عنوان :

پروژه ایجاد حفاظ در برابر مواد رادیواکتیو

تعداد صفحات :۹۵

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

یکی از بزرگترین دستاوردهای بشر در قرن بیستم کشف رادیواکتیویته و فعل و انفعالات هسته ای و خواص مختلف پرتوهاست که تاثیری ژرف در پیشرفت بشر داشته است. همزمان با این کشفها، موضوع اثرات پرتوها بر طبیعت، به ویژه موجودات زنده، مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته و تأثیر آن بر روی نسل بشر موشکافانه بررسی شده است.

حفاظت انسان و محیط زیست در برابر اثرات زیانبار مواد و دستگاههای پرتوزا از طریق وضع قوانین و مقررات مربوطه و همچنین کنترل و نظارت بر رعایت آنها، علم فیزیک بهداشت نامیده می‎شود و حفاظت در برابر اشعه در واقع حرفه ای است که حفاظت انسان، محیط زیست و نسلهای آینده را در برابر اثرات بیولوژیکی پرتوها بر اساس اصول علمی تدوین شده در دانش فیزیک بهداشت بر عهده دارد.

منشأ پرتوهای طبیعی یونساز در فضا، پرتوهای کیهانی و در زمین، رادیونوکلئیدهایی می باشند که به طور عادی در خاک، هوا، آب، غذا و بدن دستخوش واپاشی می گردند. مواد پرتوزا و پرتوهای نفوذ کننده، در محیط زیست پراکنده می‎شوند. پرتوهای گاما، ذرات آلفا و بتا، نوترونها و میونها از انواع اصلی پرتو به شمار می روند. پرتوگیری انسان از طریق پرتودهی منابع پرتوزای خارج از بدن (پرتوگیری خارجی) صورت می‎گیرد. پرتوهای طبیعی یونساز بیشترین سهم را در مجموع دز موثری که توسط جمعیت جهان دریافت می‎شود دارا هستند، از اینرو برآورد دز ناشی از این پرتوها در افراد، حائز اهمیت است.

واژه های کلیدی: رادیو اکتیو، حفاظت، موجودات زنده، پرتوهای یونیزاسیون، پرتوزائی، دز سنجی، پرتو های گاما، پرتوهای X

 فهرست مطالب

مقدمه   ۱
فصل اول: فلسفه حفاظت در برابر اشعه
اثرات پرتوهای یونساز   ۴
اثرات قطعی   ۵
اثرات احتمالی   ۵
اصل ALARA   ۶
اثرات بیولوژیک پرتوها   ۶
عبور پرتوها از میان بافت بدن انسان   ۷
فصل دوم: منشأ پرتوهای یونساز
انرژی تابشی   ۱۱
فصل سوم: پرتوزایی
انواع واپاشی   ۱۵
واپاشی آلفا   ۱۵
واپاشی     ۱۵
واپاشی     ۱۵
پرتوهای گاما   ۱۶
گسیل ذره آلفا   ۱۶
گسیل بتا   ۱۷
تولید نوترون   ۱۷
فصل چهارم: دز سنجی تابش
دز جذب شده   ۲۰
فصل پنجم: توصیه هایی در مورد انتخاب مواد برای حفاظ
مواد مورد استفاده در حفاظ سازی   ۲۴
ماده حفاظ   ۲۶
حفاظ   ۲۷
فصل ششم: حفاظت در برابر تابش خارجی (اصول پایه)
فنون حفاظت در برابر تابش خارجی   ۲۹
زمان   ۳۰
فاصله   ۳۰
فصل هفتم: حفاظ گذاری
۱)   حفاظ گذاری در برابر پرتوهای گاما   ۳۴
روشهای محاسبه ضخامت موانع اولیه   ۳۹
روش استفاده از HVL   ۴۰
روش استفاده از منحنیهای آماده   ۴۳
تعیین ضخامت موانع حفاظتی در دستگاههای استفاده کننده از مواد رادیواکتیو   ۴۷
۲)   حفاظ گذاری در برابر پرتوهای X   ۵۳
حفاظ گذاری مولدهای پزشکی   ۵۳
حفاظ گذاری مولدهای غیرپزشکی   ۵۴
حفاظ گذاری ساختمانی   ۵۴
فاکتور بار کار دستگاه   ۵۷
فاکتور اشغال T   ۵۷
فاکتور استفاده U   ۵۸
تعیین ضخامت حفاظ در برابر پرتوهای اولیه   ۵۹
رابطه هم ارزی سرب و بتون   ۶۰
طراحی حفاظ فرعی   ۶۳
الف- محاسبه حفاظ پرتوهای پراکنده   ۶۶
ب- محاسبه حفاظ پرتوهای نشتی   ۶۶
ب-۱- لامپهای پرتو X تشخیصی   ۶۷
ب-۲- لامپهای پرتو X درمانی   ۶۸
۳)   حفاظ ذرات بتا   ۶۹
برد ذرات بتا   ۷۰
ماده حفاظ ذرات بتا   ۷۱
ضخامت حفاظ ذرات بتا   ۷۲
حفاظ اشعه قرمزی   ۷۳
۴)   حفاظ ذرات آلفا   ۷۴
ویژگیهای ذره آلفا و برخورد آن با ماده   ۷۴
رابطه برد- انرژی   ۷۵
۵)   حفاظ گذاری در برابر پرتوهای نوترون   ۷۷
برخورد نوترونها با ماده   ۷۷
محاسبه حفاظ پرتوهای نوترون   ۷۸
برخورد نوترونها با ماده حفاظ   ۷۹
محاسبه ضخامت حفاظ   ۸۲
حفاظ در برابر تابش داخلی   ۸۶
خطر تابش داخلی   ۸۶
اصل کنترل   ۸۷
منابع   ۸۹

منابع:

۱-    PRINCIPLES OF RADIATION SHIELDING

    Arthur B. Chilton , J.Kenneth Shultis , Richard E. Faw

۱-    Radiation shielding for Diagnostic X- rays

۲-  آشنایی با فیزیک بهداشت از دیدگاه پرتوشناسی ، هرمان سمبر

۳- فیزیک بهداشت ، زهرا خراسانی، داودرضا اسماعیلی

۴- رادیوبیولوژی و حفاظت ، دکتر محمدباقر توکلی

۵- دروس عمومی حفاظت در برابر اشعه ، مهران کاتوزی، مهدی غیاثی نژاد

۶- تابش، بهداشت و جامعه Radiation , Health and Society ، از انتشارات آژانس بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) ، مترجم: مهدی هدایتی

مقدمه

یکی از بزرگترین دستاوردهای بشر در قرن بیستم کشف رادیواکتیویته و فعل و انفعالات هسته ای و خواص مختلف پرتوهاست که تاثیری ژرف در پیشرفت بشر داشته است. همزمان با این کشفها، موضوع اثرات پرتوها بر طبیعت، به ویژه موجودات زنده، مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته و تأثیر آن بر روی نسل بشر موشکافانه بررسی شده است.

توسعه استفاده از انرژی هسته ای و نیز گسترش روزافزون بکارگیری پرتوهای هسته‌ای در صنایع- پزشکی- کشاورزی و دیگر زمینه ها، آگاهی هرچه بیشتر قشرهای جامعه را در مورد مبانی علمی این فنون، امکانات بهره گیری و خطرات بالقوه آنها ضروری می‌سازد.

علم فیزیک بهداشت در واقع حاصل تمامی این تحقیقات می‎باشد که بیانگر شناختی است از ماهیت پرتوهای یونیزاسیون، اثرات آنها بر انسان و طبیعت و روشهای صحیح استفاده از پرتوها و مواد رادیواکتیو و راههای چگونگی حفاظت فرد و محیط زیست در برابر این اثرات.

دنیایی که در آن زندگی می کنیم به طور طبیعی به مواد رادیواکتیو آلوده است. پولونیوم و رادیوم رادیواکتیو در استخوانهای ما موجودند. ماهیچه های ما حاوی کربن و پتاسیوم رادیواکتیو هستند و گازهای بی اثر و تریتیوم رادیواکتیو در ریه های ما وجود دارند. ما تحت بمباران تابشهای کیهانی از فضا و پرتوهایی قرار داریم که در زمین از مواد طبیعی و مصنوعی که هر روزه می خوریم و می نوشیم گسیل می‎شود.

قبل از اختراع لامپ اشعه ایکس در سال ۱۸۹۵، تنها تابش موجود تابش طبیعی بود، در سال ۱۸۹۶ رادیواکتیویته طبیعی کشف شد و تا سال ۱۹۳۴ که اولین مواد رادیواکتیو مصنوعی تولید شدند، برای مقاصد پزشکی و پژوهشی به کار می رفت. از آن زمان به بعد بسیاری از اینگونه مواد، به نفع جامعه در زمینه های علوم، تحقیقات، صنایع، حفاظت از محیط زیست، پزشکی و برخی زمینه های دانشگاهی و بازرگانی مورد بهره برداری قرار گرفته اند.

علیرغم مزایای تابش، بسیاری از مردم از آن و اثراتش بیمناک و به ویژه نگران بروز حوادث هسته ای در کشورشان یا کشورهای همجواری هستند که ممکن است بر سلامتی و زندگی روزمره آنان تأثیر بگذارد. انعکاس منفی روانی و اجتماعی حادثه سال ۱۹۸۶ در نیروگاه هسته ای چرنوبیل هنوز هم ادامه دارد.

بررسیهای متعدد انجام شده بیانگر این مطلب است که اشعه های یونیزاسیون می‎توانند موجب آسیبهای فراوانی در انسانها و حیوانات شوند بسیاری از محققین که با اشعه های یونیزاسیون سروکار داشته اند در اثر این پدیده درگذشتند حوادث بد همچنان ادامه یافت سرانجام در سال ۱۹۲۱ با تاسیس کمیته حفاظت در برابر پرتوهای ایکس و رادیوم بریتانیا برای یافتن روشهای کاهش تابشگیری اولیه اقدام رسمی صورت پذیرفت.

کوشش آنها به طور جدی دچار مشکل بود چرا که به هر حال واحدی مناسب برای اندازه‌گیری پرتو نداشتند. واحدهای خام آن در سال ۱۹۲۸ دومین کنگره بین المللی رادیولوژی (ICR) کمیته ای را جهت تعریف رونتگن (R) به عنوان واحدی برای تابش اشعه تعیین نمود. کمیته مزبور تا سال ۱۹۳۷ کار خود را تمام ننمود و لیکن رونتگن حتی قبل از اینکه به طور دقیق تعریف گردد، به یک واحد اندازه گیری مورد قبول تبدیل شده بود.

فلسفه حفاظت در برابر اشعه

 حفاظت انسان و محیط زیست در برابر اثرات زیانبار مواد و دستگاههای پرتوزا از طریق وضع قوانین و مقررات مربوطه و همچنین کنترل و نظارت بر رعایت آنها، علم فیزیک بهداشت نامیده می‎شود و حفاظت در برابر اشعه در واقع حرفه ای است که حفاظت انسان، محیط زیست و نسلهای آینده را در برابر اثرات بیولوژیکی پرتوها بر اساس اصول علمی تدوین شده در دانش فیزیک بهداشت بر عهده دارد.

با وجود اینکه کاربرد پرتوهای یونساز در امور مختلف بسیار مفید و بعضاً منحصر به فرد می‎باشد لیکن عدم رعایت نکات ایمنی می‎تواند خطرات جدی برای کارکنان، مردم، محیط زیست و حتی نسلهای آینده به همراه داشته باشد. خطرات بالقوه اینگونه پرتوها به فوریت و پس از شناخت مواد پرتوزا در بیش از یکصد سال پیش کشف گردیده است. با پیشرفت در زمینه شناسایی خطرات و توانایی در اندازه گیری پرتوهای یونساز، رهنمودهای مربوطه در خصوص اقدامات حفاظتی رو به گسترش و توسعه نهاد. به طور کلی هدف حفاظت در برابر اشعه، استفاده از مزایای کاربرد پرتوها در زمینه های گوناگون و کاهش هرچه بیشتر خطرات ناشی از اثرات آن توسط کارکنان، مردم، محیط زیست و نسلهای آینده می‎باشد.

اثرات پرتوهای یونساز

اثرات پرتوهای یونساز به دو دسته اثرات قطعی و اثرات احتمالی تقسیم بندی می‎شوند:

اثرات قطعی

هنگامی که میزان دز دریافتی نسبتاً زیاد باشد اثرات قطعی پدیدار می گردند و سبب از بین رفتن تعداد زیادی از سلولهای بافتی می‎شوند. این امر ممکن است به از بین رفتن عملکرد اندامهای آسیب دیده نیز منجر گردد. همواره یک سطح آستانه دز وجود دارد که پایین تر از آن، اثرات قطعی بروز نمی نمایند. حال آنکه در بالاتر از سطح آستانه، با افزایش میزان پرتوگیری، شدت اثرات قطعی افزایش می یابد. حفاظت و ایمنی در برابر اثرات قطعی با پایین نگه داشتن دز در زیر آستانه تضمین می گردد.

اثرات احتمالی

اثرات احتمالی در تمام سطوح پرتوگیری اتفاق می افتند، یکی از عواقب خطرناک اینگونه پرتوگیریها احتمال بروز سرطان می‎باشد که معمولاً چند سال بعد از پرتوگیری اولیه ممکن است آشکار شود. بروز اینگونه اثرات در یک شخص هم محتمل است و هم ممکن است که هرگز اتفاق نیافتد. لیکن با افزایش دز، احتمال وقوع آن بیشتر می‎شود. بروز اثرات اینگونه پرتوگیریها برای دزهای کم مقدار در یک شخص معین بعید است، لیکن در یک جمعیت پرتودیده با همان شرایط پرتوگیری احتمال بروز اثرات آن در کسر کوچکی از جمعیت بعید نمی باشد، بدین ترتیب چنین استنباط می‎شود که آستانه ای برای اثرات احتمالی و برای دزهای کم مقدار وجود ندارد و احتمال وقوع آن متناسب با میزان دز دریافتی می باشد، بنابراین هیچگونه سطح ایمنی دز برای پرتوگیریهای احتمالی وجود ندارد. اگرچه وقتی پرتوگیریها به طور مناسبی کنترل شوند میزان خطر دریافتی در مقایسه با دیگر خطرات موجود در زندگی روزمره بسیار ناچیز می‎باشد.

اصل ALARA

با عنایت به فرضیه غیرآستانه ای،‌ اصول حفاظت در برابر اشعه نیازمند تدوین و آماده نمودن سطوح پرتوگیری با حداقل ممکن آن می‎باشد. البته این امر با در نظر گرفتن عوامل مختلفی از قبیل پرتوهای طبیعی موجود در محیط که کاهش آنها به نسبت صفر امکانپذیر نیست صورت می پذیرد. این معیار و مفهوم تحت نام ALARA یا هرچه کمتر موجه شدنی شناخته شده است. بدین معنی که بایستی میزان دز دریافتی موجه بوده و به حداقل ممکن کاهش یابد.

در این راستا برآورد سود و زیان ناشی از کار با پرتو قبل از شروع به فعالیت با آن بایستی انجام پذیرد بدین معنی که کار با پرتو زمانی قابل توجیه است که سود آن بیش از مضرات وارده باشد. این در حالی است که برآورد سود و زیان با در نظر گرفتن کلیه موازین و عوامل اقتصادی و اجتماعی صورت می پذیرد.

اثرات بیولوژیک پرتو

تمام پرتوهای یونساز مضر هستند! این پیش فرضی است که یک سیاست حفاظت در برابر پرتو را ضروری می سازد. اثرات مضر در دو دسته بزرگ قرار می گیرند: آثار بدنی یعنی آندسته از اثرات مضر که به شخص پرتو دیده صدمه می سازد و آثار ژنتیک که اثرات مضری در نسلهای آینده ایجاد می‌کنند.

مهمترین اثر بدنی پرتو سرطان زایی است ولو سمی متداولترین نئوپلاسم است. آثار ژنتیک اشعه ترسناکتر است چرا که ممکن است برای چندین نسل بروز نکنند

عبور پرتوها از میان بافت بدن انسان

پرتوها حین عبور از هر ماده ای از جمله بافت بدن انسان، با اتمها و مولکولهای تشکیل دهنده آن ماده برخورد کرده و برهم کنش می‌کنند. هر پرتو در یک برهم کنش منفرد با یک اتم یا مولکول، معمولاً تنها بخش کوچکی از انرژی خود را از دست می‎دهد. در هر حال، آن اتم یا مولکول تغییر یافته و به یک یون مبدل می‎شود. تابش رشته ای از اتمها و مولکولهای یونیزه شده را بر جای می گذارد که رفتار آنها پس از این برهمکنش تغییر می‌یابد. چگالی یونها در آن رشته نشانگر مقدار انرژی نهشته شده در واحد طول مسیر یعنی انتقال انرژی خطی (LET= Liner Energy Transfer) است. تابش را می‎توان به صورت LET بالا یا پایین توصیف کرد.

ذرات آلفا دارای LET بالایی هستند. یک ذره آلفا پس از برخوردهای متوالی تمام انرژی خود را از دست داده، متوقف شده و رشته ای کوتاه و پرتراکم از یونها را به وجود می‎آورد. این پدیده در طول چند سانتی متر در هوا یا حدود ۵۰ میکرون (میلیونیوم متر=) در بافت نرم بدن انسان رخ می‎دهد. ذرات بتا بسته به انرژی اولیه خود، می‎توانند چندین متر در هوا و در حدود یک سانتی متر در بافت نفوذ کنند. سرعت ذرات بتا با از دست دادن انرژی کم شده و سرانجام این ذرات به وسیله ماده جذب می‎شوند. پرتوهای گاما و ایکس حین عبور از ماده، حداقل برهمکنش را با ماده داشته و بخشی از انرژی خود یا تمامی آن را در اتم یا مولکولی که با آن برهمکنش می‌کنند از دست می‌دهند. برد آنها چندین متر در هوا و چندین سانتی متر در بافت است فوتونها می‎توانند در حالت نهایی از بدن انسان عبور کنند. البته این امر باعث تضعیف آنها می شود، یعنی با انرژی پایین تر و تعداد کمتری به حرکت خود ادامه می دهند.

نوترون ها به روش های پیچیده ای با اتمها و مولکولها برهمکنش می‌کنند. برخوردهای بین نوترون و کوچکترین اتم یعنی هیدروژن، منجر به بالاترین حد انتقال انرژی از نوترون به ماده جذب کننده می‎شود. نوترونها دارای برد چندین متر در هوا و چندین سانتی متر در بافت هستند. نوترونها نیز پس از کند شدن، سرانجام توسط بدن انسان جذب شده یا از آن عبور می‌کنند.

منشأ پرتوهای یونساز

منشأ پرتوهای طبیعی یونساز در فضا، پرتوهای کیهانی و در زمین، رادیونوکلئیدهایی می باشند که به طور عادی در خاک، هوا، آب، غذا و بدن دستخوش واپاشی می گردند. مواد پرتوزا و پرتوهای نفوذ کننده، در محیط زیست پراکنده می‎شوند. پرتوهای گاما، ذرات آلفا و بتا، نوترونها و میونها از انواع اصلی پرتو به شمار می روند. پرتوگیری انسان از طریق پرتودهی منابع پرتوزای خارج از بدن (پرتوگیری خارجی) صورت می‎گیرد. پرتوهای طبیعی یونساز بیشترین سهم را در مجموع دز موثری که توسط جمعیت جهان دریافت می‎شود دارا هستند، از اینرو برآورد دز ناشی از این پرتوها در افراد، حائز اهمیت است.

پرتوگیری از پرتوهای طبیعی زمینه در بعضی موارد کاملاً ثابت و عملاً مستقل از زمان، مکان و فعالیت های بشری است. مانند دز دریافتی ناشی از بلع K⁴⁰ (رادیوایزوتوپ با نیمه عمر بلند از عنصری که به طور هوموستاتیک کنترل شده است) و نیز دز ناشی از بلع و استنشاق رادیونوکلئیدهای با منشأ کیهانی که نسبتاً به طور همگن در سطح کره زمین توزیع شده اند.

سایر مواد پرتوگیری شدیداً وابسته به فعالیتهای بشر هستند و به همین دلیل بسیار متغیرند. به عنوان مثال در یک محیط بسته، پرتوگیری ناشی از استنشاق گاز رادن و محصولات واپاشی آن با نیمه عمرهای کوتاه کاملاً به وضعیت زمین شناسی ناحیه، طرح ساختمان و همچنین نوع مصالح ساختمانی و سیستمهای تهویه بستگی دارد. به علاوه، غلظت محصولات واپاشی رادن با نیمه عمر کوتاه در یک محیط بسته اصولاً بیشتر از محیطهای باز است. بنابراین پرتوگیری از رادن برای افرادی که بالاتر از سطح زمین و در طبقات آپارتمانی سکونت دارند و یا کسانی که بیشتر در محیطهای باز و هوای آزاد به سر می برند، به مراتب کمتر از افرادی است که بیشتر وقت خود را در محیطهای بسته سپری می‌کنند و یا اینکه در خانه های تک واحدی سکونت دارند.

آن دسته از پرتوگیریها در سطح کره زمین که نه چندان متغیر و نه نسبتاً ثابت هستند پرتوگیری از نوع متوسط خوانده می‎شوند. نمونه هایی از این قبیل عبارتند از: (الف) دزهای خارجی ناشی از پرتوهای کیهانی که با ارتفاع و به میزان بسیار کمتر با عرض جغرافیایی تغییر می یابند و (ب) دزهای خارجی ناشی از پرتوهای زمینی (رادیونوکلئیدی موجود در پوسته زمین و مصالح ساختمانی) که موقعیت و محل سکونت بر آنها تأثیر می گذارد.

انرژی تابشی

مواد رادیواکتیو، انرژی را به صورت ذرات آلفا ، ذرات بتا  و پرتوهای گاما  گسیل می دارند. هنگامی که این پرتوها با ماده برهمکنش می کنند، می‎توانند در شرایط خاصی موجب گسیل پرتوهای ایکس (X) و ذرات نوترون شوند. دستگاههای خاصی با ولتاژهای زیاد، می‎توانند همچنین برهمکنشهای مشابهی بین ذرات و ماده را فراهم آورند که به ایجاد پرتوهای ایکس منجر می‎شود.

پرتوهای گاما و ایکس حاوی هسته های فیزیکی به نام فوتون هستند که رفتار آنها مانند ذرات است. با این حال، تعداد زیادی از نوترونها در جمع مانند امواج رادیویی یا نور عمل می‌کنند. هرچه طول موج پرتو گاما یا ایکس کوتاهتر باشد، انرژی فوتونهای منفرد بیشتر خواهد بود. انرژی بسیار زیاد پرتوهای گاما و توانایی آنها در نفوذ به ماده بعلت موجهای بسیار کوتاهتر آنها است.

ذرات بتا توسط رادیونوکلئیدهای مختلفی مانند هیدروژن ۳ و فسفر ۳۲ گسیل می‎شوند. ذرات بتا با دامنه ای از انرژی ها تا یک کمیت حداکثر گسیل می‎شوند که مشخصه هر رادیونوکلئید است. حداکثر انرژی ذره بتا که به وسیله هیدروژن ۳ گسیل می شود، تقریباً‌ یک صدم انرژی گسیل شده به وسیله فسفر ۳۲ است. ذرات بتای پرانرژی سریع تر حرکت کرده و برد و توانایی نفوذ آنها بیشتر است.

ذرات آلفا و نوترون به طور کلی آهسته تر از ذرات بتا حرکت می کنند، اما ذرات سنگین‌تری و در نتیجه عموماً دارای انرژیهای بیشتری هستند.

 پرتوزائی

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .