МУ-Я-66 (Радиактивность. Ослабление гамма-лучей), страница 3

6. Графическое представление результатов измерения ослабленияγ- лучей в поглотителеЕсли на рис. 6 экспериментальные точки с учетом статистической погрешности измеренийсогласуются с прямой линией, то это служит подтверждением закона Бугера (см. формулу (9)).Возьмем дифференциалы (приращения) в формуле (13):∆ ( ln N γ ) = −µ∆x(14)Из формулы (14) получаем выражение для нахождения линейного коэффициента ослабления µ(пояснение см. на рис. 6):∆ ( ln N γ )µ=.(15)∆x7. Статистические погрешности при измерении радиоактивностиПри измерении радиоактивности случайные (статистические) погрешности измеренийобусловлены самой природой распада, который является случайным событием.Измеряя радиоактивность с помощью ГМ- счетчиков, интенсивность излучения можнохарактеризовать, например, числом импульсов N, зарегистрированных ГМ- счетчиками за некотороефиксированное время.Повторяя измерения в тех же условиях, получают различные значения N, изменяющиесяслучайным образом.

Вероятность появления того или иного значения N дается распределениемПуассона [5]. Из него следует, что случайную (статистическую) погрешность можно найти из одногоизмерения, а не из нескольких, как для обычных измерений [6].Для достаточно большого числа N зарегистрированных частиц среднеквадратическаястатистическая погрешность измерения величины Nσ= N.Следовательно, с доверительной вероятностью P искомая величина N, которую обозначим N*,находится в доверительном интервалеN* = (N – σ ) … (N + σ )для P = 0,68илиN* = (N – 2 σ ) … (N +2 σ ) для P = 0,95.Например, было зарегистрировано N = 100 импульсов, при этом σ = 10. Тогда искомая величина*N с доверительной вероятностью P = 0,68 находится в доверительном интервалеN* = 90…110или с доверительной вероятностью P = 0,95 в доверительном интервалеN* = 80…120.Обычно используют записи результатов измерений в следующей форме :10N* = 100 ±10, P = 0,68; или N* = 100 ± 20, P = 0,95;Если счетчик зарегистрировал все распады, а фоновое излучение было пренебрежимо малым, тоN* – искомое число распадов за данное время.С доверительной вероятностью P = 0,68 относительная погрешность ε измерения величины N естьотношение абсолютной погрешности σ к измеренной величине N:σ1ε= =.(16)NNИз формулы (16) видно, что для уменьшения относительной погрешности ε необходиморегистрировать большое число частиц (импульсов).

Например, при N =100 погрешность ε = 0,1 =10%, а при N = 104 – ε = 0,01 = 1%.Рассмотрим расчет погрешности, когда фоновым излучением пренебрегать нельзя. Погрешностьизмерения величины Nγ = N – Nф (см. формулу (11)) складывается из погрешностей σ 1 = N длявеличины N и σ 2 = N ф – для Nф. По правилам сложения погрешностей [6], получаемсреднеквадратическую статистическую погрешность измерения величины Nγσ γ = σ 12 + σ 22 = N + N ф .Искомая величина Nγ вероятностью P = 0,68 находится в доверительном интервалеNγ = (Nγ – σγ)…(Nγ + σγ).(17)(18)8. Дозы излученийИонизирующие излучения оказывают вредное воздействие на живые организмы и их потомства[7]. Для оценки биологических последствий воздействия ионизирующих излучений необходимоконтролировать их дозы.Поглощенной дозой называют отношение поглощенной энергии излучения к массепоглощающего вещества:ED=.(19)mЕдиница поглощенной дозы – грэй: 1 Гр = 1 Дж / кг.Экспериментально установлено, что при одинаковой поглощенной дозе различного видаизлучения оказывают неодинаковые по степени тяжести биологические последствия.

Болеевредными являются такие ионизирующие частицы, которые теряют больше энергии на единицудлины трека. К ним относятся α - частицы и протоны отдачи при прохождении быстрых нейтроновчерез вещество.Этот фактор учитывает эквивалентная доза, которую получают умножением поглощенной дозына коэффициент K, зависящий от ионизирующей способности излучения и называемыйкоэффициентом качества излучения:H = K D.(20)Единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв).

Для α - излучения K = 20, поэтому при поглощеннойдозе D = 1 Гр эквивалентная доза H = 20 Зв. Для β - излучения, а также для фотонного излучения(рентгеновского и γ - излучений) K = 1, при этом поглощенной дозе 1 Гр соответствуетэквивалентная доза H = 1 Зв.Кроме того, следует учесть, что разные органы и ткани имеют различную чувствительность коблучению [7]. Поэтому была введена эффективная эквивалентная доза – эквивалентная доза,умноженная на коэффициент радиационного риска, учитывающий разную чувствительностьразличных тканей и органов к облучению. Эффективная эквивалентная доза также измеряется взивертах.В различных районах земного шара дозы могут различаться.

Основную часть облучениянаселение земного шара получает от естественных источников радиации (см. рис. 7 из работы [7]).Как видно из рис. 7 слева, средние годовые эффективные эквивалентные дозы (далее – дозы)составляют: 2 мЗв от естественных источников, 0,4 мЗв – от медицинской рентгеновской11диагностики и намного меньше – от радиоактивных осадков ядерных испытаний в атмосфере иработы атомных электростанций.На рис.

7 справа показан вклад различных естественных источников радиации (в мЗв за год).Различают облучение космическими лучами (0,3 мЗв) и радионуклидами земного происхождения(примерно 1,7 мЗв). Облучение радионуклидами складывается из внешнего облучения (0,35 мЗв) ивнутреннего облучения (1,33 мЗв) радиоактивными веществами, находящимися в организме.

Такимобразом, из дозы 2 мЗв естественного облучения на внутреннее облучение приходится 2/3 части.Внутреннее облучение обусловлено главным образом продуктами распада радиоактивного газарадона, выделяющегося из почвы и строительных материалов [7, 8]. Небольшой вклад во внутреннееоблучение (0,18 мЗв) обусловлен распадом 40K.Согласно официальному документу [9], максимально допустимые дозы радиации для населенияот природных источников – 5 мЗв в год и от техногенных источников – 1 мЗв в год.

Дозы облученияв медицинских целях (диагностика, лечение) регламентируются отдельно.Рис. 7. Средние годовые эффективные эквивалентные дозы (в миллизивертах) [7]ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНАЯ ЧАСТЬЛабораторная установка для изучения ослабления γ- лучей в веществеЛабораторная установка для изучения ослабления γ -лучей в веществе включает в себя (см. слеванаправо на рис. 8):* источник γ- излучения – контейнер с радиоактивными веществами;* поглотитель (4 пластины из железа);* блок с четырьмя счетчиками Гейгера-Мюллера типа СБМ-20;* прибор Universal Counter (универсальный счетчик) фирмы PHYWE;* секундомер.В лабораторной работе источником γ- квантов служат распады радионуклидов 40K и 60Co (см.схемы распадов на рис.1-2).122413Рис.

8. Лабораторная установка для изучения ослабления γ- лучей ввеществе: 1– γ- источник, 2 – поглотитель, 3 – счетчики Гейгера-Мюллера,4 – Universal CounterСоль KCl массой несколько килограмм помещена в контейнер (см. рис. 8). Данное веществоиспускает за 1 с 1700 γ - квантов на каждый килограмм массы. Для увеличения в несколько разинтенсивности γ- излучения внутри контейнера с солью помещен контрольный закрытый источникγ- квантов типа К3А с изотопом 60Co, имеющим период полураспада 5 лет. Оба изотопа испускают γкванты с близким энергиями, средняя энергия γ- квантов примерно 1,3 МэВ.Рис.

9. Universal CounterУниверсальный счетчик (рис. 9) служит устройством для счета электрических импульсов,поступающих от ГМ-счетчиков, а также источником высокого напряжения для ГМ-счетчиков.Рассмотрим назначение кнопок в приборе Universal Counter. При нажатой кнопке Functionпоследовательно загораются светодиоды, отображающие различные режимы работы прибора. Вданной работе используется режим счета импульсов (Imp). При этом на дисплее будет отображено«0I», где I – импульсы.13Группа из трех кнопок Reset используется для контроля и установки высокого напряжения на ГМсчетчиках.

При нажатой кнопке Set на дисплее будет показано напряжение. Его можно изменятькнопками «+» и «–». Рабочее напряжение должно быть 400 В.Нажатием кнопки Start начинается процесс счета импульсов.Для прекращения счета импульсов нажимают кнопку Stop. Число зарегистрированных импульсовбудет отображено на цифровом дисплее.Для сброса показаний дисплея нажимают кнопку Zero.Последняя в ряду кнопка предназначена для включения динамика, который будет издаватьщелчок при каждом срабатывании ГМ- счетчика.1. Выполнение лабораторной работыЗадание 1. Подготовить прибор Universal Counter к работеПорядок выполнения задания.1.

Вставить сетевую вилку в розетку. Включить питание прибора выключателем на заднейстенке прибора. На дисплее будет отображено «0I», что обозначает: установлен режим счетаимпульсов (I), а счетчик обнулен (0). Примечание: если на дисплее указана другая функция,установить режим счета импульсов с помощью кнопки Function, как описано выше.2. Нажать кнопку Set и проверить по дисплею напряжение на ГМ- счетчиках, которое должнобыть 400 В. Если напряжение другое, выставить напряжение кнопками «+» и «–».3. Проверить работоспособность установки. Нажать кнопку Start, при этом должен происходитьсчет импульсов, что видно на дисплее.4. Нажать кнопку Stop.

Число зарегистрированных импульсов будет отображено на дисплее.5. Сбросить показания дисплея кнопкой Zero. Установка готова к дальнейшей работе.Задание 2. Изучить ослабление γ- лучей в железеВ лабораторной работе в качестве меры интенсивности γ- излучения принимают количествоимпульсов, поступающих от ГМ- счетчиков за некоторое фиксированное время измерений. Чембольше это время, тем меньше статистические погрешности измерений. Время измерения должнобыть 10 мин = 600 с.