МУ-Я-63 (1003908), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4) служит тонкий слой соли, в котором поглощение β частиц незначительное. Счетчики детектируют частицы, испущенные в телесном угле Ω (см. рис. 4). В препарате происходит A распадов в секунду, из нихрегистрируется nр распадов в секунду. Отношениеf = nр / A(17)называют коэффициентом регистрации. Коэффициент регистрации f ≺ 1 по нескольким причинам, основная из них – геометрическая: не все частицы испущенны в направлении счетчиков (см. рис. 4). Коэффициент регистрации былрассчитан и приведен на установке.Для нахождения периода полураспада T необходимо измерить nр (см. (14)),вычислить A (см.
(17)), N40 (см. (16)) и T (см. (15)).Измерение удельной активности вещества. Во многих случаях необходимо знать удельную активность (см. (5)) a, Бк/г, различных веществ – почвы,строительных материалов, воды, продуктов питания и т.д. Рассмотрим методику относительных измерений удельной активности.В этом случае сравнивают интенсивности излучения препарата неизвестной удельной активности a и эталонного препарата известной активности a0.Для получения точных результатов условия измерений должны быть одинаковыми для обоих препаратов: испускаемые частицы одного типа и одинаковой(или близкой) энергии; препараты одинаковые по массе, размерам, расположению относительно счетчиков и т.д.
Тогда отношение удельных активностейравно отношению регистрируемых активностей nр – исследуемого и nр0 эталонного препаратов:a / a0 = nр / nр0Эталонным источником β - и γ-излучения служит KCl с удельной активностью (см. (5), (15), (16)):a0 = A / m = 0,693 δ NA / (M T)Значение периода полураспада T можно взять из собственных измерений илиболее точное табличное значение T = 1,3.10 9 лет. Тогда удельная активностьсоли KCla0 = 16 Бк/гдля обоих видов распадов (см. (12), (13)) и12a0 = 14 Бк/г(18)для β - распадов.
Полная удельная активность самого калияa0 = 30 Бк/г(19)Если все измерения выполнены за одинаковое время, то отношение удельных активностей равно-a / a0 = (N - Nф) / (N0 - Nф ) ,(20)где N и N0 – число импульсов от исследуемого и эталонного препаратов, соответственно; Nф – число фоновых импульсов; a0 = 14 Бк / г – удельная активность соли KCl с испусканием β-частиц.Радиметрическое определение калия. Калий – распространенный элементв земной коре.
Доля радиоактивного изотопа 40K постоянна независимо от происхождения калия. Поэтому радиоактивное излучение 40K используют для количественного определения калия в его солях или растворах, содержащих калий. Подобный метод, называемый радиометрическим, представляет интересдля ряда отраслей промышленности: добыча калийных солей и производствокалийных удобрений, цемента и др. веществ. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
