Лабораторная работа № 10. Определение мощности эквивалентной дозы и плотности потока бета-частиц.

Цель работы: ознакомиться с работой дозиметра, характеристиками радиоактивного излучения, измерить их параметры от различных загрязненных поверхностей.

Оборудование: дозиметр бытовой ДБГ-07Б, набор загрязненных поверхностей.

Ведение. Радиоактивность существовала на Земле и окружающем пространстве всегда. Это одно из свойств материи. Радиоактивное излучение является следствием радиоактивных превращений элементов, точно, так же, как, например, тепловое излучение и свет являются в большинстве случаев следствием химических взаимодействий – горения. При воздействии радиоактивного излучения возникла жизнь на Земле, радиоактивному излучению подвергались наши предки, подвергаемся мы, будут подвергаться наши потомки.

Естественное, независимое от человека радиоактивное излучение вызвано радиацией, приходящей на Землю из космоса и радиоактивностью некоторых элементов, входящих в состав предметов, окружающего нас мира, в состав воздуха, в состав тела самого человека (радон, торий, уран, калий, радий и др.). Это естественный радиоактивный фон, такое же естественное воздействие, к которому приспособлен человеческий организм, как и свет, гравитационная сила тяжести, температура окружающей среды и т.п. И так же, как в случае света, гравитации, тепла существуют определенные уровни воздействия, при которых радиоактивное излучение не влияет на состояние организма, есть уровни, когда оно вредно и даже губительно. В определенных условиях возможно так же и лечебное воздействие радиации на организм (например, уничтожение губительных для организма раковых клеток, повышение функциональной деятельности организма при приеме радоновых ванн).

Воздействие радиоактивного излучения определяется его составом, энергией частиц, мощностью потока. Для оценки воздействия радиации на организм человека используется понятие эквивалентной поглощенной дозы – это количество энергии, поглощенной в единице массы вещества организма с учетом биологической опасности данного вида радиоактивного излучения. Единицей измерения эквивалентной поглощенной дозы является Зиверт (Зв, Sv).

Для характеристики уровня гамма-излучений, наиболее проникающей радиации и дающей основной вклад в облучение всего организма, применяется так же понятие дозы в воздухе, для которой есть своя единица измерения – Рентген (Р). Один Зв примерно равен 100Р. Т.к. эти единицы достаточно высоки по сравнению с обычным естественным воздействием, пользуются обычно величинами, составляющими одну тысячную (милли) или одну миллионную (микро) дозы Зиверта или Рентгена.

1 Зв = 1000 мЗв = 1000000 мкЗв;

1 Р = 1000 Мр = 1000000 мкР.

Зиверт и Рентген – характеристики суммарного (интегрального) воздействия. Для оценки скорости накопления дозы используется понятие мерности дозы – количество энергии, поглощенной в единицу времени (час, минуту, секунду). Единица измерения: Зв/ч, мЗв/ч, мкЗв/ч, Р/ч, мР/ч, мкР/ч и т.п.

Бета-излучение (в естественной радиоактивности, окружают человека, его основным источником является калий) характеризуется мощностью потока частиц. Единица измерения – количество частиц, проходящее в единицу времени через поверхность единичной площади (1 см²).

Для характеристики мощности радиоактивного источника принято понятие – активность. Единица активности – Беккерель (Бк). Активность 1 Бк означает, что в источнике происходит одно радиоактивное излучение в секунду. Ранее применялась единица Кюри (Ки) – это активность одного грамма радия. Связь между Кюри и Беккерелем довольно сложна: 1Кюри = Бк. Чтобы представить себе, что такое эти единицы, приведем несколько примеров. Обычно внешний фон вызывает облучение человека на уровне 1-2 мЗв (100-200 Мр) в течение года, причем около 2/3 этой величины обусловлено источниками, находящимися внутри человека (внутреннее облучение). При этом мощность дозы внешнего гамма-излучения составляет 10-15 мкР/ч. Это величина средняя и может меняться в несколько раз. Так, над морем она составляет 5-7 мкР/ч, в высокогорных районах до 50-60 мкР/ч.

О дозиметре.

1. Органы управления:

   • Переключатель «Питание» расположен на лицевой панели и имеет два положения «Вкл.» и «Выкл.».

   • Переключатель «Диапазон» расположен на лицевой панели, в положении «х10» результат измерения необходимо умножить на 10.

   • Переключатель «Режим» расположен на лицевой панели, в положении «Р» дозиметр проводит измерение мощности эквивалентной дозы в мкЗв/ч, в положении «К» дозиметр проводит измерение плотности потока бета-частиц от загрязненной поверхности.

     2. Сигнализация:

        • Разряд источника питания: на дисплее непрерывно индуцируются три точки.

        • Превышение верхнего предела диапазона измеряемой величины: на дисплее индуцируется значение верхнего предела, звучит непрерывный звуковой сигнал.

          3. Экран:

             • Передвижной экран расположен на задней крышке дозиметра. Экран фиксируется в крайних положениях. Положение экрана должно соответствовать выбранному режиму работы. В режиме «К» - экран открыт (нижнее положение), в режиме «Р» - экран закрыт (верхнее положение).

               4. Подготовка дозиметра к работе:

                  • Установить переключатель «Вкл» - «Выкл» в положение «Выкл».

                  • Снять крышку отсека питания и установить, соблюдая полярность элемента питания, установить и закрепить винтами заднюю крышку.

Измерения:

1. Цикл измерения.

В дозиметре применен торцевой газоразрядный счетчик СБТ-11А. Поток ионизирующего гамма/бета-излучения преобразуется счетчиком в последовательность электрических сигналов. Эти сигналы формируются по длительности и амплитуде, а затем подаются на схеме регистрации и индикации.

Дозиметр циклически выполняет процесс измерения, который проходит в два этапа.

На первом этапе производится суммирование зарегистрированных импульсов, а на втором – индикация результатов измерения. На первом этапе на цифровом дисплее отображается число зарегистрированных на текущий момент от начала измерения импульсов.

В завершении первого этапа подается звуковой сигнал и на дисплее появляется точка.

На втором этапе – индикация результатов измерения. После завершения второго этапа производится сброс результата (на дисплее 0000) и процесс измерения повториться сначала.

Длительность первого этапа зависит от диапазона и режима измерений. Длительность индикации результата от 2 до 10 с.

2. Оценка мощности эквивалентной дозы:

• Установить режим работы «Р»;

• Установить диапазон «1»;

• Закрыть рабочую поверхность детектора экраном;

• Включить индикатор;

• Провести 2-3 измерения;

• Вычислить среднее арифметическое значение .

Если при первом измерении срабатывает сигнализация о превышении верхнего предела диапазона, то необходимо повторить измерения на диапазоне «10»

3. Оценка плотности потока бета-излучения от поверхности.

• Установить режим «К»;

• Установить диапазон «1»;

• Закрыть экраном рабочую поверхность детектора;

• Разместить дозиметр как показано на рисунке»

• Включить дозиметр и произвести серию измерений (10-15 раз), вычислить среднее значение ;

• Открыть рабочую поверхность детектора;

• Повторить операции измерения и вычислить среднее ;

• определить уровень загрязнения .

4. Факты из жизни.

С помощью дозиметра вы можете поставить интересный эксперимент. Для него понадобится упаковка удобрений «Калий хлористый», такие удобрения часто пакуются в пакеты по одному килограмму. Затем:

• Установить диапазон «1»;

• Выбрать режим работы «Р»;

• Открыть рабочее окно детектора, сдвинув экран в нижнее положение;

• Включить дозиметр;

• Поднести дозиметр окном детектора в плотную к пакету с удобрением;

• Произвести серию измерений.

Как показывает практика, мощность дозы превышает фоновое значение на величину от 0,40 до 0,60 мкЗв/ч. В режиме «Р» результат измерений лежит около 0,6 част/с сек.

Присутствие радиоактивного изотопа калия – 40 объясняет полученные результаты. Этот изотоп является как гамма-, так и бета-излучателем. Причем в 90 случаях из 100 распадов калия-40 вылетает бета-частица (электрон), а в остальных гамма-квант (фотон). Если произвести эксперимент при закрытом окне, то можно обнаружить повышенное значение мощности дозы (примерно на 40% выше естественного фона)

Попутным результатом проведенного эксперимента является косвенная проверка функционирования дозиметра.

В завершении несколько важных величин:

• 0,15 мкЗв/ч – мощность дозы естественного фона, в зависимости от местных условий может меняться в два раза;

• 0,6 мкЗв/ч – максимальное значение мощности дозы, установленное для населения на открытой местности;

• 5 мЗв/ч – предельное значение мощности дозы для населения за год.