ya63 (Радиоактивность), страница 3

В этих случаях можно использовать как β-излучение, так и γ-излучение калия. В данной работе регистрируютβ-излучение.Для анализа необходимо приготовить препараты с неизвестным содержанием калия и эталонный KCl, в котором содержание калия равно отношениюмолярной массы калия к молярной массе соли: Ω 0 = 52,4 % .Условия измерений должны быть одинаковыми для обоих препаратов.Измерив регистрируемые активности nр и nр0 исследуемого и эталонного препаратов, соответственно, находим процентное содержание калия:Ω = Ω 0 (nр / nр0 ) = (nр / nр0 ) 52,4 % .Если все измерения выполнены за одинаковое время, тоΩ = (52,4 %) (N - Nф) / (N0 - Nф ) ,(21)где N и N0 – число импульсов от исследуемого и эталонного препаратов, соответственно; Nф – число импульсов фона.7.

Дозиметрия излученийДля оценки биологических последствий воздействия ионизирующих излучений необходимо контролировать их дозы. Поглощенной дозой называют отношение поглощенной энергии излучения к массе поглощающего вещества:D = E /m.Единица поглощенной дозы - грей: 1 Гр = 1 Дж / кг.(22)13Однако при одной и той же поглощенной дозе биологические последствиядля разных видов излучения различны. Это связано с различием потерь энергии заряженной частицей на единицу длины трека. Чем больше эти потери, темопаснее излучение. Поэтому поглощенную дозу умножают на коэффициент K,называемый коэффициентом качества излучения. В результате получают эквивалентную дозуH = K D.(23)Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв).

Для β - и γ- излучений K = 1. Приэтом поглощенной дозе 1 Гр соответствует эквивалентная доза H = 1 Зв. Дляα - излучения K = 20, поэтому при поглощенной дозе 1 Гр эквивалентная дозасоставит 20 Зв.Человек постоянно облучается частицами космического излучения и естественными радиоактивными веществами внутри организма и вне его.

В различных районах дозы могут различаться. Средняя годовая эквивалентная дозаот естественных источников радиацииH = 2 мЗв.(24)Помимо естественных источников излучения имеются искусственные, связанные с производствами, рентгеновским обследованием и т.д. Вредное воздействие внешнего облучения можно уменьшить, сокращая время облучения, увеличивая расстояние до источника и применяя поглощающие экраны.Радиоактивные вещества поступают в организм с воздухом, водой и продуктами питания. В частности, калий поступает с пищей растительного происхождения; богаты калием курага, изюм и другие продукты. В теле человека содержится примерно 140 г калия, его распад вносит ощутимый вклад в дозу естественного облучения (см.

задание 5). Биологическая потребность человекасоставляет примерно 2,5 г калия в сутки или 1 кг за год. Удельная активностькалия (см. (19)) a0 = 30 Бк/г. Таким образом, годовое поступление калия составляет 3 .104 Бк.Для каждого радионуклида установлен [5] предел годового поступления ПГП, Бк/год. Для калия-40 таких ограничений нет. Однако имеется многоопасных радионуклидов естественного и искусственного происхождения.

Кним относятся стронций-90 (90Sr) и цезий-137 (137Cs). Для 90Sr предел годовогопоступленияПГП = 1 .10 4 Бк/год(25)Для 137Cs ПГП = 4 .10 5 Бк/год.Эти радионуклиды являются осколками деления урана. Стронций и цезий испускают β-излучение, имеют период полураспада примерно 30 лет. В большихколичествах они присутствуют в ядерных реакторах и могли попасть в окружающую среду в качестве радиоактивных отходов, при испытаниях оружия,авариях или иными путями.Практически важная задача – обнаружить радионуклиды и их идентифицировать.

Задание 3, посвященное измерению удельноой активности продуктов14питания, позволяет ознакомиться с этим вопросом. В работе наблюдается радиоактивность, но каких радионуклидов? Для ответа на этот вопрос обычнонеобходимы дополнительные измерения: активности такого же продукта издругой партии, энергии частиц, периода полураспада и т.д. Если радионуклидиспускает γ-излучение, то с помощью полупроводникового детектора можноизмерить с большой точностью энергию γ-квантов, что очень важно для идентификации радионуклида.В данной работе можно сделать следующие выводы.

Если активность обусловлена калием, то опасности нет. Если предположить одну из худших возможностей, что вся наблюдаемая β-активность принадлежит стронцию, то необходимо сопоставить полученную активность с ПГП стронция и оценить, вкаком количестве можно употреблять этот продукт.8.

Статистические погрешности при измерении радиоактивностиСлучайные (статистические) погрешности обусловлены самой природойраспада. Пусть за некоторое время счетчик зарегистрировал Ni частиц. Повторяя измерения в тех же условиях, получим различные значения Ni: N1, N2, … Nk,изменяющиеся случайным образом. Вероятность появления того или иногозначения Ni дается распределением Пуассона [3].

Из него следует, что случайную погрешность можно найти из одного измерения (а не из нескольких, какдля обычных измерений [4]).Для достаточно большого числа N зарегистрированных частиц среднеквадратическая статистическая погрешностьσ=N.Следовательно, с доверительной вероятностью P искомая величина находитсяв доверительном интервалеN* = (N - σ ) … (N + σ ) для P = 0,68 илиN* = (N -2 σ ) … (N +2 σ ) для P = 0,95.Например, для N = 100 доверительный интервал N* = 90…110 с вероятностьюP= 0,68 или N* = 80…120 с вероятностью P = 0,95. Если счетчик регистрировалвсе распады, а фоновое излучение мало, то N* - искомое число распадов за данное время.Относительная погрешность измерения величины N равнаε=σ/N=1/ N .С ростом N абсолютная погрешность σ = N растет, а относительная ε –уменьшается. Например, ε = 0,1 = 10% при N =100 и ε = 0,01 = 1% при N = 104.Рассмотрим погрешности в случае, когда фоновым излучением пренебречь нельзя.

Пусть за одинаковое время t зарегистрировано Nф импульсов фонаи N импульсов - с препаратом. Вычитая из последнего фон, получим количество импульсов от самого препарата15Nр = N - Nф.Статистические погрешности равны σ 1 = N для препарата вместе с фоном иσ 2 = N ф - для фона. Складывая погрешности [4], получим среднеквадратическую погрешность для величины Nр :σ р = (σ21+ σ 22)1/2 = (N + Nф)1/2 .Предположим, что счетчик регистрирует все распады. Тогда истинноечисло распадов за время t c вероятностью P = 0,68 лежит в доверительном интервалеNр* = (N - Nф) ± σ р= (N - Nф) ± (N + Nф)1/2 .Относительная погрешность измерения величины Nр равнаε р = σ р / Nр = (N + Nф)1/2/ (N - Nф)Определяя удельную активность препарата a (см.

(20)) или содержаниекалия Ω (см. (21)), измеряют количество импульсов фона Nф, эталонного препарата N0 и исследуемого препарата N. Тогда относительная погрешность измеренияε = 100%∆a∆Ω= 100%= 100%aΩN + NФ( N − NФ )2+N 0 + NФ( N 0 − NФ )2(26)Экспериментальная частьЗадание 1. Ознакомиться с установкой, измерить фоновое излучение.В установке (рис. 5) используется дозиметр со счетчиками ГейгераМюллера, установленными вне корпуса дозиметра, для того чтобы счетчики345621Рис. 5. Схема установки: 1- выключатель; 2 – адаптер; 3 –бокс для препаратов; 4 – дозиметр; 5 - счетчики ГейгераМюллера16могли детектировать β -излучение. Радиоактивный препарат располагают подсчетчиками. Дозиметр питается от 9-вольтового адаптера с сетевым выключателем.

К установке прилагаются препараты, описание которых приведено наустановке.1. Записать в табл. 1 характеристики препаратов.Таблица 1№ препарата0123Характеристики препаратовСоставМассаНазначение2. Включить питание дозиметра: вставить в розетку сетевую вилку ивключить сетевой выключатель (рис. 5). При этом должен загореться светодиод адаптера. (Примечание. На правой боковой стенке дозиметра имеется выключатель; нормально он должен быть включен и заклеен скотчем).3. Ознакомиться с работой дозиметра и его индикатором (рис. 6). Приборработает в автоматическом циклическом режиме. При каждом срабатываниисчетчиков издается звуковой щелчок, а электрический импульс поступает в пересчетное устройство. В течение18 с прибор считает импульсы, при этом положе0.00500.36ние десятичной точки на индикаторе показано на рис.

6, а. По окончании счетаабприбор издает звуковой сигнал, а на индикаторе в течение нескольких секундРис. 6. Индикатор дозиметра: а – высвечивается результат измерения (рис.во время счета; б – при считыва- 6, б). Затем результат сбрасывается и нании показанийчинается новый цикл.Данный прибор предназначался дляизмерения мощности дозы γ -излучения в микрозивертах в час (мкЗв/ч). Прииспользовании в данной работе число на индикаторе необходимо увеличить всто раз (т.е. отбросить десятичную точку), тогда получим число пар зарегистрированных импульсов. В таком виде результат записывают.4. Подготовить табл.

2 для записи показаний дозиметра, где i - порядковыйномер измерения (15 измерений для препаратов и фона).Таблица 2i Фон12Nф=Результаты измерений дозиметромПрепарат №0 Препарат №1 Препарат №2N0 =N1 =N2 =N0 - Nф =N1 - Nф =N2 - Nф =Примечание: в таблице 15 результатов измеренийПрепарат №3N3 =N3 - Nф =175. Измерить фоновое излучение.

Для этого убрать от счетчика препарат.Результаты 15 измерений записать во второй столбец табл. 2.6. Найти полное число зарегистрированных импульсов фона Nф. Для этогонайти сумму пятнадцати измерений и умножить ее на два. Результат Nф записать в табл. 2. Аналогично обработать результаты измерений с препаратами.Задание 2. Измерить период полураспада калия1. Ознакомиться с методикой измерения в разделе 6 “Теоретической части”.1.

Препарат № 3 установить до упора под счетчиками. Результаты 15 измерений записать в последний столбец табл. 2.2. По результатам измерений вычислить N3 и N3 - Nф , результат записатьв табл. 2.3. Подготовить табл. 3.Таблица 3Коэффициент регистрацииМасса, г, KCl в препарате 3Количество атомов 40K в препарате 3Скорость счета для калия, 1/сАктивность калия, БкПериод полураспада (в секундах и годах)Погрешность измерения T, %f=m=N40 =nр =A=T=ε=4.