1. Ход работы

1.1. Познакомится с устройством и принципом работы измерительной установки, состоящей из сцинтилляционного детектора NaJ(Tl) с фотоумножителем. На рис. Приведена принципиальная хема установки для проведения лабораторной работы. Рекомендуется начать измерения через 10-20 мин после включения высокого напряжения.

1. Источник гамма-излучения: цезий-137 или кобальт-60.

2. Свинцовая защита.

3. Коллиматор источника

4. Объект контроля: изделие из стали, свинца или других мате­риалов.

5. Коллиматор детектора

6. Сцинтилляционный детектор с ФЭУ.

7. Анализирующее и регистрирующее устройство

1.2. Определяем скорость счета фона установки I_ф(измерение не менее 3-х раз). Установить радионуклидный источник ( Co-60, Cs-137 из набора ОСГИ по указанию преподавателя) в свинцовой защите на дер­жатель напротив коллиматора детектора. Провести три измерения без ослабляющих пластин I₀ (имп/мин). Затем положить на коллиматор источника 1 пластину и повторить измерение I₁ также 3 раза. В дальнейшем проводим измерение по 3 раза при добавлении каждый раз по 1 пластине (пока не кончатся все n пластин). Записать все показания. Все пластины убрать с коллиматора источника. Все результаты измерений и расчетов оформляем в виде таблицы. Графически строим зависимость ln(I_nср – I_ф) -l . Выделяем прямолинейные участки. Если найден один прямолинейный участок, то обрабатываем экспериментальные данные методом наименьших квадратов, находим коэффициенты регрессии и определяем массовый коэффициент µ поглощения. Найденное значение сравнивают со справочным коэффициентом ослаб­ления данного материала и для данной энергии (Еср = 1,25 МэВ для Co-60). Табличные данные привести для широкого и узкого пучка в виде графиков в координатах ln(I_nср – I_ф) -l

1.3. Полученные от преподавателя три образца (под номерами 1,2,3) подвергнуть следующей процедуре: каждый из образцов измеряют в трех различных геометриях(ближнее среднее и дальнее положение), т.е. выполняют грубое сканирование образцов. Каждое измерение повторяют три раза. Таким образом для всех трех образцов получается 27 различных результатов измерения скорости счета.

2. Обработка экспериментальных данных.

2.1. Данные, полученные по п. 1.2. используем для построения реальной кривой поглощения гамма-излучения в координатах ln(I_nср – I_ф) –l. На этот же график наносим расчетные кривые(для той же исходной величины скорости счета I_о) с использованием табличных данных для узкого и широкого пучков. Для построения этих кривых используем следующие данные: (поглотитель –свинец). Все другие данные, если они необходимы, такие как µ_масс, d_½ исполнитель считает сам.

рн	µ“-шир, см-1	µ“-узк, см-1
Co-60	0,46	0,65
Cs-137	0,934	1,25

2.2. Обработка данных сканирования:

2.2.1. Определяют средние скорости счета (с нахождением доверительного интервала для каждой точки(всего 9) с использованием критерия Стьюдента).

2.2.2. Определяют статистическую тождественность (или ее отсутствие) для измерений каждого образца. Если тождественность установлена, определяют сводный (обьединненый) результат для образца в целом и его погрешность.

2.2.3. Сравнивают результаты двух образцов, для которых установлено отсутствие дефектов, и, если они статистически тождественны, и проводят обьединение всех результатов (18) с расчетом нового (меньшего) значения ширины доверительного интервала.

2.2.4. Для образца статистически неоднородного, находят уточненные результаты скоростей счета (можно попытаться обьединить 2 из 3 результатов).

2.2.5. Полученные результаты используют для определения параметров дефекта (место, глубина).

4. Сделать выводы в целом о возможностях этого метода для оценки дефектности изделий.

Лабораторная работа № 3. Определение чувствительности метода радиационной толщинометрии.

Снятие кривой ослабления бета-излучения пленками лавсана и сульфида свинца на лавсане, расчет коэффициентов ослабления. Определение чувствительности и нахождение области максимальной чувствительности в определении толщины.

Список вопросов для самоконтроля

1. Опишите внутриядерные процессы, происходящие при бета-превращениях: -распад (испускание ядром электрона), +-распад (испус­кание позитрона) и электронный за­хват.

2. Рассмотрите механизмы взаимодействия -излучения с веществом.

3. Запишите экспоненциальную формулу для ослабления -частиц. Определите границы ее корректного использования, линейный и массовый коэффициент ослабления. Пробеги электронов в веществе.

4. Оцените возможности метода для определения толщины тонких композиционных пленок.

Ход работы

1. Познакомится с устройством и принципом работы измерительной установки, состоящей из газоразрядного счетчика либо сцинтилляционного детектора NaI(Tl) с фотоумножителем. На рис. Приведена принципиальная схема установки для проведения лабораторной работы. Источником бета-излучения служит закры­тый препарат радионуклида C-14 (T _1/2-5730 лет, Е _{бетамах}=0,156 МэВ). В качестве объекта контроля используют лавсановую пленку, покры­тую слоем сульфида свинца.

Схема установки

1. Источник бета-излучения C-14.

2. Коллиматор.

3. Объект контроля.

4. Детектор излучения.

5. Анализирующее и регистрирующее устройство

2. Определяем скорость счета фона установки I_ф. Устанавливаем держатель проб с радионуклидным источником углерода-14 на определенном расстоянии от детектора. Измеряем скорость счета препарата без ослабляющего материала I₀ (имп/с). Затем укладываем на препарат С-14 одну пленку лавсана и измеряем, скорость счета I₁ . Поочередно добавляя по одной (или по две - по указанию преподавателя) пленке, снимаем зависимость скорости счета I_n от числа пленок n. Для каждого I_n , (включая I₀) делаем по 3 измерения для последующего нахождения среднего значения I_nср±ΔI_n. То же самое повторяем со слоями алюминиевой фольги (с известной толщиной).

3. Повторяем вышеуказанные в п.2 операции по измерению ослабления для композиционного материала. Все результаты измерений и расчетов оформляем в виде таблицы. Рассчитываем массовую толщину поглотителя d = d₁ • n, где d - массовая толщина одной пленки, истинную скорость образца и значение ее натурального логарифма ln(I_nср – I_ф) . Графически строим зависимость ln(I_nср – I_ф) -d . Выделяем прямолинейные участки. Если найден один прямолинейный участок, то обрабатываем экспериментальные данные методом наименьших квадратов, находим коэффициенты регрессии и определяем массовый коэффициент поглощения. Для лавсана d_l =8,8•10^-4 г/см² , для композиционного материала d_k =15,5•10^-4 г/см² для тонких слоев сульфида свинца, нанесенных с двух сторон на лавсановую пленку, d_PbS =6,7•10^-4 г/см² . Максимальное количество пластин определяется постоянством регистрируемой скорости счета, равной скорости счета фона.

Таблица 1

Результаты измерения ослабления β-излучения от толщины поглотителя

№ п/п	n	d, г/см2	I , имп/мин	ln (I – Iф)
	0
	1
	2

4. Определяем массовые коэффициенты ослабления µ_l и µ_к. По формуле µ_к • d_k = µ_l • d_l + µ_PbS • d_PbS рассчитываем массовый коэффициент ослабления сульфида свинца, оцениваем погрешность определения µ_PbS ±Δµ_PbS .

4.4. Из справочной таблицы (прил. 1) методом линейной интер­поляции находим массовый коэффициент ослабления бета-излучения в алюминии. Рассчитываем массовые коэффициенты ослабления для свин­ца и для серы по формуле µ_i = µ_Al • (Z/A)_Al / (Z /A)_i

По правилу аддитивности находим массовый расчетный коэффициент ослабления сульфида свинца µ_PbS“= Σ р _i •µ_i .

где р _i - массовая доля i- го компонента сложного вещества, Z_i и A_i - атомный номер и массовое число i-го компонента сложного вещества.

Сравниваем расчетное значение µ_PbS“ с найденным из экспериментальных данных µ_PbS ±Δµ_PbS .

Лабораторная работа № 4. Исследование спектров тормозного и характеристического излучения.

Список вопросов для самоконтроля

1. 1. Рассмотрите принципы генерации излучения в рентгеновской трубке, основные закономерности спектров характеристического, тормозного излучения.

2. 2. Расскажите о конструктивном устройстве рентгеновской трубки. Анод, катод, корпус.

3. 3. Опишите основные способы радиационного контроля с использованием рентгеновских трубок.

4. 4. Чем различаются процессы упругого и неупругого взаимодействия? Приведите примеры этих процессов при взаимодействии фотонного излучения с веществом.

5. 5. Характеризуйте механизмы взаимодействия фотонного излучений с веществом.

Ход работы

1. 1. После ознакомления с устройством прибора снимаем спектры от образцовых металлов Al, Ti, Fe, Sn, W, Pb. Результаты измерений заносятся в таблицы.

2. На основании этих данных строим энергетические спектры, зависимости I аналитического сигнала от энергии Е. Выбираем пики характеристического излучения (раздельно для K, L серии) и стоим для них зависимости I аналитического сигнала от порядкового номера элемента Z. Выбираем два участка в фоновом непрерывном спектре и аналогично строим для них зависимости I аналитического сигнала от порядкового номера элемента Z. Полученные зависимости аппроксимируем в координатах I-Z и строим уравнение регрессии, находим коэффициент корреляции.

3. Обсудите полученные результаты и сделайте выводы.

Лабораторная работа № 5. Измерение толщины металлических слоев (покрытий) путем измерения характеристического и отраженного излучения.

Список вопросов для самоконтроля

1. 1. Опишите принцип рентгенофлуоресцентного анализа

2. 2. На каких эффектах взаимодействия излучения с веществом основаны важнейшие методы регистрации излучений?

3. 3. Раскройте принципы основных способов толщинометрии.

4. 4. Предложите алгоритм измерения толщины многослойных покрытий.

Ход работы

1. Получить у преподавателя набор образцов с эталонными толщинами (алюминиевые пластинки, полиэтиленовые пленки), измерить и рассчитать для них площадь в см², определить массу и рассчитать массовую толщину d_i, мг/ см².

2. Снимаем спектры от образцовых алюминиевых пластин, полиэтиленовых пленок. Результаты измерений заносим в таблицы.

3. Построить зависимости аналитического сигнала от толщины для характеристического и отраженного излучения для каждого слоя.

2. 4. Снимаем спектр от сложного образца неизвестной толщины. Рассчитываем толщину каждого слоя для различных методов.

3. 5. Делают оценку погрешности результата для различных методов.

6. Обсудите полученные результаты и сделайте выводы.

Лабораторная работа № 6. Спектрометрия ионизирующего излучения

Список вопросов для самоконтроля

1. 1. Укажите особенности качественного и количественного анализа источников ионизирующего излучения.

2. 2. Опишите работу амплитудного анализатора. Объясните принцип построения амплитудного распределения, дайте определения «номера канала», «живого», «мертвого», текущего времени.

3. 3. Опишите, как проводится построение градуировочных зависимостей по энергии, по эффективности регистрации и разрешению от энергии.

4. 4. Объясните особенности формы аппаратурного γ-спектра для детекторов разных типов. Дайте определение понятие пика полного поглощения (ППП). Определите алгоритм действий при идентификации радионуклидов.

5. 5. Опишите принцип работы полупроводникового (сцинтилляционного) детектора. Объясните механизм регистрации γ-излучения и возникновения полезного сигнала с привлечением зонной теории твердого тела.

Ход работы

Тип спектрометра и комплект измерительной аппаратуры указываются преподавателем (может быть предложен для этой цели полупроводниковый или сцинтилляционный детектор). Выдается соответствующие источники излучения. Активность градуировочного источника выбирают, исходя из условия, чтобы «мертвое» время не превышало (4-5)%.

При градуировке гамма-спектрометра количество и радионуклидный состав градуировочных источников выбирают, исходя из того, что в интервале энергий 50-1400 кэВ должно быть получено не менее 6 значений эффективности, отвечающих разным энергиям регистрируемых гамма-квантов.

1. Познакомится с устройством и принципом работы блоков, входящих в состав спектрометра. Включите аппаратуру, дайте ей прогреться в течение 20 минут.

2. Поместите перед детектором источник излучения, вхо­дящих в комплект ОСГИ, снимите его спектр. Повторите для 2-4 радиоактивных источников.

3. Проанализируйте графики аппаратурных спектров всех изучавшихся источ­ников и проведите их обработку

4. С использованием паспортных данных эталонных источников постройте: 1. Градуировочную кривую спектрометра по энергии; 2. Зависимость эффек­тивности регистрации от энергии; 3. Зависимость разрешения от энергии.

5. Снимите аппаратурный спектр неизвестного радиоактивного ис­точника и с помощью полученной выше градуировочной кривой опреде­лите энергию излучения этого препарата, проведите идентифика­цию радионуклида и определите его абсолютную активность с исполь­зованием известного значения эффективности для данной энергии из­лучения. При этом обязательно учитывают схему распада.

7. Обсудите полученные результаты и сделайте выводы.

Результаты обработки аппаратурных спектров заносят в рабочий журнал:

а_i, Бк -результаты измерения активности радионуклидов, содержащихся в счетном образце.

Таблица 1

№	Радионуклид	Е пасп, кэВ	n, канал	I, ППП, ипм/с	εj,абс	Ij,абс	ln Е	ln εj,абс	аi, Бк	ηсп, кэВ
	ОСГИ
	Х

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П.1

Критические значения t_p для различных уровней значимости, соответствующие двусторонней постановке задачи

Число степеней свободы f	Уровни значимости р
		0,10		0,05		0,02		0,01		0,001
1	6,314		12,706		31,821		63,657		636,619
2	2,920		4,303		6,965		9,925		31,598
3	2,353		3,182		4,541		5,841		12,941
4	2,132		2,776		3,747		4,604		8,610
5	2,015		2,571		3,365		4,032		6,859
6	1,943		2,447		3,143		3,707		5,959
7	1,895		2,365		2,998		3,499		5,405
8	1,860		2,306		2,896		3,355		5,041
9	1,833		2,262		2,821		3,250		4,781
10	1,812		2,228		2,764		3,169		4,587
11	1,796		2,201		2,718		3,106		4,437
12	1,782		2,179		2,681		3,055		4,318
13	1,771		2,160		2,650		3,012		4,221
14	1,761		2,145		2,624		2,977		4,140
15	1,753		2,131		2,602		2,947		4,073
16	1,746		2,120		2,583		2,921		4,015
17	1,740		2,110		2,567		2,898		3,965
18	1,734		2,101		2,552		2,878		3,922
19	1,729		2,093		2,539		2,861		3,883
20	1,725		2,086		2,528		2,845		3,850
21	1,721		2,080		2,518		2,831		3,819
22	1,717		2,074		2,508		2,819		3,792
23	1,714		2,069		2,500		2,807		3,767
24	1,711		2,064		2,492		2,797		3,745
25	1,708		2,060		2,485		2,787		3,725
26	1,706		2,056		2,479		2,779		3,707
27	1,703		2,052		2,473		2,771		3,690
28	1,701		2,048		2,467		2,763		3,674
29	1,699		2,045		2,462		2,756		3,659
30	1,697		2,042		2,457		2,750		3,646
40	1,684		2,021		2,423		2,704		3,551
60	1,671		2,000		2,390		2,660		3,460
120	1,658		1,980		2,358		2,617		3,373
	1,645		1,960		2,326		2,576		3,291

Таблица П.2

Значения ²_p для некоторых уровней значимости

Число степеней свободы f	Уровни значимости р
	0,99	0,975	0,95	0,05	0,025	0,01	0,001
1	0,00016	0,0010	0,0039	3,841	5,024	6,635	10,827
2	0,020	0,051	0,103	5,991	7,378	9,210	13,815
3	0,115	0,216	0,352	7,815	9,348	11,345	16,268
4	0,297	0,484	0,711	9,488	11,143	13,277	18,465
5	0,554	0,831	1,145	11,070	12,832	15,086	20,517
6	0„872	1,237	1,635	12,592	14,449	16,812	22,457
7	1,239	1,690	2,167	14,067	16,013	18,475	24,322
8	1,646	2,180	2,733	15,507	17,535	20,090	26,125
9	2,088	2,700	3,325	16,919	19,023	21,666	27,877
10	2,558	3,247	3,940	18,307	20,483	23,209	29,588
11	3,053	3,816	4,575	19,675	21,920	24,725	31,264
12	3,571	4,404	5,226	21,026	23,336	26,217	32,909
13	4,107	5,009	5,892	22,362	24,736	27,688	34,528
14	4,660	5,629	6,571	23,685	26,119	29,141	36,123
15	5,229	6,262	7,261	24,996	27,488	30,578	37,697
16	5,812	6,908	7,962	26,296	28,845	32,000	39,252
17	6,408	7,564	8,672	27,587	30,191	33,409	40,790
18	7,015	8,231	9,390	28,869	31,526	34,805	42,312
19	7,633	8,907	10,117	30,144	32,852	36,191	43,820
20	8,260	9,591	10,851	31,410	34,170	37,566	45,315
21	8,897	10,283	11,591	32,671	35,479	38,932	46,797
22	9,542	10,982	12,338	33,924	36,781	40,289	48,268
23	10,196	11,688	13,091	35,172	38,076	41,638	49,728
24	10,856	12,401	13,848	36,415	39,364	42,980	51,179
25	11,524	13,120	14,611	37,652	40,646	44,314	52,620
26	12,198	13,844	15,379	38,885	41,923	45,642	54,052
27	12,879	14,573	16,151	40,113	43,194	46,963	55,476
28	13,565	15,308	16,928	41,337	42,461	47,278	56,893
29	14,256	16,047	17,708	42,557	45,722	49,588	58,302
30	14,953	16,791	18,493	43,773	46,979	50,892	59,703
32	16,362	18,291	20,072	46,194	49,480	53,486	62,487
34	17,789	19,806	21,664	48,602	51,966	56,061	65,247
36	19,233	21,336	23,269	50,998	54,437	58,619	67,985
38	20,691	22,878	24,884	53,384	56,895	61,162	70,703
40	22,164	24,433	26,509	55,758	59,342	63,691	73,402

Таблица П.4

Критические значения F_р для р=0,025 (двусторонний критерий для 5%-ного уровня значимости)

f2	f1
	1	2	3	4	5	6	8	12	24	
1	647,7	799,5	864,1	899,5	921,8	937,1	956,6	976,7	997,2	1018,3
2	38,51	39,00	39,16	39,25	39,30	39,33	39,37	39,42	39,46	39,50
3	17,43	16,04	15,44	15,10	14,88	14,74	14,54	14,34	14,12	13,90
4	12,22	10,65	9,98	9,60	9,36	9,20	8,98	8,75	8,51	8,26
5	10,01	8,43	7,76	7,39	7,15	6,98	6,76	6,52	6,28	6,02
6	8,81	7,26	6,60	6,23	5,99	5,82	5,60	5,37	5,12	4,85
7	8,07	6,54	5,89	5,52	5,28	5,12	4,90	4,67	4,42	4,14
8	7,57	6,06	5,42	5,05	4,82	4,65	4,43	4,20	3,95	3,67
9	7,21	5,72	5,08	4,72	4,48	4,32	4,10	3,87	3,61	3,33
10	6,94	5,46	4,83	4,47	4,24	4,07	3,86	3,62	3,36	3,08
11	6,72	5,26	4,64	4,28	4,04	3,88	3,66	3,43	3,17	2,88
12	6,55	5,10	4,47	4,12	3,89	3,73	3,51	3,28	3,02	2,72
13	6,41	4,96	4,35	4,00	3,77	3,60	3,39	3,15	2,89	2,60
14	6,30	4,86	4,24	3,89	3,68	3,50	3,28	3,05	2,79	2,49
15	6,20	4,76	4,15	3,80	3,58	3,42	3,20	2,96	2,70	2,40
16	6,12	4,69	4,08	3,73	3,50	3,34	3,12	2,89	2,62	2,32
17	6,04	4,62	4,01	3,66	3,44	3,28	3,06	2,82	2,56	2,25
18	5,98	4,56	3,95	3,61	3,38	3,22	3,00	2,77	2,50	2,19
19	5,92	4,51	3,90	3,56	3,33	3,17	2,96	2,72	2,45	2,13
20	5,87	4,46	3,86	3,52	3,29	3,13	2,91	2,68	2,41	2,08
21	5,83	4,42	3,82	3,48	3,25	3,09	2,87	2,64	2,37	2,04
22	5,79	4,38	3,78	3,44	3,22	3,06	2,84	2,60	2,33	2,00
23	5,75	4,35	3,75	3,41	3,18	3,02	2,81	2,57	2,30	1,97
24	5,72	4,32	3,72	3,38	3,16	3,00	2,78	2,54	2,27	1,94
25	5,69	4,29	3,69	3,35	3,13	2,97	2,75	2,52	2,24	1,91
26	5,66	4,27	3,67	3,33	3,10	2,94	2,73	2,49	2,22	1,88
27	5,63	4,24	3,65	3,31	3,08	2,92	2,71	2,47	2,20	1,85
28	5,61	4,22	3,63	3,29	3,06	2,90	2,69	2,45	2,17	1,83
29	5,59	4,20	3,61	3,27	3,04	2,88	2,67	2,43	2,15	1,81
30	5,57	4,18	3,59	3,25	3,03	2,87	2,65	2,41	2,14	1,79
40	5,42	4,05	3,46	3,13	2,90	2,74	2,53	2,29	2,01	1,64
60	5,29	3,92	3,34	3,01	2,79	2,63	2,41	2,17	1,88	1,48
120	5,15	3,80	3,23	2,89	2,67	2,52	2,30	2,06	1,76	1,31
	5,02	3,69	3,12	2,79	2,57	2,41	2,19	1,94	1,64	1,00

Таблица П.7