Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

Лабораторная работа № 66

ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

 

Цель работы:

1. Ознакомиться с основными радиационными величинами и единицами их измерения.

2. Изучить правила пользования прибором РКСБ-104 для измерения ионизирующих излучений.

3. Изучить влияние толщины защиты из алюминия на мощность эквивалентной дозы излучения радиоактивного препарата.

 

Теоретическое введение

Радиоактивностью называется превращение изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием различных частиц. Радиоактивность бывает естественная и искусственная. Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственная - у изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

Число нераспавшихся ядер N, оставшихся в процессе самопроизвольного распада, изменяется со временем по закону радиоактивного распада

N = N₀ ∙exp(- λ t), (1)

где N₀ - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0.

λ - постоянная распада, связанная с периодом полураспада Т_1/2 (временем, за которое распадается половина существовавших вначале ядер) формулой

λ = ln2/T_1/2. (2)

Типы радиоактивности и характерные примеры соответствующих ядерных

реакций приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип радиоактивности	Изменение заряда ядра	Изменение массового числа	Пример реакции
α - распад	Z - 2	A - 4	ZXA → Z-2YA-4 + 2He4
β- - распад	Z + 1	A	0n1 → 1p1 + -1e0 + 0νe0
β+ - распад	Z - 1	A	1p1 → 0n1 + +1e0 + 0νe0

Кроме частиц, в процессе распада атомных ядер испускается также жесткое γ -излучение.

Заряженные частицы и γ -лучи, проходя через вещество, теряют свою энергию преимущественно за счёт ионизации. При этом в тканях живых организмов происходят всевозможные нарушения вследствие разрыва ковалентных и водородных связей, а также из-за образования френкелевских пар дефектов (междоузельный ион и оставленная им вакансия) в результате многократной ионизации атомов с ионной или сильной ковалентной связью.

По характеру взаимодействия с веществом ионизирующие излучения, возникающие в процессе распада атомных ядер, делятся на излучения прямого и косвенного действия. К первым относятся заряженные α- и β- частицы, которые при прохождении через вещество вызывают возбуждение и ионизацию атомов, образуя на пути своего движения пары ионов и отрицательно заряженные электроны. Заряженные частицы быстро теряют свою энергию, поэтому не могут глубоко проникать в ткани организмов, и по этой причине их называют слабо проникающими излучениями. Так, например, α- частицы поглощаются листом бумаги (см. рис. 1). Проникающая способность β- частиц несколько выше – они поглощаются слоем алюминия толщиной ~3,0 мм.

К излучениям косвенного действия, проникающими в ткани на большую глубину, относятся излучения без электрического заряда: нейтроны, рентгеновское излучение и γ -кванты. Эти частицы при взаимодействии с веществом могут создавать вторичные источники ионизирующего излучения, например за счёт эффекта Варли в веществах с ионной или сильной ковалентной связью.

Поглощение потока электронов с одинаковыми скоростями в однородном веществе подчиняется экспоненциальному закону

N = N₀ ∙exp(- μd), (3)

где N₀ и N – число электронов на входе и выходе вещества толщиной d,

μ – коэффициент поглощения.

Степень ослабления γ -излучения различными материалами см. в таблице 2.

Таблица 2

Толщина защиты (см) из различных материалов в зависимости от кратности ослабления k и энергии γ -излучения E, МэВ

Материал	Железо	Свинец	Бетон
Е, МэВ k	0,1	0,2	0,5	1,0	0,1	0,2	0,5	1,0	0,1	0,2	0,5	1,0
	0,7	1,2	2,5	3,3	0,1	0,2	0,5	1,3	4,7	7,6	12,3	12,4
	1,4	2,5	4,8	6,4	0,2	0,4	1,1	2,8	5,6	11,0	21,1	23,5
	1,9	3,5	6,3	8,5	0,3	0,9	1,6	3,8	8,2	14,6	25,8	29,9
	3,4	6,1	10,8	14,5	0,5	1,0	3,0	7,0	11,5	21,1	39,9	50,5

Для количественной характеристики различных величин, характеризующих процесс взаимодействия излучения с веществом, введены специальные единицы. Так, активность радиоактивного препарата в системе СИ измеряется в Беккерелях (Бк). 1 Бк соответствует одному ядерному распаду в секунду. Чаще используются внесистемная единица радиоактивности – Кюри (1 Ки = 3,7 ∙10¹⁰ к).

Загрязнение окружающей среды характеризуется плотностью радиоактивности, которая определяется по отношению к единице площади (Ки/км²) или к единице массы (Бк/кг).

Степень воздействия источников ионизирующего излучения на различные объекты характеризуется дозой излучения.

Экспозиционная доза характеризует степень радиационного воздействия

электромагнитных излучений. В системе СИ за единицу экспозиционной дозы принята величина 1 Кл/кг. Более известна внесистемная единица - Рентген (Р) (1 Р = 2, ∙10^-4 Кл/кг). Рентген - это такая доза рентгеновского и гамма-излучения, при которой в 1 см³ сухого воздуха при 0 ^оС и давлении 760 мм рт. ст. образуется 2,08 ∙10⁹ пар ионов. Мощность дозы выражается в Р/час. На территории России естественный гамма-фон составляет ~ 8,7 мкР/час.

Поглощённая доза характеризует энергию, выделившуюся в единице массы вещества при торможении в нём заряженных частиц. В системе СИ за единицу поглощённой дозы принят 1 Грей (Гр). 1 Грей = 1 Дж/кг и соответствует энергии в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества. Часто используется внесистемная единица - рад (1 рад = 0,01 Гр).

Эквивалентная доза учитывает качество излучения, поскольку разные виды излучений неравноценны по радиобиологическому воздействию на живые организмы. Для количественной оценки этого фактора введён коэффициент качества излучений (КК), произведение которого на поглощённую дозу и является эквивалентной дозой. Эквивалентная доза измеряется в Зивертах (Зв). Внесистемной единицей эквивалентной дозы является бэр - биологический эквивалент рентгена (1 бэр = 0,01 Зв).

Эквивалентная доза облучения от естественных источников на большей части территорий Земли составляет 1мЗв в год (0,1 бэр в год). В некоторых районах доза составляет от 28 до 120 мЗв в год (2,8 - 12 бэр в год).

Описание установки

В данной работе экспериментально определяется мощность эквивалентной дозы β -излучения в зависимости от толщины защитных фильтров из алюминия.

Стенд содержит прибор РКСБ-104 для измерения ионизирующих излучений, кассету для размещения радиоактивного препарата и защитных фильтров.

В качестве радиоактивного препарата используется источник β -излучения с изотопами стронций-90 + иттрий-90. Характеристики источников данного типа приведены в таблице 2.

Таблица 2 [5]

Изотоп	Название	Период полураспада	Максимальная энергия, кэВ
90Sr Þ Þ 90Y	Стронций-90, Иттрий-90	28 лет 64.2 часа

Схема установки приведена на рис. 2.

После включения на счётных разрядах индикатора устанавливаются показания, а прибор выдаёт прерывистый звуковой сигнал. Время индикации измеренного значения составляет порядка 14 с, после чего цикл измерений повторяется.

В состав комплекта входят 5 фильтров защиты из алюминия толщиной 0,2; 0,4; 0,8; 1,6 и 3,2 мм.

Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

1. Переключатель времени измерения 3 на лицевой панели прибора РКСБ-104 установить в верхнее положение.

3. Переключатель режимов работы 2 установить в положение "РАБ".

4. Выключатель 1 установить в положение "ВЫКЛ".

5. Включите в сеть штепсельную вилку шнура питания.

6. Включите тумблер "СЕТЬ" на передней панели блока питания «Гранат». При этом должна загореться сигнальная лампа, а вольтметр на передней панели должен показывать напряжение 8-9 В.

7. Выключатель 1 перевести в положение "ВКЛ".

8. Произвести 5 раз измерение естественного γ -фона. Запись результатов производить после подачи прибором звукового сигнала. Результаты занести в таблицу 3.

9. Поместить радиоактивный препарат в дальнюю от прибора прорезь, причём хвостовик держателя препарата должен располагаться слева (см. рис. 2), а знак «Радиоактивность» на держателе препарата должен быть обращен к прибору.

10. Измерить 5 раз мощность эквивалентной дозы излучения препарата. Результаты занести в таблицу 3.

10. Не вынимая радиоактивный препарат поочерёдно поместить в прорезь между прибором и радиоактивным препаратом алюминиевые фильтры различной толщины, и для каждого из них по 5 раз измерить значение мощности эквивалентной дозы излучения. Результаты занести в таблицу 3.

Указание: Фильтры нужно размещать в ближайшей к прибору прорези так, чтобы хвостовик держателя располагался слева, а рамка, крепящая фильтр, была обращена к радиоактивному препарату.

Таблица 3

№	Фон	Р/а источник	Р/а источник с Al защитой толщиной d, мм
0,2	0,4	0,8	1,6	3,2
Nср
Nср без фона	-
μ	-	-

 

11. Усреднить результаты измерений по каждому пункту.

12. По усреднённым данным построить график зависимости мощности эквивалентной дозы излучения от толщины защитных алюминиевых фильтров.

13. Из формулы (3) можно получить формулу для определения коэффициента поглощения μ:

. (4)

 

Рассчитать коэффициент поглощения μ по формуле (4) для различных значений толщины алюминиевых фильтров. Результаты занести в таблицу 3. Рассчитать среднее значение μ_ср.

 

Контрольные вопросы

1. Дать определение естественной и искусственной радиоактивности.

2. Сформулировать закон радиоактивного распада.

3. Дать определение постоянной распада, дозы излучения, активности радиоактивного препарата.

4. По указанию преподавателя объяснить понятия основных радиационных величин и их единицы.

5. Типы радиоактивных превращений. Изменения заряда и массы ядра при α-, β^-, β⁺- распадах.

6. Особенности воздействия ионизирующих излучений на живые организмы.

 

Список рекомендуемой литературы

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 7-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003.- §§ 255-259.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов.-.: 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1999. - §§ 45.4 - 45.7.

3. Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - М.: Наука., 1987. - § 51.

4. Грабовский Р.И. Курс физики (для сельскохозяйственных вузов): Учеб. пособие. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая шк., 1980. - Часть II, §§ 70 - 72.

5. Радиационно-экологическая обстановка в Брянской области / Под ред. академика МИА Е.С. Мурахтанова. - Брянск, 1994.

.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: