МУ-Я-65 (1003910), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Трубка заполнена газом. К трубке и проволоке подключают высокое напряжение, которое немного меньше пробойного. При прохождении через счетчик β-частицы ( или6другой заряженной частицы) происходит небольшая ионизация газа, которая стимулируетэлектрический пробой. При этом через счетчик и внешнюю цепь проходит кратковременныйимпульс тока. Специальное устройство считает импульсы и выводит результат на цифровойдисплей. Таким образом, каждый импульс тока означает прохождение частицы через счетчик.Пусть с радиоактивным препаратом за время t было зарегистрировано N1 импульсов.Тогда средняя скорость счета импульсов n1 = N1/t.При измерении слабой радиоактивности необходимо вводить поправку на фоновое излучение.
Оно создается космическими лучами и естественной радиоактивностью окружающихпредметов. В отсутствие радиоактивного препарата было подсчитано Nф импульсов за время t.Тогда средняя скорость счета импульсов фона nф =Nф /t.Разность n = n1 - nф называют регистрируемой активностью препарата; она пропорциональна количеству распадов за единицу времени (см. (2)).Обработка результатов измерений становится проще, если измерения с препаратом ифонового излучения выполнять за одинаковое время. В этом случае регистрируемая активностьN = N1 - Nф.(12)5.
Статистические погрешности измерения радиоактивностиПогрешность измерения радиоактивности складывается из систематической и статистической составляющих. Рассмотрим статистические погрешности.Пусть счетчик зарегистрировал N импульсов. Повторяя измерения в тех же условиях, мыувидим разброс результатов измерений. Он связан с тем, что распад происходит случайно, но снекоторым средним «темпом». Нахождение среднего темпа N , называемого активностью (см.(2)), является целью измерений.Если зарегистрировано N импульсов (больше нескольких десятков), то с доверительнойвероятностью P = 0,68 искомая величина N находится в доверительном интервалеN = (N - σ) … (N + σ), гдеσ= Nназывается среднеквадратической статистической погрешностью (подробнее см.
[5]). Например, для N = 100 доверительный интервал N = 90…110. Если счетчик регистрировал все распады, а фонового излучения нет, то N есть искомое число распадов за данное время.Относительная погрешность измерения величины N равна ε= σ / N = 1 / N . С ростомN абсолютная погрешность σ = N растет, а относительная ε – уменьшается.Статистическая погрешность регистрируемой активности N (см. (12)) находится по правилам сложения погрешностей (см. [6])σ = ( σ 12+ σ2 1/2ф )= (N1 + Nф)1/2(13)Рассмотрим пример. Предположим, что регистрируемая активность N малая, она равнаполовине фонового излучения: N = Nф / 2. Пусть зарегистрировано N1 = 150 и Nф = 100. Согласно формулам (12) и (13), N = 50 с погрешностью σ =16. Относительная погрешность измерениявеличины N составляет ε = σ / N = 32%.
Погрешность можно уменьшить, если измерения производить дольше и зарегистрировать больше частиц, например N1 = 1500 и Nф = 1000. В этомслучае относительная погрешность равна 10%.6. Радиоактивное семейство урана-радияВ некоторых случаях один распад следует за другим, образуя ряд (семейство).
В природевстречаются три таких семейства, начинающихся с долгоживущих изотопов урана и тория. Рассмотрим ряд урана-радия, с которым связана значительная часть естественной радиоактивностивоздуха (табл. 1). В нем представлены α -распады и электронные β-распады. В скобках указанпорядковый номер элемента, за ним - массовое число.7Ряд урана-радияИзотопУран (92) – 238Торий (90) – 234Протактиний (91) – 234Уран (92) – 234Торий (90) – 230Радий (88) – 226Радон (86) – 222Полоний (84) – 218Свинец (82) – 214Висмут (83) – 214Полоний (84) – 214Свинец (82) – 212Висмут (83) – 212Полоний (84) – 212Свинец (82) – 208Вид распадаΑльфаБетаБетаΑльфаΑльфаΑльфаΑльфаΑльфаБетаБетаΑльфаБетаБетаΑльфаТаблица 1Период полураспада4,5.109 лет24 суток1,17 мин245 000 лет8 000 лет1 620 лет3,825 суток3 мин26,8 мин19,7 мин0,000 16 с22,3 лет5 суток138 сутокСтабильныйРяд начинается с наиболее распространенного изотопа урана.
При α-распаде порядковый номеруменьшается на две единицы, а массовое число – на четыре. При β--распаде порядковый номервозрастает на единицу, а массовое число не изменяется. В результате чередования α- и βраспадов изотопы одного и того же химического элемента образуются в семействе несколькораз, например, для полония - три раза. Ряд заканчивается стабильным изотопом свинца.7. Радон и радиоактивность воздухаРадон, тяжелый инертный газ, образуется в результате распада радия (см.
табл. 1), который присутствует в почве и в строительных материалах. Радон диффундирует из почвы истроительных материалов, чему способствует относительно большой период полураспада радона (3,8 суток). На содержание радона в наружном воздухе и внутри помещения влияют многиефакторы, поэтому его концентрация подвержена очень большим вариациям [4].Находящийся в воздухе радон распадается, образуя в воздухе короткоживущие дочерниепродукты от полония-218 до полония-214 (в табл. 1 они отмечены жирным шрифтом). Дочерние атомы, не являясь газами, при столкновении с мелкими пылинками (аэрозолями) прилипают к ним. Эти радиоактивные пылинки и радон создают практически всю естественную радиоактивность воздуха.За несколько часов радон приходит в состояние векового равновесия со своими короткоживущими дочерними продуктами: на каждый распад радона приходится по одному распадуполония-218, свинца-214, висмута-214 и полония-214 (см.
табл. 1). Согласно (11), количествокороткоживущих продуктов распада прямо пропорционально их периодам полураспада: наодин атом полония-218 приходится 9 атомов свинца-214, 6,5 атомов висмута-214 и ~10-6 атомовполония-214.В лабораторной работе радиоактивность воздуха находят с помощью фильтрующих материалов, через которые продувают воздух. Радон проходит через фильтр, а пылинки с радиоактивными атомами задерживаются.Фильтр помещают под счетчиком Гейгера, который детектирует только βизлучение, поскольку α-излучение поглощается фильтром и стенками счетчика. Активностьфильтра, первоначально чистого, нерадиоактивного, измеряют счетчиком Гейгера дважды перед прокачкой воздуха (измерение фона) и после.
Все измерения выполняют за одинаковый10-минутный интервал. Пусть перед прокачкой было зарегистрировано Nф импульсов фона, апосле, в одном из интервалов - N1 импульсов. РазностьN = N1 - Nф(14)8представляет собой регистрируемую активность фильтра. В данной работе интересуются неабсолютным количеством распадов (2), а только убыванием радиоактивности со временем.После продувки воздуха непрерывно измеряют радиоактивность фильтра в течение примерно 90 минут, считывая показания дисплея каждые 10 минут. Из этих измерений находятрегистрируемую активность N за каждый 10-минутный интервал.По результатам измерений строят два графика – зависимости от времени величин N и lnN.
За начало отсчета времени принимают момент окончания продувки и начала счета. Из результатов этих измерений определяют время, за которое активность фильтра уменьшается в двараза.Обсудим, какие результаты измерений можно ожидать. Из табл. 1 видно, что детектор β излучения может регистрировать только β-распады свинца – 214 с периодом полураспада 26,8мин и висмута – 214 с периодом полураспада 19,7 мин. Распадов свинца – 212 очень мало, поскольку его период полураспада большой, а концентрация его далека от равновесной. Отсюдаможно заключить, что активность фильтра будет уменьшаться с периодом полураспада околополучаса.Αльфа–распад небольшого количества полония-218 с периодом полураспада 3 мин компенсирует убыль свинца-214 в первые примерно 10 минут после окончания продувки.
Поэтомув начале измерений β –активность фильтра может не убывать или даже несколько возрастать.8. Радиационная безопасностьДля оценки биологических последствий воздействия ионизирующих излучений необходимо контролировать их дозы (для ознакомления с практической радиоактивностью рекомендуем ясно изложенную небольшую книгу [4]).Поглощенной дозой называют отношение поглощенной энергии излучения к массе поглощающего вещества:D = E /m.Единица поглощенной дозы - грей: 1 Гр = 1 Дж / кг.Однако при одной и той же поглощенной дозе биологические последствия для разныхвидов излучения различны. Более опасными являются сильно ионизирующие излучения - α частицы, протоны отдачи от нейтронов и др.
Поэтому поглощенную дозу умножают на коэффициент K, называемый коэффициентом качества излучения, и в результате получают эквивалентную дозуH = K D.Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв).Для β- и γ - излучений, для которых плотность ионизации минимальна, принимают K = 1Зв/Гр. При этом поглощенной дозе 1 Гр соответствует эквивалентная доза H = 1 Зв.
Поэтомудля этих излучений нет различия между поглощенной и эквивалентной дозой. Однако для α излучения K = 20 Зв/Гр, поэтому при поглощенной дозе 1 Гр эквивалентная доза составит 20 Зв.Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны крадиации, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновениерака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенноопасно из-за риска генетических повреждений.Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с некоторыми коэффициентами, которые различаются в десятки раз [4]. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она такжеизмеряется в зивертах.На человека постоянно воздействуют излучения естественных радиоактивных веществвнутри организма и вне его, а также космические лучи.
В различных районах дозы могут силь-9но различаться. Средняя годовая эффективная эквивалентная доза от естественных источниковрадиации равна примерно 2 мЗв.Радон вместе со своими дочерними продуктами распада ответственен примерно за ¾годовой эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.Помимо естественных источников излучения, имеются также искусственные. В настоящее время основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников радиации, вносят медицинская диагностика и методы лечения с применением рентгеновских лучей ирадиоактивности.При работе с радиоактивными источниками вредное воздействие внешнего облученияможно уменьшить, сокращая время облучения, увеличивая расстояние до источника и применяя поглощающие экраны.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬВремя выполнения работы составляет не менее двух астрономических часов.1.
Порядок выполнения работыЗадание 1. Ознакомиться с установкой.4132Рис. 3. Схема установки:1 - счетчики Гейгера; 2 - блок регистрации;3 - часы; 4 - источник питанияУстановка (рис. 3) состоит из четырех цилиндрических счетчиков Гейгера 1, блока регистрации 2, часов 3 и источника питания 4 на 9 В. Счетчики закреплены на пластине с шарниром,которую можно приподнять и положить под счетчиками фильтр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
