М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2016) (1133852)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛомоносоваХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТОсновы радиохимии и радиоэкологииПРАКТИКУММОСКВА 2016Практикум «Основы радиохимии и радиоэкологии» подготовленколлективом преподавателей кафедры радиохимии Химическогофакультета МГУ имени М.В. Ломоносова в составе:Алиев Рамиз Автандилович,Афанасов Михаил Иванович,Афиногенов Алексей МаксимовичБадун Геннадий Александрович,Бердоносов Сергей Серафимович,Гопин Александр ВикторовичКалмыков Степан Николаевич,Куликов Леонид Алексеевич,Северин Александр Валерьевич,Чернышева Мария Григорьевна.Под редакцией профессора Афанасова М.И.Рецензенты:И.Г.
Тананаев – доктор химических наук, профессор, заместитель директора понауке ОТИ Национального ядерного исследовательского университета«МИФИ», член-корр. РАН;Н.Е. Щепина – доктор химических наук, заведующая лабораториейрадиохимии Естественнонаучного института Пермского государственногонационального исследовательского университетаРекомендованоФедеральным учебно-методическим объединением в системе высшегообразования по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки04.00.00 Химия в качестве учебного пособия для обучающихся по основнымобразовательным программам высшего образования уровня бакалавриата понаправлению подготовки 04.03.01 Химия и специальности 04.05.01Фундаментальная и прикладная химия Коллектив авторов, 2016ISBN 978-588762-031-2«ОСНОВЫ РАДИОХИМИИ И РАДИОЭКОЛОГИИ.
ПРАКТИКУМ».Учебное пособие. Под редакцией М.И. АфанасоваМ: ЗАО «ПРИНТ-АТЕЛЬЕ», 20162Кафедра радиохимии с момента ее основания в 1959 г. проводила обучениестудентов Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова по курсу «Методрадиоактивных индикаторов в химии». В последние годы в связи с возрастающейнеобходимостью экологического, в том числе и радиоэкологического мониторингасреды обитания, курс был трансформирован в «Основы радиохимии и радиоэкологии», в рамках которого, начиная с 2013 года, студентам химического факультета ифакультета фундаментальной физико-химической инженерии читается курс лекций.Теоретический материал курса (радиоактивные превращения, законы распада инакопления радионуклидов, взаимодействие излучения с веществом и его регистрация, ядерные реакции, методы получения и разделения радионуклидов, применениерадионуклидов в научных исследованиях, радиационная безопасность, радиоактивность окружающей среды, ядерная медицина, основы ядерной энергетики) приведенв новых учебниках «Радиактивность» (Алиев Р.А., Калмыков С.Н., СПб ; Лань, 2013)и «Радиохимия» (Бекман И.Н., М.; Юрайт, 2014).
Кроме того, ядерно-физические основы радиохимии рассмотрены в книге «Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода» (под редакцией Лукьянова В.Б., М.; Высшая школа, 1985).Настоящее учебное пособия содержит описание 17 лабораторных работ (какправило, по учебному плану студенты выполняют 6-7 работ) с кратким теоретическим введением к каждой работе.Лабораторные работы условно распределены по 3 модулям:1. радиоактивность и методы регистрации радиоактивных излучений;2.
контроль радиационной обстановки и радиоактивность окружающейсреды;3. применение радионуклидов в химии, медицине и других областях наукии техники.В пособии на примере ряда практических работ рассматриваются вопросы математической статистики и обработки результатов измерений. В пособие включеныпримеры расчетных задач по некоторым разделам курса для самостоятельного решения. Приведены необходимые для расчетов справочные таблицы.3РАБОТА 1. ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ С ПОМОЩЬЮ СЧЕТЧИКОВГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА1.1.
Принцип работы газовых ионизационных детекторовЯдерное излучение в подавляющем большинстве случаев регистрируется с помощью детекторов – устройств, преобразующих энергию ядерного излучения в соответствующие электрические сигналы, которые затем измеряются и записываются радиометрической аппаратурой. Работа детекторов основана на ионизирующем действииизлучения или эффектах, обусловленных ионизацией вещества. Ниже кратко рассматривается механизм регистрации ядерного излучения с помощью газовых ионизационных детекторов, среди которых наибольшее применение находят счетчики Гейгера-Мюллера.Детекторы представляют собой заполненное газом устройства с двумя электродами,на которые подается высокое напряжение (схема включения на рис.
1.1). Под действием электрического поля электроны и ионы, образовавшиеся при прохожденииядерной частицы (фотона) через рабочий объем детектора, направленно перемещаются к электродам. При этом происходит «разряд» источника высокого напряжения через газовую среду и создается13разность потенциалов (выходCной сигнал) на сопротивленииR. Амплитуда выходного сигнала во многом определяетсяпроцессом развития разряда,R5который, в свою очередь, зави2сит от приложенного напряжения, конструкции детектора+4и состава газа-наполнителя.В настоящей работе используются цилиндрические самогасящиеся галогенные счетчики Гейгера-Мюллера типаРис. 1.1.
Схема включения газового счетчика:СТС, рабочий объем которых1- анод; 2 – катод; 3 – изолятор; 4- источникзаполнен смесью аргона (освысокого напряжения; 5- блок регистрации;новной компонент) и хлораR – нагрузочное сопротивление; C - конденсаторили паров брома (гасящая добавка). Стенки цилиндра являются катодом, а натянута пооси счетчика тонкая металлическая нить – анодом. На электроды подается рабочеенапряжение 400÷450 В. Поскольку диаметры электродов различаются между собой всотни раз, напряженность поля вблизи нити на 2-3 порядка выше, чем около стенкицилиндра.
Следует отметить, что цилиндрический катод-стенка и расположенный коаксиально анод-нить являются общим элементом конструкции счетчиков ГейгераМюллера любого типа.Счетчики Гейгера-Мюллера характеризуются тем, что в некотором интервале подаваемого на электроды напряжения амплитуда выходного сигнала не зависит отэнергии ядерной частицы. Рабочее напряжение, от правильного выбора которого вомногом зависит стабильность работы счетчика, должно соответствовать середине это4го интервала.
В регистрирующих приборах, которые, как правило, снабжены детекторами определенного типа, требуемое (указанное в паспорте) постоянное напряжениеподдерживается автоматически.Рабочее напряжение обеспечивает появление так называемого «прерываемого коронного разряда». Электроны и ионы, образовавшиеся как при прохождении ядернойчастицы (фотона) через рабочий объем детектора, так и на следующих стадиях развития разряда, ускоряются электрическим полем и приобретают энергию, достаточнуюдля ионизации и возбуждения большого числа атомов. В результате в пространствевблизи анода образуются лавины заряженных частиц. Фотоионизация молекул галогена и материала катода электромагнитным излучением возбужденных атомов аргонаспособствует мгновенному распространению разряда вдоль всей длины анода.
В рабочем объеме детектора образуется до 109 пар ионов, причем их число не зависит отпервичной ионизации.Электроны быстро (менее, чем за 106 с) собираются на аноде, что вызывает импульс напряжения на сопротивлении R и позволяет зарегистрировать частицу. Приэтом вокруг анода остается «чехол» малоподвижных положительных ионов инапряженность поля уменьшается настолько, что разряд прерывается, а следующаяядерная частица не может вызвать новых лавин. Счетчик будет готов регистрироватьновую частицу тогда, когда пространственный положительный заряд переместится ккатоду и разность потенциалов между электродами достигнет порогового значения,при котором возможен коронный разряд.
Время восстановления «работоспособности» детектора определяется в основном скоростью дрейфа положительных ионов исоставляет примерно 104 с, что соответствует минимальному интервалу временимежду двумя последовательными частицами, которые могут быть зарегистрированыраздельно (разрешающее время детектора ).Необходимо отметить, что в счетчике, заполненным только аргоном, после восстановления напряжения на электродах коронный разряд развивается уже без участияядерной частицы.
Нейтрализация положительных ионов аргона на катоде и (или)фотоионизация материала стенок приводит к появлению свободных электронов, которые порождают новые ионные лавины и, соответственно, ложный импульс. Через104 с цикл повторяется. В результате возбуждается прерывистый коронный разряди детектор становится нечувствителен к ядерным излучениям. Для устранения ложных разрядов в рабочий объем вводят вещества, молекулы которых имеют существенно более низкий потенциал ионизации, чем атомы аргона.
При столкновенияхионы аргона передают заряд и энергию возбуждения молекулам примеси. Дезактивация этих возбужденных молекул происходит, в основном, безизлучательно и сопровождается их диссоциацией. Таким образом, гасящие добавки резко уменьшают вероятность появления ложных импульсов и полностью исключают возможность возникновения «неуправляемого» коронного разряда.Развитие прерываемого коронного разряда предопределяет большую амплитудувыходного импульса и, соответственно, высокую чувствительность счетчика: частица, создавшая хотя бы одну пару ионов, будет зарегистрирована.
Это делает счетчикиособенно удобными для регистрации –частиц, имеющих непрерывный спектр энергий. Вместе с тем независимость амплитуды импульса от энергии ионизирующей частицы не позволяет использовать счетчики Гейгера-Мюллера в спектрометрическихисследованиях.Важными характеристиками счетчиков являются фон и разрешающее время.5Фон (скорость счета фона) – число импульсов, зарегистрированных прибором вединицу времени, в отсутствие исследуемых радиоактивных препаратов. Фон детектора обусловлен как внешним излучением (космические лучи, естественная радиоактивность конструкционных материалов, лабораторные источники излучения, радиоактивные загрязнения деталей радиометрической установки и т.п.), так и самопроизвольными разрядами в счетчике (ложные импульсы). Поскольку устранить все причины появления фона нельзя, измеряемая скорость счета препарата всегда содержитфоновую составляющую.
Фон оказывает влияние на точность определения скоростисчета радиоактивного вещества и тем большее, чем ниже активность препарата (см.уравнение (1.32)). Очевидно, что фон надо свести к минимуму. В частности, чтобыуменьшить влияния внешнего излучения счетчик обычно помещают в защитный “домик” из свинца.Фон, среднее значение которого указано в техническом паспорте каждого детектора, зависит от типа детектора, его конструкции, а также условий и срока эксплуатации.
Например, у счетчиков типа СТС фон не должен быть выше 110 имп/мин. Превышение этого уровня, при условии правильно установленного рабочего напряженияи отсутствия радиоактивных загрязнений в защитном домике, указывает на выходсчетчика из строя.Разрешающее время (τ) детектора или установки в целом – это минимальный интервал времени между двумя последовательными импульсами (частицами), которые регистрируются раздельно. В течение времени установка не может фиксировать появление других частиц в рабочем объеме детектора.
Потери при регистрации в общемслучае определяются той частью установки, у которой разрешающее время максимально. Разрешающее время самогасящихся счетчиков Гейгера-Мюллера составляетприблизительно 104 с, сцинтилляционных детекторов - 108÷106 с, полупроводниковых – 108÷107 с. Электронные схемы блоков регистрации конструируются в каждомслучае, как правило, так, чтобы их разрешающее время было меньше указанных значений . Поэтому соответствующие потери определяются детекторами.Пусть в рабочий объем детектора проникает Iт частиц в секунду, каждая из которых ионизирует рабочее вещество. При этом установка фиксирует Iс импульсов (частиц).
Тогда доля незарегистрированных частиц, в первом приближении, составит·Iс, а их среднее число будет равняться Iт··Iс. Число незарегистрированных частицравно:Iт·· Iс = Iт Iс(1.1)Согласно (1.1), разрешающее время можно рассчитать по уравнению:Iт IсIт Iс(1.2)Разрешающее время можно определить, например, по изменению скорости счетасерии препаратов с известной абсолютной активностью (Аi) каждого из них (см.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
