятся внутривенно. В последние годы, однако, эти методы вытесняются методами диагностики, основанными на применении радиоактивных атомов и ультразвука. Компьютерная томография. В 1970-х годах был развит новый метод рентгеновской диагностики, основанный на полной съемке тела или его частей. Изображения тонких слоев ("срезов") обрабатываются компьютером, и окончательное изображение выводится на экран монитора. Такой метод называется компьютерной рентгеновской томографией. Он широко применяется в современной медицине для диагностики инфильтратов, опухолей и других нарушений мозга, а также для диагностики заболеваний мягких тканей внутри тела. Эта методика не требует введения инородных контрастных веществ и потому является быстрой и более эффективной, чем традиционные методики.

1. Основные нормативы для проектирования защиты

В настоящее время действуют "Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009" Они распространяются на все предприятия и учреждения министерств и ведомств, где возможны производство, обработка, применение, хранение, переработка, обезвреживание, транспортирование естественных и искусственных радиоактивных веществ и других источников ионизирующих излучений.

В соответствии с НРБ-99/2009 устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

- персонал - лица, работающие с техногенными источниками ионизирующего излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

- все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц по НРБ-99/2009 установлены 3 класса нормативов:

1. основные пределы доз (ПД);

2. допустимые уровни (от одного вида излучения) - это производные от основных пределов доз: пределы годового поступления, объемные допустимые среднегодовые активности, допустимая мощность дозы, допустимая плотность потока и др.;

3. контрольные уровни (дозы, активности, плотности потоков и др.). Их значения должны быть ниже допустимых уровней. Могут устанавливаться в организациях, работающих с ионизирующим излучением.

Примечания:

1) Все нормативные значения для категории персонала приводятся в НРБ-99/2009 только для группы А.

2) Дозовые пределы и допустимые уровни персонала группы Б не должны превышать 1/4 значений для группы А.

Основные пределы доз не включают в себя дозы;

* от природных источников,

* от медицинских источников,

* от радиационных аварий.

На эти виды облучения устанавливаются специальные ограничения.

Эффективная доза для персонала (гр. А) за период трудовой деятельности (50 лет) не должна превышать 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70) лет - 70 мЗв. Начало периодов с 1 января 2000 года. Предел индивидуального риска персонала (гр. А) для техногенного облучения в течение года в условиях нормальной эксплуатации (без аварий) равен примерно 1*10^-3, а для гр. Б персонала примерно 5*10^-5.

Таблица 3. Мощность эквивалентной дозы, используемая при проектировании защиты от внешнего ионизирующего излучения

Категория облучаемых лиц.	Назначение территорий и помещений	Проектная мощность эквивалентной дозы, мкЗв/ч.	Продолжительность облучения, ч/год.
Персонал	Группа А	Помещения постоянного пребывания персонала	6,0	1700
		Помещения временного пребывания персонала	12	850
	Группа Б	Помещения организации и территория СЗЗ, где находится персонал группы Б	1,2	2000
Население	Любые другие помещения и территории	0,06	8800

2. Расчет биологической защиты

2.1 Методы расчета защиты

Расчет защиты от первичного тормозного излучения (ТИ) электронных ускорителей.

Расчет защиты от прямого ТИ производится по "новым" номограммам. Расчет возможен для направлений вылета ТИ из мишени ускорителя от 0 до 180 градусов (относительно направления электронного пучка).

Безразмерный коэффициент К номограмм рассчитывается следующим образом:

K_n= , (1)

где - мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения, ;

- мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения "стандартного" ускорителя, ;

i - ток пучка электронов, (мА);

10 - "единица" мощности показателя дозы, ;

R_З - расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);

d_n-1 - толщина защиты, полученная в предыдущей итерации, (d₀=0), (м);

ДМД - допустимая мощность дозы, .

В нашем случае , так как мы имеем дело со стндартным ускорителем.

Расчет защиты от рассеянного тормозного излучения (ТИ) электронных ускорителей

Безразмерный параметр номограмм рассчитывается как:

K_n= , (2)

где - мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения, ;

- мощность показателя тканевой поглощенной дозы тормозного излучения "стандартного" ускорителя, ;

i - ток пучка электронов, (мА);

- телесный угол коллиматора первичного пучка ТИ (стеррадиан);

6 - "единица" мощности показателя дозы, ;

R_З - расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);

d_n-1 - толщина защиты, полученная в предыдущей итерации, (d₀=0), (м);

ДМД - допустимая мощность дозы, .

Расчет защиты от первичного рентгеновского излучения.

Для определения толщины защиты d удобно пользоваться номограммами. Для коэффициента K получено выражение:

, (3)

где - радиационный выход реальной рентгеновской трубки, ;

- радиационный выход стандартной рентгеновской трубки, ;

i - ток пучка электронов, (мА);

10 - "единица" мощности показателя дозы, ;

R_З - расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);

d_n-1 - толщина защиты, полученная в предыдущей итерации, (d₀=0), (м);

ДМД - допустимая мощность дозы, .

В нашем случае , для стандартных условий.

Расчет защиты от рассеянного рентгеновского излучения.

Для расчета защиты от расеянного рентгеновского излучения будем использовать номограммы. Выражение для безразмерного коэффициента K.

, (4)

где - радиационный выход реальной рентгеновской трубки, ;

- радиационный выход стандартной рентгеновской трубки, ;

i - ток пучка электронов, (мА);

- телесный угол коллиматора первичного пучка ТИ (стеррадиан);

6 - "единица" мощности показателя дозы, ;

R_З - расстояние от мишени ускорителя до защищаемой области, (м);

d_n-1 - толщина защиты, полученная в предыдущей итерации, (d₀=0), (м);

ДМД - допустимая мощность дозы, .



2.2 Расчет защиты помещений

Расчет защиты помещения ускорителя

Направление первичного пучка - стены 1 и 3, пол (см. рис.3).

Расчет защиты от первичного тормозного излучения

Начальные данные I₂(мкА), Е₀(МэВ) приведены в табл.1. Расчет проводится с использованием программы "Компьютерная лаборатория". Режим "PROTECT"

Стена 1.

За стеной находится персонал гр.А, следовательно, ДМД= 6 мкЗв/ч.

R_З=3,5м

Коэффициент k=1,694•10^-3

Кратность ослабления: k = 4,072•10⁷

Итерация: 3

d_Б = 3530 мм

Стена 3.

За стеной находится персонал гр.Б, следовательно, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.

R_З=3,5м

Коэффициент k=7,773•10^-3

Кратность ослабления: k = 1,869•10⁷

Итерация: 3

d_Б = 3840 мм

Расчет защиты от рассеянного тормозного излучения

Начальные данные I₂(мкА), Е₀(МэВ), б₂(град) приведены в табл.1. Расчет проводится с использованием программы "Компьютерная лаборатория". Режим "PROTECT".

Стена 2.

За стеной находится население, следовательно, ДМД= 0,06 мкЗв/ч.

R_З=3м

Коэффициент k=2,035•10^-1

Кратность ослабления: k = 9,463•10⁷

Итерация: 3

d_Б = 1560 мм

Стена 4.

За стеной находится персонал Гр.Б, следовательно, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.

R_З=5,5м

Коэффициент k=4,873•10^-3

Кратность ослабления: k = 2,666•10⁶

Итерация: 2

d_Б = 1020 мм

Стена 4(1).

За стеной находится персонал Гр.Б, следовательно, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.

R_З=4,75м (R_З берется с чертежа на миллиметровке с учетом заданного масштаба; рис.4)

Коэффициент k=6,248•10^-3

Кратность ослабления: k = 2,905•10⁶

Итерация: 3

d_Б = 1060 • = 1060 • = 450 мм

Потолок.

За потолком персонал гр.А, следовательно, ДМД=6 мкЗв/ч, R_З=2м

Коэффициент k=4,687•10^-3

Кратность ослабления: k = 2,165•10⁶

Итерация: 3

d_Б = 1020 мм

Если имеем два вещества защиты с равным Z_эфф, но различными с, то толщину защиты второго вещества можно найти из условия равенства массовых толщин.



(5)

С помощью переводной формулы (5) рассчитываем толщину стен помещения ускорителя из кирпича (плотность бетона - 2,35 г/см³, плотность кирпича - 1,6 г/см³). Итоговые значения толщин стен помещения ускорителя сведены в табл.4.

Таблица 4. Толщины защитных стен помещения ускорителя.

	Бетон	Кирпич
Стена 1	3530 мм	5180 мм
Стена 2	1560 мм	2290 мм
Стена 3	3840 мм	5640 мм
Стена 4	1020 мм	1500 мм
Стена 4(1)	450 мм	660 мм
Потолок	1020 мм	-

Расчет защиты помещения рентгеновского симулятора

Направление первичного пучка - стены 1 и 3,потолок и пол (см. рис.3).

Расчет защиты от первичного рентгеновского излучения

Начальные данные I₁(мА), U_max(кВ) приведены в табл.1. Расчет проводится с использованием программы "Компьютерная лаборатория". Режим "PROTECT".

Стена 1.

За стеной находится персонал гр.А, следовательно, ДМД= 6 мкЗв/ч.

R_З=4м

Коэффициент k=9,81•10^-1

Кратность ослабления: k = 4,5•10⁵

Итерация: 2

d_Б = 510 мм

Стена 3.

За стеной находится персонал гр.Б, следовательно, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.

R_З=4м

Коэффициент k=4,77

Кратность ослабления: k = 2,19•10⁶

Итерация: 2

d_Б = 570 мм

Потолок.

За потолком персонал гр.А, следовательно, ДМД=6 мкЗв/ч.

R_З=3,5м

Коэффициент k=1,23

Кратность ослабления: k = 5,66•10⁵

Итерация: 2

d_Б = 520 мм

Расчет защиты от рассеянного рентгеновского излучения

Начальные данные I₁(мкА), U_max(кВ), б₁(град) приведены в табл.1. Расчет проводится с использованием программы "Компьютерная лаборатория". Режим PROTECT.

Стена 2.

За стеной находится население, следовательно, ДМД= 0,06 мкЗв/ч.

R_З=3м

Коэффициент k=6,61•10¹

Кратность ослабления: k = 9,75•10⁴

Итерация: 2

d_Б = 380 мм

Стена 4.

За стеной находится персонал гр.Б, следовательно, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.

R_З=5,5м

Коэффициент k=1,15

Кратность ослабления: k = 1,69•10³

Итерация: 2

d_Б = 240 мм

Стена 4(1).

За стеной находится персонал Гр.Б, следовательно, ДМД= 1,2 мкЗв/ч.

R_З=5м (R_З берется с чертежа на миллиметровке с учетом заданного масштаба; рис.6)

Коэффициент k=1,38

Кратность ослабления: k = 2,03•10³

Итерация: 2

d_Б = 250 • = 250 • = 100 мм

С помощью переводной формулы (5) рассчитываем толщину стен помещения ускорителя из кирпича (плотность бетона - 2,35 г/см³, плотность кирпича - 1,6 г/см³). Итоговые значения толщин стен помещения ускорителя сведены в табл.5.

Таблица 5. Толщины защитных стен помещения ускорителя.

	Бетон	Кирпич
Стена 1	510 мм	750 мм
Стена 2	380 мм	560 мм
Стена 3	570 мм	840 мм
Стена 4	240 мм	350 мм
Стена 4(1)	100 мм	150 мм
Потолок	520 мм	-



3. Расчет лабиринтов

Цель создания лабиринта - обеспечить доступ в помещение с источником и при этом уменьшить поле излучения на входе в лабиринт, полностью исключить первичное излучение. Общая формула для расчёта лабиринта при m-отражениях имеет вид:

а) для тормозного излучения:

б) для рентгеновского излучения

По формулам (6) и (7) находим мощности дозы от каждого пути. Суммарная мощность дозы, создаваемая на входе в лабиринт, будет равна сумме мощностей доз от каждого пути:

(8)

Для учета излучения отраженного от пола и потолка, необходимо использовать коэффициент запаса, равный двум.

Находим мощность экспозиционной дозы:

(9)



Далее определяем кратность ослабления:

(10)

Толщину двери находим по универсальным таблицам Гусева для энергии Е=0,1 МэВ и соответствующей кратности ослабления.

Все необходимые расстояния и углы берем из чертежей помещений в масштабе.

3.1 Расчет стены лабиринта от рассеянного тормозного излучения

Расчет тольщины средней стенки лабиринта от рассеянного тормозного излучения. Начальные данные I₂ (мкА), E₀ (МэВ), б₂ (град) приведены в табл.1. R_З берем с чертежа на миллиметровке, с учетом заданного масштаба (Рис. 4).

Расчет проводится с использованием программы "Компьютерная лаборатория", режим "PROTECT".

На выходе из лабиринта персонал гр.Б, ДМД=0,1•1,2=0,12 мкЗв/ч.

R_З = 6,5 м

Коэффициент k=3,412•10^-2

Кратность ослабления k =1,586•10⁷

Итерация: 3

= 1300 • = 490 мм



3.2 Расчет входной двери с учетом лабиринтной защиты от тормозного излучения

данную энергию однократного рассеяния получили в программе "Компьютерная лаборатория" режим "Альбедо". Основные пути отраженного излучения в лабиринте:

Ист. > S₁ > S₂₁ > S₃ > B.

Ист. > S₁ > S₂₁ > S₄₂ > B.

Ист. > S₁ > S₂₂ > S₃ > B.

Ист. > S₁ > S₂₂ > S₄₁ > B.

По данным из рисунка 5, находим площади площадок S_i по формулам: S=L•H, где L - длина площадки (м); H - высота помещения (H=4 метра).

Для тормозного излучения величина дозового альбедо приведена на рис. 10.15 в [1], а средняя энергия фотонов после первого отражения на рис. 13.23 [1]. После всех последующих отражений ее можно полагать равной 0,1 МэВ. Значения дозового альбедо фотонов от бетона для различных энергий и углов падения находим в табл. 10.1 [1].

S1 = 7,6 м2	R1 = 3,5 м	И1 = 00	a1 (20; 0o)= 0,035
S21 = 11,6 м2	R21 = 4,5 м	И21=580	a2 (0,255;580)= 0,2
S22 = 8 м2	R22= 6,25 м	И22 =300	a3 (0,1; 720) = 0,33
S3 = 14 м2	R31 = 3,4 м	И31= 720	a4 (0,1; 10) =0,17
S41 = 8 м2	R32 = 5,1 м	И32 =330	а5 (0,255;300) = 0,16
S42 = 10 м2	R33 = 2,4 м	И41 =180	а6 (0,1; 330) = 0,2
	R34 = 3,2 м	И42=10	а7(0,1; 180) = 0,18
	R41 = 2,6 м	И51 =170
	R42 = 1,8 м R43= 1,6 м	И52=380 И53=340



Путь 1. Ист. > S₁ > S₂₁ > S₃ > B

C=D_ус • i = 10¹¹ • 0,05 = 5•10⁹ ()

=C••• • • • • = 5•10⁹• • • • • •

• •=468,3 ()

Путь 2. Ист. > S₁ > S₂₁ > S₄₂ > B

=C••• • • • • = 5•10⁹ • • • • • •

• •= 531,5 ()

Путь 3. Ист. > S₁ > S₂₂ > S₃ > B

=C••• • • • • = 5•10⁹ • • • • • • •= = 724,7 ()

Путь 4. Ист. > S₁ > S₂₂ > S₄₁ > B

=C••• • • • • = 5•10⁹ • • • • • •

• •= 427,7 ()



Находим суммарную мощность дозы, создаваемую на входе в лабиринт, по формуле (8).

=468,3+531,5+724,7+427,7= 2152,2 ()

Для учета излучения отраженного от пола и потолка используем коэффициент запаса, равный 2. Находим мощность дозы по формуле (9).

= 1,09 •2 •2152,2 = 4691,8 ()

По формуле (10) определяем кратность ослабления. За дверью персонал группы Б.

К = =3910

По таблицам Гусева находим толщину защитной двери для К= и Е= 0,1 МэВ:

3.3 Расчет стены лабиринта от рассеянного рентгеновского излучения

Начальные данные I₁ (мкА), U_max (кВ), б₁ (град) приведены в табл.1.

Расчет тольщины средней стенки лабиринта от рассеянного рентгеновского излучения. Начальные данные I₁ (мкА), U_max (кВ), б₁ (град) приведены в табл.1. R_З берем с чертежа на миллиметровке, с учетом заданного масштаба (Рис. 6).

Расчет проводится с использованием программы "Компьютерная лаборатория", режим "PROTECT".

На выходе из лабиринта персонал гр.Б, ДМД=0,1•1,2=0,12 мкЗв/ч.

R_З = 6,75 м

Коэффициент k=7,61

Кратность ослабления k =1,12•10⁴

Итерация: 2

= 1300 • = 140 мм

3.4 Расчет входной двери с учетом лабиринтной защиты от рентгеновского излучения

Основные пути отраженного излучения в лабиринте:

Ист. > S₁ > S₂₁ > S₃ > B.

Ист. > S₁ > S₂₁ > S₄₂ > B.

Ист. > S₁ > S₂₂ > S₃ > B.

Ист. > S₁ > S₂₂ > S₄₁ > B.

По данным из рисунка 7, находим площади площадок S_i по формулам: S=L•H, где L - длина площадки (м); H - высота помещения (H=4 метра).

Величину дозового альбедо рентгеновского излучения находим на рис.10.16[1]. Среднюю энергию отраженных фотонов после всех отражений необходимо полагать равной 0,1 МэВ.

S1 = 5,6 м2	R1 = 4м	И1 = 00	a1 (300; 0o)= 0,17
S21= 11 м2	R21 =4,6 м	И21=580	a2 (0,1;580)= 0,26
S22 = 9,6 м2	R22 = 6,3 м	И22 =300	a3 (0,1; 785) = 0,34
S3 = 18 м2	R31 = 4 м	И31= 750	a4 (0,1; 10) =0,17
S41 = 8 м2	R32 = 6,1 м	И32 =300	а5 (0,1;300) = 0,19
S42 =10 м2	R33 = 2,7 м	И41 =140	а6 (0,1; 300) = 0,19
	R34 = 4,1 м	И42=10	а7(0,1; 140) = 0,17
	R41 = 2,8 м	И51 =270
	R42 = 1,9 м R43 = 1,6 м	И52=380 И53=340

Путь 1. Ист. > S₁ > S₂₁ > S₃ > B

C=D_тс • i = 1,4•10⁶ • 12 = 1,68•10⁷ ()

=C••• • • • • = 1,68•10⁷• • • • • •

• •= 3,3 ()

Путь 2. Ист. > S₁ > S₂₁ > S₄₂ > B

= C••• • • • • = 1,68•10⁷• • • • • •

• •= 4,1 ()

Путь 3. Ист. > S₁ > S₂₂ > S₃ > B

= C••• • • • • = 1,68•10⁷• • • • • •

• •=7,5 ()



Путь 4. Ист. > S₁ > S₂₂ > S₄₁ > B

=C••• • • • • = 1,68•10⁷• • • • • •

• •= 5,5 ()

Находим суммарную мощность дозы, создаваемую на входе в лабиринт, по формуле (8).

=3,3+4,1+7,5+5,5 = 20,4 ()

Для учета излучения отраженного от пола и потолка используем коэффициент запаса, равный 2. Находим мощность дозы по формуле (9).

= 1,09 •2 •20,4 = 44,5 ()

По формуле (10) определяем кратность ослабления. За дверью персонал группы Б.

К = =37

По таблицам Гусева находим толщину защитной двери для К= и Е= 0,1 МэВ:



4. Расчет равновесной концентрации озона

4.1 Расчет равновесной концентрации озона в помещении ускорителя

1) Найдем мощность поглощенной энергии в объеме помещения:

Где - мощность показателя тканевой поглащенной дозы тормозного излучения в воздухе, ;

a- расстояние до стены, (м);

i - ток пучка электронов, (мкА);

б - угол раствора коллиматора ускорителя, (град).

2) Число молекул токсичного вещества O₃, которое образуется в помещении в единицу времени, найдем по формуле:

где G_O3 - радиационно-химический выход, G_O3=6 .



3) Находим массу молекул озона, образовавшихся в единицу времени, по формуле:

4) Определяем равновесную концентрацию озона:

где V - объем помещения, (м³); К - кратность воздухообмена действующей вентиляции, .

ПДК = 0,1(); < ПДК, следовательно, запретный период не требуется.

4.2 Расчет равновесной концентрации озона в помещении рентгеновского симулятора

1) Найдем мощность поглощенной энергии в помещении:

=• i • ?Щ • a (15),

где - мощность показателя поглощенной энергии в воздухе ();

i - ток пучка (мкА); ?Щ - величина телесного угла коллиматора (ср) ; a- расстояние до стены (м).



2) Число молекул токсичного вещества O₃, которое образуется в помещении в единицу времени, найдем по формуле (12):

3) Находим массу молекул озона, образовавшихся в единицу времени, по формуле (13):

4) Определяем равновесную концентрацию озона:

Т.к. С_О3 < ПДК (0,1), следовательно, запретный период не требуется.



5. Расчет равновесной объемной активности ¹³N от тормозного излучения ускорителя

К = 10 ; V = 120 м³; E₀ =20 МэВ; i = 0,05 мА; L = 3,5 м.

1) Найдем мощность показателя образования радионуклида ¹³N в воздухе:

где - величина телесного угла коллиматора (ср); i - ток электронного пучка (мкА); L - расстояние от мишени ускорителя до стены помещения, на которую падает пучок тормозного излучения (см); - энергия электронного ускорителя

- мощность показателя образования радионуклида N¹³,

;

2) Находим равновесную объемную активность:

где л - постоянная распада, (), ,

V - объем помещения, (м³);



К - кратность воздухообмена действующей вентиляции, минимальное значение - 10 .

Т. к. ДОА () <, следовательно, необходимо вычислить запретный период:

Для обеспечения радиационной безопасности необходимо уменьшить время облучения или уменьшить ток пучка.



6. Требования по РБ при работе с закрытыми источниками излучения

Источники ионизирующего излучения, конструкция которых исключает попадание радиоактивных веществ в окружающую среду, называют закрытыми. Следовательно, в этом случае персонал может подвергаться только внешнему облучению. Такие источники используются, например, в приборах контроля технологических процессов, в установках радиационной технологии, радиационной терапии и диагностики. В качестве источника в этих приборах и установках используются радионуклидные закрытые источники, а также рентгеновские аппараты и ускорители.

Основным требованием к обеспечению радиационной безопасности при работе с закрытыми источниками является сооружение защит от излучения для снижения внешних потоков излучения на рабочих местах и в соседних помещениях до допустимых уровней.

Рабочая часть стационарных аппаратов и установок с открытым и неограниченным по направлению пучком излучения должна размещаться в отдельном помещении. Материал и толщина стен, пола и потолка этого помещения при любых реальных положениях источника и направлениях пучка должны обеспечивать ослабление излучения в смежных помещениях и на территории учреждения до допустимых значений.

Пульт управления аппаратом или установкой размещают в смежном помещении. Входная дверь в помещение, где находится аппарат, должна блокироваться с механизмом перемещения источника или с включением высокого (ускоряющего) напряжения так, чтобы исключить возможность случайного облучения персонала. Эти помещения должны быть оборудованы системой сигнализации о положении облучателя или включения энергопитания и превышении заданной мощности дозы.

В нерабочем положении все источники ионизирующих излучений должны находиться в защитных устройствах, а не радионуклидные источники обесточены.

Для перемещения источника в рабочее положение или включения энергопитания предусматривается система дистанционного управления. Установки предназначены для проведения радиационно-химических, физических и биологических исследований

При использовании приборов, аппаратов и установок с закрытыми источниками излучений вне помещений или в общих производственных помещениях предпочтительно направление излучения в сторону земли или в сторону, где отсутствуют люди. Длительность пребывания людей вблизи источников должна быть ограничена, должно предусматриваться применение передвижных ограждений и защитных экранов, вывешивание плакатов, предупреждающих об опасности, которые должны быть отчетливо видны с расстояний менее 3 м.

При перезарядке установки, при извлечении радионуклидного источника из контейнера следует пользоваться дистанционным инструментом или манипуляторами.

Мощность эквивалентной дозы излучения от дефектоскопических, терапевтических и других аппаратов не должна превышать 30 мкЗв/ч, а для радионуклидных приборов 3 мкЗв/ч на расстоянии 1 м от поверхности блока защиты аппарата или прибора с источником. Для радионуклидных приборов вплотную к поверхности блока с источником мощность эквивалентной дозы не должна превышать 100 мкЗв/ч.

Специальные требования к помещениям и размещению установок или аппаратов не предъявляются, если при их использовании мощность дозы излучения в рабочем положении и при хранении источника не превышает 3 мкЗв/ч на расстоянии 1 м от доступных частей поверхности установки.

При работе с закрытыми источниками с керма-эквивалентом более 400 нГрм/с должны использоваться специальные устройства дистанционным управлением.

Специальных требований к отделке помещений при работе с закрытыми источниками излучения не предъявляется, кроме помещений для перезарядки и временного хранения демонтированных приборов и установок.



Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет биологической защиты корпуса лучевой терапии радиологического центра. Для строительства стен и потолка предлагается использовать бетон.

Для обеспечения безопасного доступа в помещение с источником был проведен расчет лабиринта. При проектировании рассчитывалось 2 материала для изготовления двери: железо и свинец. Железа, требуется больше, чем свинца. Но, учитывая то, что свинец дороже, рекомендуется использовать железо, при изготовлении дверей помещений.

Расчет стен проводился для бетона и кирпича. Толщина стен из кирпича больше, чем из бетона. Поэтому экономически выгоднее использовать бетон.

Были рассчитаны равновесные концентрации озона для обоих помещений, а также запретный период для помещения с ускорителем, который составляет 22 минуты.

Список литературы

1. В. И. Беспалов Лекции по радиационной защите: учебное пособие - Томск, изд. Томского Политехнического Университета, 2011. - 348с.

2. В.П. Машкович, А.В. Кудрявцева "Защита от ионизирующих излучений" Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

3. Н.Г. Гусев, В.П. Машкович, А.П. Суворов "Защита от ионизирующих излучений" Т.1. Физические основы защиты от излучений: Учебник для вузов - 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1980.-461 с.

4. Н.Г. Гусев. В.П. Машкович, Е.Е. Ковалев. А.П. Суворов Защита от ионизирующих излучений", В 2-х т. Т. 2. Защита от излучений ядерно-технических установок: Учебник для вузов - 2-е изд., М.: Энергоатомиздат. 1983. -336 с.

5. "Нормы радиационной безопасности" (НРБ-99/2009) :Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.-100с.

6. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности ( ОСПОРБ-99 ), СП 2.6.1.799-99, М., Минздрав России, 2000.

Размещено на Allbest.ru