Ionizující záření není vidět, není cítit a bez vhodného přístroje vlastně ani nepoznáme, že se v jeho blízkosti nacházíme. Přesto existuje několik poměrně jednoduchých způsobů, jak jeho účinky výrazně omezit.
Základní principy ochrany před zevním ozářením jsou tři – vzdálenost, stínění a čas. Čím jsme od zdroje dál, čím lepší překážku mezi sebe a zdroj umístíme a čím kratší dobu se v jeho blízkosti pohybujeme, tím menší dávku dostaneme.
Teorie je jedna věc. A nebyl bych to já, kdybych si všechno prakticky nevyzkoušel.
Jak se před zářením chránit
U ochrany před zevním ozářením se běžně používají tři základní principy.
Vzdálenost
U malého bodového zdroje klesá intenzita záření přibližně se čtvercem vzdálenosti:
Když tedy vzdálenost od bodového zdroje zdvojnásobíme, intenzita by měla klesnout přibližně na čtvrtinu. Při trojnásobné vzdálenosti asi na devítinu.
V reálném světě je to samozřejmě trochu složitější. Zdroj nemá nulovou velikost, detektor také ne a navíc se postupně začne projevovat přirozené radiační pozadí a záření rozptýlené v okolí.
Stínění
Druhou možností je vložit mezi zdroj a člověka vhodný materiál.
Účinnost závisí na druhu a energii záření, tloušťce stínění i použitém materiálu. U pronikavého gama záření obecně pomáhají především husté materiály, například ocel nebo olovo.
Neznamená to ale, že tenká destička z olova všechno zastaví. Záření se ve stínění postupně zeslabuje a potřebná tloušťka se může podle jeho energie výrazně lišit.
Čas
Třetí možnost je nejjednodušší. Čím kratší dobu v radiačním poli strávíme, tím menší dávku získáme.
Platí jednoduchý vztah:
kde je celková dávka, dávkový příkon a čas.
Pokud například stojíme jednu hodinu v místě s dávkovým příkonem 10 µSv/h, získáme přibližně 10 µSv. Pokud tam budeme jen půl hodiny, bude to přibližně 5 µSv.
Bezpečnost
Pro pokusy jsem použil vlastní vzorky smolince. Po celou dobu jsem je měl uzavřené v igelitovém sáčku, abych s minerálem přímo nemanipuloval a zbytečně se z něj neuvolňovaly drobné částice.
Radioaktivní minerály není dobré brousit, řezat, drtit ani jinak zpracovávat způsobem, při kterém by mohl vznikat prach. Tento pokus je zaměřený pouze na měření zevního záření z již existujících vzorků.
Praktické měření
Jako zdroj jsem pro první dvě části použil jeden kousek smolince uložený v igelitovém sáčku.
K měření posloužil můj Radiacode 102, tedy citlivý scintilační detektor a gama spektrometr. Jeho výhodou je, že kromě počtu impulzů a dávkového příkonu umožňuje sledovat také energetické spektrum.
Při měření vzdálenosti jsem se snažil vždy dodržet stejnou osu vzorku a měřicího bodu Radiacodu, který je na těle přístroje označený křížkem.
Vzdálenost jsem měřil od kraje sáčku se smolincem po kraj Radiacodu. Hodnota 0 cm tedy neznamená nulovou fyzikální vzdálenost mezi radioaktivním materiálem a scintilačním krystalem. Je to pouze poloha, ve které se vzorek a Radiacode navzájem dotýkaly.
Každý bod jsem měřil po dobu několika minut, dokud se hodnoty na Radiacodu přibližně neustálily. Aktuální hodnoty CPM a dávkového příkonu jsem potom odečetl z aplikace Radiacode v telefonu.
Ochrana vzdáleností
Nejdřív jsem vyzkoušel nejjednodušší způsob ochrany – prostě se od zdroje vzdálit.
Radiační pozadí v místě pokusu bylo přibližně 470 CPM a 0,12 µSv/h.
Vzorek jsem nechal na stejném místě a Radiacode postupně vzdaloval od kontaktu až do vzdálenosti 80 cm. Měření jsem dělal po 5 cm.
Vybrané hodnoty vypadají takto:
| Vzdálenost | CPM | Dávkový příkon |
|---|---|---|
| 0 cm | 51 000 | 27 µSv/h |
| 5 cm | 10 000 | 4,7 µSv/h |
| 10 cm | 4 500 | 2,0 µSv/h |
| 15 cm | 2 700 | 1,0 µSv/h |
| 20 cm | 2 100 | 0,82 µSv/h |
| 30 cm | 1 200 | 0,35 µSv/h |
| 40 cm | 1 000 | 0,30 µSv/h |
| 50 cm | 830 | 0,20 µSv/h |
| 60 cm | 700 | 0,20 µSv/h |
| 70 cm | 600 | 0,15 µSv/h |
| 80 cm | 555 | 0,14 µSv/h |
Výsledek je hodně názorný. Při kontaktu ukazoval Radiacode přibližně 51 000 CPM a 27 µSv/h, ale už ve vzdálenosti pouhých 5 cm hodnota spadla na přibližně 10 000 CPM a 4,7 µSv/h.
Po odečtení pozadí znamená prvních 5 cm snížení počtu impulzů přibližně o 81 % proti měření při kontaktu. V 10 cm je pokles asi 92 % a ve 20 cm už téměř 97 %.
Na 80 cm jsem naměřil pouze 555 CPM při pozadí 470 CPM. Samotný příspěvek vzorku je tedy už jen asi 85 CPM a dávkový příkon 0,14 µSv/h se téměř srovnal s naměřeným pozadím 0,12 µSv/h.
Jak to odpovídá teorii
Na první pohled výsledky přesně podle jednoduchého vztahu vycházet nemohou, protože v tabulce mám i vzdálenost 0 cm. Ve skutečnosti ale samozřejmě radioaktivní materiál není přímo uvnitř scintilátoru Radiacodu.
Když jsem od naměřených CPM odečetl pozadí a data orientačně porovnal s křivkou:
vychází přibližně 4 cm.
To docela dobře odpovídá skutečnému uspořádání pokusu. Moje „nula“ byla dotykem pouzder, zatímco skutečný střed zdroje a aktivní část detektoru jsou od sebe i při kontaktu několik centimetrů.
Nejde samozřejmě o přesné určení geometrie. Smolinec není bodový zdroj a ani Radiacode není matematický bod. Výsledek ale velmi pěkně ukazuje, proč intenzita v prvních centimetrech klesá tak dramaticky.
Na větší vzdálenost už se navíc stále více projevuje přirozené pozadí, statistická chyba měření a také nepřesnost v zaměření Radiacodu na malý vzorek.
Ochrana stíněním
Druhá část pokusu byla zaměřená na stínění.
Tentokrát jsem nechal Radiacode ve vzdálenosti 5 cm od vzorku a mezi zdroj a detektor postupně vkládal různé materiály.
Radiační pozadí bylo při tomto měření přibližně:
- 510 CPM
- 0,12 µSv/h
Bez jakéhokoliv stínění jsem naměřil přibližně 11 000 CPM a 5,2 µSv/h.
Vyzkoušel jsem materiály, které jsem měl běžně k dispozici:
| Materiál | Tloušťka | CPM | µSv/h |
|---|---|---|---|
| Bez stínění | – | 11 000 | 5,2 |
| Obyčejný papír | 0,1 mm | 11 000 | 5,2 |
| Papír 160 g/m² | 0,16 mm | 11 000 | 5,2 |
| Překližka | 3,6 mm | 11 000 | 5,2 |
| PVC | 3 mm | 11 000 | 5,2 |
| PSH | 5 mm | 11 000 | 5,2 |
| Bezhalogenový PS/ABS | 2,1 mm | 11 000 | 5,2 |
| Hliník | 1,5 mm | 10 900 | 5,1 |
| Pozinkovaná ocel | 2 mm | 9 900 | 4,9 |
| Olovo | 1 mm | 7 000 | 4,8 |
Výsledek odpovídal očekávání hlavně v jednom bodě – jasně největší účinek mělo olovo.
Po odečtení pozadí vychází pokles počtu impulzů přibližně:
- Hliník 1,5 mm – 1 %
- Pozinkovaná ocel 2 mm – 10,5 %
- Olovo 1 mm – 38 %
U papíru, překližky a použitých plastů jsem při tomto způsobu měření žádný rozdíl nezaznamenal.
Je ale potřeba zdůraznit, že nejde o laboratorní porovnání materiálů. Jednotlivé vzorky mají různé tloušťky a u malých rozdílů se už dostáváme na úroveň nejistoty samotného měření. Rozdíl 11 000 a 10 900 CPM proto nemá smysl interpretovat jako důkaz, že 1,5mm hliník skutečně zeslabil záření přesně o jedno procento.
U olova je rozdíl mnohem výraznější a je viditelný už přímo z naměřených hodnot.
CPM není totéž jako dávkový příkon
Právě olovo ale přineslo nejzajímavější výsledek celého testu stínění.
Počet impulzů klesl z přibližně 11 000 na 7 000 CPM, tedy po odečtení pozadí asi o 38 %.
Dávkový příkon přitom klesl pouze z 5,2 na 4,8 µSv/h, tedy asi o 8 %.
Na první pohled to může působit zvláštně, ale CPM a dávkový příkon nejsou stejná veličina. CPM pouze říká, kolik událostí detektor zaznamenal, zatímco pro dávku je důležitá také energie zachyceného záření.
V aplikaci Radiacode je kromě CPM a dávkového příkonu zobrazený také údaj Hardness. Ten slouží jako orientační ukazatel změny energetického charakteru zachyceného záření. Po vložení olova je na grafu vidět nejen výrazný pokles CPM, ale také změna hodnoty Hardness. To naznačuje, že stínění neovlivnilo jen počet zachycených impulzů, ale také jejich energetické rozložení.
Bez podrobnějšího rozboru spekter nechci přesně tvrdit, které části spektra olovo potlačilo. Výsledek ale pěkně ukazuje, proč při podobném experimentu nestačí sledovat pouze CPM.
Ochrana časem
Poslední pokus byl nejjednodušší.
Tentokrát jsem k Radiacodu naskládal všechny svoje vzorky radioaktivního materiálu, abych dostal co nejvyšší stabilní dávkový příkon.
Radiacode ukazoval přibližně 41 µSv/h.
To je proti běžnému pozadí samozřejmě výrazně zvýšená hodnota, ale při dávkovém příkonu 41 µSv/h odpovídá pět minut přibližně 3,4 µSv.
Na začátku byla kumulovaná dávka uložená v Radiacodu 448 µSv.
Samotná absolutní hodnota pro pokus není důležitá. Zajímá mě pouze její přírůstek.
| Čas | Kumulovaná dávka | Přírůstek |
|---|---|---|
| 0 min | 448 µSv | 0 µSv |
| 5 min | 451 µSv | 3 µSv |
| 10 min | 455 µSv | 7 µSv |
| 15 min | 458 µSv | 10 µSv |
| 20 min | 462 µSv | 14 µSv |
| 25 min | 465 µSv | 17 µSv |
| 30 min | 469 µSv | 21 µSv |
Za 30 minut se tedy hodnota zvýšila o 21 µSv.
Teoretický výpočet při dávkovém příkonu 41 µSv/h je přitom:
Naměřeno bylo 21 µSv.
To je vzhledem k tomu, že Radiacode zobrazuje kumulovanou dávku v tomto rozsahu po celých mikroSievertech, prakticky přesná shoda.
Celý pokus tak velmi pěkně potvrzuje nejjednodušší část teorie. Pokud zůstane dávkový příkon stejný, celková dávka roste přibližně přímo úměrně času.
Dvakrát delší pobyt znamená přibližně dvojnásobnou dávku.
Závěr
Praktické pokusy dopadly překvapivě dobře a výsledky odpovídaly základní teorii ochrany před zevním zářením.
Nejvýraznější výsledek přinesla vzdálenost. U stejného kousku smolince jsem při kontaktu naměřil 27 µSv/h, v 5 cm už jen 4,7 µSv/h a v 80 cm pouze 0,14 µSv/h, tedy téměř hodnotu okolního pozadí.
Ukázalo se také, proč je potřeba dávat pozor na způsob měření vzdálenosti. Nula na pravítku ještě neznamená nulovou vzdálenost mezi radioaktivním materiálem a aktivní částí detektoru.
Při stínění dopadlo podle očekávání nejlépe olovo. Jeden milimetr olověného plechu snížil počet detekovaných impulzů přibližně o 38 %, ale dávkový příkon jen asi o 8 %. To je dobrá připomínka, že samotné CPM neříká všechno a u spektrometru má smysl sledovat také energetické složení záření.
A nakonec čas. Při dávkovém příkonu kolem 41 µSv/h vychází za půl hodiny teoretická dávka 20,5 µSv. Radiacode naměřil přírůstek 21 µSv. Tady se tedy teorie s praxí potkala téměř dokonale.
Celý experiment zároveň dobře ukazuje, proč vzdálenost, stínění a čas v praxi nekolidují jako tři soupeřící možnosti. Nejlepší ochranu získáme jejich kombinací – zbytečně se ke zdroji nepřibližovat, pobývat u něj jen nezbytně dlouho a tam, kde je to potřeba, použít vhodné stínění.
Kam dál
Téma radiace je jen jednou částí mnohem širší problematiky ochrany obyvatelstva a krizové připravenosti. Té se věnujeme také v Centru ochrany obyvatelstva Žamberk – COOŽ na webu www.cooz.cz.
Pokud tě tedy kromě samotného měření radiace zajímá také širší problematika krizové připravenosti a ochrany obyvatelstva, stojí za to se na www.cooz.cz podívat.