МУ-Я-61 (1003906), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для поглощения γ -излучения часто используют свинец. В нем минимальное ослабление имеют кванты с энергией несколько МэВ (здесь преобладает комптонов9IαРис. 6. Кривая поглощения γ-излучения в веществеское рассеяние); для них µ min = 50 м-1 , а слой половинного ослабления x0,5 =0,014 м.
При энергии 100 кэВ основным механизмом поглощения является фотоэффект, при этом µ м возрастает примерно в 100 раз. При очень высокихэнергииях (десятки МэВ) доминирует процесс рождения пар. Из приведенногопримера видно, что проникающая способность γ -излучения очень велика; егоможет задержать лишь толстая пластина из свинца или бетонная плита.Для энергий квантов 1…4 МэВ величины µ м и d0,5 почти не зависят от состава вещества (можно проверить в данной работе для Fe и Al). Это потому,чтопри таких энергиях поглощение обусловлено эффектом Комптона на атомныхэлектронах, число которых мало отличается в железных и алюминиевых пластинах одинаковой массы.5.
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.(17)Единица поглощенной дозы - грей: 1 Гр = 1 Дж / кг.Однако 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.(18)10Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв). Для β - и γ - излучений K = 1.При этом поглощенной дозе 1 Гр соответствует эквивалентная доза H = 1 Зв.Для α - излучения K = 20, поэтому при поглощенной дозе 1 Гр эквивалентнаядоза составит 20 Зв.На человека постоянно воздействуют излучения естественных радиоактивных веществ внутри организма и вне его, а также космические лучи. В различных районах дозы могут различаться. Средняя годовая эквивалентная доза отестественных источников радиацииH = 2 мЗв.(19)Помимо естественных источников излучения, имеются также искусственные.
Вредное воздействие внешнего облучения можно уменьшить, сокращаявремя облучения, увеличивая расстояние до источника и применяя поглощающие экраны.Радиоактивные вещества поступают в организм с воздухом, водой и продуктами питания. В частности, естественный калий поступает с пищей растительного происхождения. Биологическая потребность человека составляет примерно 2,5 г калия в сутки. В теле человека содержится примерно 140 г калия, егораспад вносит вклад в дозу облучения (см. задание 7).6.
Счетчик Гейгера-МюллераВ установке используются газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера. Онипредставляют собой баллон с двумя электродами, заполненный инертным газом. Счетчик β -излучения имеет окно из тонкой слюды, слабо поглощающеечастицы. Для γ -квантов пригодны более простые цилиндрические счетчики,описанные ниже.По оси металлической трубки проходит тонкая вольфрамовая нить.
К нити итрубке прикладывают напряжение 400 В. Заряженная частица, пролетая черезсчетчик, ионизирует небольшое количество атомов газа, отрывая электроны отатомов. Электроны, разгоняясь в электрическом поле, вызывают вторичнуюионизацию, и т.д. В результате происходит электрический пробой газа, а в цепи кратковременно протекает ток. Импульс тока регистрируют пересчетнымустройством.
Таким образом, число зарегистрированных импульсов равно числу прошедших через счетчик ядерных частиц.Счетчик непосредственно от γ -квантов не срабатывает, т.к. они не ионизируют газ. Его срабатывание вызывают вторичные электроны и позитроны, образующиеся в рассмотренных выше процессах (эффект Комптона и др.). Поскольку электроны имеют небольшой пробег в плотном веществе, счетчик может зарегистрировать γ -кванты, которые провзаимодействовали в тонком слоевещества, примыкающего к газу счетчика, или в газе.
Поскольку взаимодействия в тонком слое происходят редко, мала вероятность регистрации γ -квантовсчетчиком Гейгера ( ≤ 1%).11Если небольшой препарат калиевой соли поднести к счетчику, он будет срабатывать почти исключительно от β - частиц, т.к. распады с испусканием γ кванта редкие (11%) и мала вероятность их регистрации. Для опытов с γ квантами необходимы большие массы соли (несколько кг); при этом между излучателем и счетчиком помещают пластину, которая поглощает β -частицы, нопропускает γ -излучение.7. Методика измеренийВ данной работе выполняют три упражнения: 1) определяют пробег и энергию β -частиц; 2) находят период полураспада калия – 40; 3) измеряют коэффициент поглощения γ -излучения в железе и алюминии.Схематически установки показаны на рис.
7. Радиоактивный источник β излучения (рис. 7, а) или γ -излучения (рис. 7, б) устанавливают вблизи счетчиков Гейгера и измеряют количество срабатываний счетчиков (импульсов) N за1232β - частицы1абРис.7 Схемы измерительных установок:а – для β-излучения; 1 – источник; 2 – счетчик Гейгера;б – для γ-излучения; 1 – источник; 2- поглотитель; 3 - счетчикивремя t. Из результатов измерения находят среднюю скорость счета импульсовn=N/t.При измерении слабой радиоактивными вводят поправку на фоновое радиоактивное излучение. Убрав радиоактивное вещество от счетчика, находятсреднюю скорость счета импульсов фонаnф = Nф / t .Вычитая фон, получают исправленную скорость счета импульсов, называемую регистрируемой активностью препарата:nр = n - nф = (N - Nф ) / t(20)12Величина nр характеризует интенсивность излучения в относительных единицах.
Если оба измерения выполнить за одинаковое время, то интенсивностью в относительных единицах является также величинаNр = N - Nф(21)Измерение периода полураспада. Если период полураспада небольшой, тоего находят по убыванию активности в процессе измерений согласно формуле(11). Для долгоживущих ядер урана, калия и др. этот метод неприемлем, поэтому воспользуемся соотношением (9):T = 0,693 N40 / A(22)Здесь N40 - количество атомов калия-40 в препарате KCl массы m, г:N40 = δ NA m / M,(23)где NA = 6,02 .1023 моль-1 – число Авогадро; M = 75 г/моль – молярная масса соли, δ = 1,18 .10-4 – доля радиоактивного изотопа.Период полураспада определяют по β -излучению калия, которое испускается в 89% распадов (см. (12)).
Всего несколько грамм соли KCl в виде тонкогослоя, в котором поглощение β -частиц незначительное, располагают под счетчиком Гейгера (рис. 7, а). Он детектируют частицы, испущенные в направлении счетчика. Каждую секунду в источнике происходит A распадов (активность, Бк), из них счетчик регистрирует nр распадов (см.
(20)). Отношениеf = nр / A(24)называют коэффициентом регистрации. Коэффициент f меньше единицы понескольким причинам. Основная из них – геометрическая: только немногиечастицы испущены в направлении счетчика (см. рис. 7, а). Коэффициент регистрации был рассчитан и приведен на препарате.Для нахождения периода полураспада T необходимо измерить nр (см. (20));вычислить A (см.
(24)), N40 (см. (23)) и T (см. (22)).Измерение пробега и энергии β -частиц. Пробег d0, г/см2, β -частиц в веществе находят методом самоослабления, когда частицы тормозятся в самом радиоактивном препарате. Для этого под счетчиком устанавливают препаратыKCl в виде слоев различной толщины d, г/см2. За одинаковое время измерениянаходят величину Nр, (см. (21)), которая является интенсивностью выходящегоиз препарата излучения. По результатам измерений строят графическую зависимость Nр от d (рис. 8). Кривая достигает насыщения при толщине слоя d0, которую принимаем за пробег β -частиц с максимальной энергией Emax.Из результатов измерения пробега по формуле (14) находят значение Emax.Этот простой метод дает приближенное значение энергии.
Для точных измерений используют приборы, в которых частицы отклоняются в магнитном поле.13NPd0dРис. 8. Зависимость интенсивности β-излучения от толщины препаратаИзмерение коэффициента поглощения γ -излучения. Коэффициент поглощения находят следующим способом. Из (15) логарифмированием получаемln (I/I0 ) = - µ м d .(25)В опыте за одинаковое время измеряют количество импульсов: Nф -фона, N0- источника в отсутствие поглотителя и N – источника с поглотителем толщины d.
Тогда отношение интенсивностей в (25) можно заменить, согласно (21),на отношение числа импульсов:ln [(N- Nф) / ( N0-Nф)] = - µ м d .Отсюда получаемµ м = (1/d) ln [(N0 - Nф) / ( N - Nф)](26)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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
