Вимірювання потужності експозиційної дози природного гама-фону

Мета роботи: Отримати навики проведення дозиметричних вимірювань і провести експериментальну оцінку середньої потужності експозиційної дози природного фону іонізаційного випромінювання.

Прилади та обладнання: дозиметр (лічильника Гейгера–Мюллера), секундомір.

Перед початком виконання лабораторної роботи повторими теоретичний матеріал та результати лабораторної роботи «Вивчення поглинання іонізуючого випромінювання речовини за допомогою лічильника Гейгера–Мюллера» із курсу атомної фізики.

Теоретичні відомості

Важливою характеристикою радіоактивних препаратів є їхня активність. Активністю препарату називають величину, що дорівнює загальній кількості розпадів радіоактивних ядер препарату за одиницю часу.

.

За одиницю активності беруть активність препарату, в якому відбувається один розпад за секунду. Цю одиницю називають бекерель (Бк):

.

Активність зазначають у паспорті препарату. З часом вона зменшується і на це треба робити поправку.

Дозою опромінення називають міру дії радіоактивного випромінювання на речовину. Розрізняють дозу поглинання і дозу експозиційну.

Поглинута доза – енергія випромінювання, яка поглинається одиницею маси опроміненого середовища,

.

Одиницею поглинутої дози є грей (Гр): . Використовується також позасистемна одиниця – рад:. Енергія поглинання спричиняє нагрівання речовини і її хімічні та фізичні перетворення. Поглинута доза залежить від інтенсивності потоку енергії падаючого проміння і в усіх випадках від часу опромінювання. Тому результат дії останньої оцінюють потужністю поглинутої дози – дозою, віднесеною до одиниці час; її одиницею є грей за секунду.

Потужність дози поглинання – це доза, віднесена до одиниці часу; її одиницею є грей у секунду.

Експозиційна доза – міра іонізаційної дії випромінювання в речовині, що чисельно дорівнює відношенню сумарного заряду іонів одного знаку, створених випромінюванням, до маси опроміненого середовища:

.

Одиниця вимірювання експозиційної дози позасистемна одиниця – рентген:

.

Еквівалентна доза. Встановлено, що біологічна дія різних видів випромінювання при тій самій дозі поглинання різна. Біологічні небезпечні ефекти різного іонізуючого проміння характеризують порівняльним коефіцієнтом якості К за дією рентгенівського і гамма-проміння (для них К = 1). Еквівалентна доза визначається добутком поглинутої дози на коефіцієнт якості проміння

.

Її вимірюють в одиницях поглинутої дози – греями; позасистемною одиницею еквівалентної дози є бер, що відповідає поглинутій дозі в 0,01 Гр при К = 1; у СІ за одиницю еквівалентної дози взято зіверт:

.

Коли йдеться про дію випромінювання на живий організм, дозу оп­ромінювання слід суворо контролювати. Особливо це стосується дії рентгенівського та γ-випромінювання, яке внаслідок великої проникної здатності може пошкодити органи і тканини людини. Внаслідок опромінювання відбувається іонізація атомів та молекул, які входять до складу організму. Відбувається розрив молекулярних зв’язків і зміни хімічної структури складних органічних сполук. Крім того, іонізуюче опромінювання зумовлює розщеплення молекул води, се­редній вміст якої в організмі людини становить 75-80%. Іонізація молекул води веде до утворення вільних радикалів і проміжних хі­мічних сполук, які, в свою чергу, сполучаються з молекулами органіч­них речовин і, насамперед, з білками. Останні утворення є здебіль­шого новими хімічними сполуками, які невластиві організму в нор­мальному стані. Це спричиняє порушення життєдіяльності клітин людського організму.

При великій дозі опромінення в організмі виникають складні необоротні процеси – променева хвороба.

Згідно з санітарними нормами, в Україні встановлена гранично до­пустима доза –Кл/кг (50 мР) за восьмигодинний робочий день.

Разові дози до Кл/кг (50 Р) не шкідливі для організму. Більші разові дози опромінювання можуть бути причиною променевої хвороби різних ступенів та привести до смерті людини.

Дозиметр–сигналізатор, який використовується в даній лабораторній роботі, дає можливість виявити природне - випромінювання, оцінити за допомогою звукової сигналізації його інтенсивність, а також вимірятипотужність експозиційної дози (ПЕД) природного - фону в мкР/год.

На рис. 1 наведено результат вимірювань потужності експозиційної дози природного радіаційного фону, зроблених за допомогою промислового дозиметра-радіометра “Сосна”. На горизонтальній осі відкладена потужність експозиційної дози в мкР/год, а по вертикалі – кількість випадань одного і того ж значення. Кожна точка на даній гістограмі відповідає одному вимірюванню. Як видно з гістограми, найбільш імовірне значенняпотужності експозиційної дози, яка відповідає її максимуму, дорівнює = 7-8мкР/год.

Одне вимірювання дозиметром “Сосна” триває за часом більше 20 с. Цей проміжок часу в подальшому будемо називати часовим вікном (залежить від типу дозиметра).

Виконання роботи здійснюється лабораторним дозиметром, для якого часове вікно вказане на робочому місці. Воно визначається саме типом промислового дозиметра, за допомогою якого проводиться тестування лабораторного дозиметра. У нашому випадку тестування здійснювалось за допомогою дозиметра “Сосна”.

Рис. 1. Потужність експозиційної дози природного радіаційного фону

Тестування проводять таким чином. За допомогою лабораторного дозиметра підраховують число звукових сигналів впродовж часового вікна. Проводять ряд таких вимірювань, кількість яких повинна бути такою як і на дозиметрі “Сосна”. Далі будують аналогічну до рис.1 гістограму, де по горизонталі відкладають можливі числакількості звукових імпульсів протягом одного часового вікна, а по вертикалі – кількість випаданьданого значення із проведеного ряду вимірювань. З одержаної гістограми за максимумом визначаємо найбільш імовірне значення числа, тобто.

Відношення , визначає коефіцієнтS, на який необхідно помножити найбільш імовірне число звукових імпульсів, які видає лабораторний дозиметр при вимірюванні радіаційного фону протягом часового вікна. Його значення подається на робочому місці (тестування кожного дозиметра проводиться заздалегідь і вказується значення S). Отже, виміряне значення потужності експозиційної дози в мкР/год дорівнює

(1)

і є найбільш імовірним значенням потужності експозиційної дози природного радіаційного фону.