- •История развития радиометрии.
- •Закон радиоактивного распада. Вероятностный характер радиоактивного распада.
- •Закон радиоактивного распада. Статистический характер радиоактивного распада.
- •Удельная активность: массовая, объемная. Основные и производные единицы измерения.
- •Принципы регистрации ионизирующих излучений.
- •Взаимодействия альфа-излучения с веществом. Ионизационные и радиационные потери энергии.
- •Взаимодействия бета-излучения с веществом. Ионизационные и радиационные потери энергии.
- •Взаимодействия гамма-излучения с веществом. Ионизационные и радиационные потери энергии.
- •Закон радиоактивного распада: интегральная и дифференциальная формы. Графическое выражение.
- •Классификация методов регистрации ионизирующих излучений.
- •Классификация детекторов ионизирующих излучений.
- •Основные характеристики детекторов ионизирующих излучений.
- •Вольт-амперная характеристика газового разряда. Область Гейгера.
- •Принцип работы и классификация счетчиков Гейгера–Мюллера.
- •Устройство и принцип работы торцового газоразрядного счетчика Гейгера–Мюллера
- •Устройство и принцип работы цилиндрического газоразрядного счетчика Гейгера–Мюллера.
- •Счетная характеристика счетчика Гейгера–Мюллера.
- •21. Эффективность регистрации частиц детектором.
- •26. Характеристика методов измерения активности.
- •27. Абсолютные методы измерения активности.
- •28. Относительные методы измерения активности. Условия стандартизации.
- •29. Геометрический фактор.
- •30. Мертвое время детектора. Поправки на мертвое время.
- •31. Мертвое время детектора. Определение мертвого времени счетчика методом двух источников.
- •32. Самопоглощение и саморассеяние бета-излучения в образце.
- •33. Слой насыщения и слой половинного ослабления бета-излучения в веществе.
- •34. Определение пригодности счетчика Гейгера–Мюллера к работе.
- •35. Понятие газового разряда. Ионизационный ток.
- •36. Погрешности измерений. Классификация погрешностей измерений.
- •37. Абсолютные и относительные погрешности.
- •38. Дисперсия. Стандартное отклонение.
- •39. Классификация радиоактивных образцов по толщине. Введение поправки на самопоглощение в зависимости от толщины образца.
- •41. Альфа-излучение (что представляет собой, его свойства).
- •42. Бета-излучение (что представляет собой, его свойства).
- •43. Гамма-излучение (что представляет собой, его свойства).
- •44. Устройство, назначение и принцип работы гамма-радиометра ркг-01 «Алиот»
37. Абсолютные и относительные погрешности.
За абсолютную погрешность отдельного измерения принимают разность между значением среднего арифметического N измеряемой величины и значением , полученным при отдельном
23
измерении в общем случае. За абсолютную погрешность отдельного измерения принимают разность между значением среднего арифметического N измеряемой величины и значением , полученным при отдельном измерении:
1 1 , 2 2 и т. д.
В общем случае .
Абсолютные погрешности могут быть положительными и отрицательными, но их сумма всегда равна нулю:
Среднее значение N принято характеризовать двумя величинами: среднеарифметической погрешностью , или , и среднеквадратичной погрешностью m.
Средней абсолютной погрешностью результата N !среднеарифметической) называется среднеарифметическое абсолютных значений ошибок всех измерений независимо от их знака:
Часто используют среднюю относительную ошибку ε результата измерения. Это отношение средней абсолютной ошибки результата ∆N к его среднему значению N :
Относительные ошибки принято выражать в процентах:
Отношение абсолютных ошибок отдельных измерений к соответствующим значениям, полученным в результате измерения, называют относительными ошибками отдельных измерений: 1
38. Дисперсия. Стандартное отклонение.
39. Классификация радиоактивных образцов по толщине. Введение поправки на самопоглощение в зависимости от толщины образца.
Введение поправки на самопоглощение в зависимости от толщины образца. По толщине радиоактивные образцы делят на тонкослойные, средние (промежуточные) и толстослойные (бесконечно толстые).
Толстослойным образцом называется образец такой толщины, дальнейшее увеличение которой не приводит к увеличению выхода бета-частиц, поступающих из нижних слоев этого образца. Экспериментально установлено, что практически рост выхода бета-частиц прекращается при толщине слоя, равной утроенному значению слоя половинного ослабления вещества образца, т. е. d = 3 · d1/2.
Слоем половинного ослабления d1/2 называют слой вещества, ослабляющий бета-излучение вдвое.
Тонкослойные образцы должны иметь возможно меньшую толщину, которая ориентировочно лежит в пределах 0 < d < d1/2. Образцами промежуточной толщины принято называть такие образцы, толщина которых лежит в пределах между тонко- и толстослойными образцами.
Если обратиться к рис. 44, то кривую самопоглощения можно разбить на три участка: ОА, АБ и БВ. Соответствующие этим участкам образцы называют тонкими, промежуточными и толстыми.
Участок ОА характерен для тонких образцов, т. е. 0 < d < d1/2. Поправку на самопоглощение для тонких образцов вводят описанными выше экспериментальными методами. При работе с очень тонкими образцами, для которых толщина составляет 0 < d < 0,2 · d1/2, как правило, поправку вводить не нужно (S = 1), так как эффекты рассеяния и самопоглощения на таких толщинах сказываются очень слабо. Однако если требуется высокая точность (< 1 %), то пренебрегать самопоглощением можно лишь при толщине d = 0,01 · d1/2.
Участок АБ кривой самопоглощения обычно более протяженный, чем показано на рис. 44. Эта часть кривой отвечает самопоглощению в промежуточных образцах, толщина которых находится в широком интервале d1/2< d < 3 · d1/2 (можно встретить d1/2 < d < Rmax, так как 3 · d1/2 ≈ Rmax). Поправку на самопоглощение для промежуточных образцов можно также найти по графику вышеуказанными методами. Достоверность графического определения коэффициента S и в этом случае ограничивается трудностями при проведении касательной к кривой самопоглощения.
Значение поправки на самопоглощение в интервале АБ можно получить и теоретически, если исходить из экспоненциального закона поглощения бета-частиц в веществе. Эта формула (вывод ее не приводится) имеет вид
, (3)
где µ – массовый коэффициент ослабления бета-излучения в веществе, см2/г;
d – толщина образца, г/см2.
Если учесть, что µ = 0,693/d1/2, то формулу (3) можно записать в виде
, (4)
где d1/2 – слой половинного ослабления для бета-излучения данной энергии, г/см2;
d – толщина образца, г/см2.
При (d/d1/2) > 4 можно пренебречь вторым членом, стоящим в скобках, так как он в этом случае стремится к нулю. Тогда выражение (4) для коэффициента поглощения S упрощается и имеет вид
. (5)
Величина d1/2, входящая в формулу (4) или (5), должна определяться экспериментально в процессе измерения скорости счета (активности) исследуемого образца. Необходимость измерения d1/2 для каждого образца обусловлена тем, что слой половинного ослабления зависит от энергии бета-частиц, а следовательно, и от «возраста» радиоактивного образца. Полагая, что эффективный атомный номер алюминиевого фильтра (тонкой пластины) примерно равен эффективному атомному номеру вещества, образца, величину d1/2 можно определить по данным двух измерений, одно из которых произведено с фильтром, другое – без фильтра.
Скорость счета от образца с фильтром Nф и скорость счета от образца без фильтра N связаны между собой соотношением
,
где µф – массовый коэффициент ослабления фильтра, см2/г;
dф – толщина фильтра, г/см2.
Учитывая связь µф = 0,693/d1/2.
,
откуда
или .
Произведя логарифмирование этого выражения, получим:
, откуда . (6)
Если использовать это соотношение, то формула (5) примет вид
. (7)
Однако формулы (3), (4) и (7) не учитывают рассеяние бета-излучения в образце и могут внести погрешность в определение активности до 10–20 % за счет неучета саморассеяния. Экспериментальные исследования показывают, что изменение потока бета-частиц за счет эффектов самопоглощения и саморассеяния в веществе образца в телесном угле, меньшем 2p, не подчиняется экспоненциальной зависимости. Это особенно проявляется для образцов толщиной d > 3 · d1/2 и объясняется возрастающим влиянием многократного рассеяния бета-частиц. Если для тонкослойных образцов бета-излучение можно считать изотропным (равномерно распределенным по всем углам вылета), то по мере увеличения толщины активного слоя изотропное распределение частиц нарушается в сторону роста числа бета-частиц, вылетающих по направлениям, близким к нормали (перпендикуляру) на поверхность образца. Поэтому фактическая поправка на самопоглощение в образце зависит от телесного угла (геометрического фактора ω), в пределах которого бета-частицы попадают в чувствительный объем счетчика.
Для образцов толщиной d ≥ (2÷3) · d1/2 анизотропия бета-излучения приводит к тому, что коэффициент S отличается от величины, рассчитанной по формуле (4), и определяется выражением
, (8)
где ξ = 1 + 0,8·cos(α/2). (9)
Здесь ξ ≥ 1 – коэффициент саморассеяния (поправка на саморассеяние), т. е. дополнительный множитель, учитывающий влияние неизотропного распределения бета-частиц на скорость счета; α/2 – половинная апертура торцового счетчика (рис. 47). Формула (9) справедлива (с ошибкой 10 %) при условии d ≥ 3 · d1/2 и для образцов, радиус которых не превышает половины радиуса окна торцового счетчика. Учитывая, что геометрический фактор К для торцового счетчика связан с углом α/2 формулой ω = 0,5 · (l – cos(α/2)), получим ω = 0,5 – 0,5 · cos(α/2), откуда cos(α/2) = 1 – 2 · ω. Тогда, подставляя в формулу (9), получим:
ξ = 1 + 0,8 · (1 – 2 · ω) = 1,8 – 1,6 · ω, (10)
причем 0 ≤ ω ≤ 0,05. Из формулы (10) следует, что чем меньше геометрический фактор ω, тем больше коэффициент саморассеяния ξ, т. е. относительно больше частиц попадает в счетчик по сравнению с тонким образцом, для которого ξ = 1.
Для предельного случая, когда образец помещают вплотную к окну счетчика (телесный угол Ω = 2 · p и ω = 0,5), получим ξ = 1 и, следовательно, учитывается только коэффициент самопоглощения S. Это и понятно: в условиях «2p-геометрии» независимо от углового распределения бета-частиц, выходящих из поверхности образца в верхнюю полусферу, все они попадут в эффективный телесный угол счетчика. Если же образец толщиной d ≥ (2÷3) · d1/2 находится на большом расстоянии h от окна счетчика, то геометрический фактор очень мал (ω → 0) и, следовательно, ξ = 1,8, т. е. коэффициент самопоглощения (S · ξ = 1,8 · S) будет почти вдвое превышать величину, рассчитанную по формуле (4).
40. Подготовка тонко- и толстослойных образцов.