2. 2. Лабораторная работа № 2 Определение объемной массы защитных бетонов радиационным методом
Цель работы – ознакомление с методом определения плотности материалов путем
просвечивания их гамма-излучением.
Рассматриваемый метод определения плотности материалов применяется в том случае, когда использование других методов по какой-либо причине невозможно или затруднено.
Физическая сущность метода вытекает из закона ослабления гамма-излучением при прохождении его через вещество или защитный экран:
, (7.4.1)
где
и
-
интенсивность гамма-излучения падающего
на экран и прошедшего через не-
го;
x - толщина экрана, см;
ρ - плотность вещества, г/см3;
μm - массовый коэффициент ослабления, см2/г.
Учитывая, что для энергий гамма-излучения порядка 0.25 – 1 МэВ значения μ для многих материалов приблизительно одинаковы, отношение Jx/Jo определяется произведением ρx.
После логарифмирования выражение (7.4.1) приобретает вид
(7.4.2)
откуда плотность вещества можно определить по формуле
(7.4.3)
где b – величина, численное значение которой равно тангенсу угла наклона прямой в координатах lgJx и ρx и определяется как 0.432 μm.
Таким образом, для определения плотности вещества необходимо знать J0 , Jx , и b.
Экспериментальная установка и методика выполнения работ.
Принципиальная блок-схема экспериментальной установки представлена на рис.2.1.
Для материалов с известной плотностью и толщиной определяется величина b. Для увеличения точности нахождения ρ в работе используются образцы из оргстекла (ρ = 1300 кг/м3), алюминия (ρ = 2700 кг/м3) и стали (ρ = 7800 кг/м3) в виде кубиков с ребром 3 см.
В работе производится измерение скорости счета импульсов при отсутствии (n0) и при наличии ( nx ) на пути пучка излучения образца материала (бетона) с неизвестной плотностью.
На основании экспериментальных данных, полученных с образцами из оргстекла, алюминия и стали, методом наименьших квадратов определяется величина b, которая в дальнейшем используется для вычисления плотности образцов бетонов неизвестной плотности.
Подготовка установки к работе
Подсоединение (коммуникация) кабелей приборов установки согласно рис. 7. и включение высокого напряжения на блоке питания (тумблер включения находится на задней панели) выполняет сотрудник лаборатории.
1. Включить пересчетный прибор УС-6 – загораются индикаторы.
Измерение радиационного фона
Радиационный фон в работе измеряется в месте расположения счетчика СБТ -10.
2. Установить экспозицию 100 секунд – индикатор ЭКСПОЗИЦИЯ.
3. Нажать индикатор ПУСК.
Начинается набор импульсов, который останавливается автоматически при окончании времени экспозиции. Об окончании набора сообщается посредством звукового сигнала. Звуковой сигнал прерывается индикатором СТОП. При повторном нажатии ПУСК, предыдущие показания стираются.
4. После остановки счета запишите показания количества импульсов N1 в столбец 2 табл. 7.4.1.
5. Повторить последовательно 4 раза измерения по пунктам 2 - 3 и занесите значения N2 , N3, N4, и N5 в столбец 2 табл.7.4.1.
6. Вычислите значения соответствующих величин для столбцов 3 и 4.
7. Определите
границы
доверительного интервала по формуле
.
Значения
принимаются
по табл. 2. 1.
8. Вычислите и запишите ее в столбце (5) табл. 7.4.1.
9. Запишите результат измерения в виде в столбец (6) табл. 7.4.1.
Измерение скорости счета при отсутствии экрана.
10. Снимите крышку контейнера.
11. Установить экспозицию 10 секунд – индикатор ЭКСПОЗИЦИЯ.
12. Нажать индикатор ПУСК.
Начинается набор импульсов, который останавливается автоматически при окончании времени экспозиции. Об окончании набора сообщается посредством звукового сигнала. Звуковой сигнал прерывается индикатором СТОП. При повторном нажатии ПУСК, предыдущие показания стираются.
13. После остановки счета запишите показания количества импульсов N0′ в столбец 2 табл. 7.4.2
14. Повторить последовательно 2 раза измерения по пунктам 12 - 13 и занесите значения N0′ в столбец 2 табл. 7.4.2.
15. Закройте крышку контейнера.
По результатам измерений, занесенных в столбец 2 табл. 7.4.2. вычислите значение величин для столбцов 3 - 6.
Измерение скорости счета при наличии материалов с известной плотностью
16. Снимите крышку контейнера.
17. Положите на контейнер кубик из оргстекла.
18. Нажмите клавишу «Пуск».
После остановки счета через 10 с снимите показания индикатора счета N/ρx, определите скорость счета n /ρx и запишите полученный результат в табл. 7.4.3
19. Повторите указанные измерения еще два раза.
20. Проведите все указанные измерения по п.п. 17 - 18 для кубиков других материалов (алюминия и стали) и запишите результаты в табл. 7.4.3.
Измерение скорости счета при наличии материалов с неизвестной плотностью
21. Положите на контейнер пластину бетона неизвестной плотности.
22. Нажмите клавишу «Пуск».
23. После остановки счета через 10 с снимите показания индикатора счета N/ρx,определите скорость счета n /ρx и запишите полученный результат в табл. 7.4.4.
24. Повторите указанные измерения еще два раза.
25. Проведите все указанные измерения по п.п. 21 – 24 для другого образца бетона с неизвестной плотностью и запишите результаты в табл. 7.4.4.
26. Закройте крышку контейнера.
Обработка и представление результатов.
27. Проведите необходимые вычисления и заполните столбцы 4 - 6 табл. 7.4.2; 5-18 табл. 7.4.3; 5-7 табл. 7.4.4.
Доверительные границы величины b определяйте для m = 3 и P = 0.9.
28. Для визуальной проверки линейной зависимости lgnρx от ρx по данным табл. 7.4.3 (столбцы 2 и 7) постройте соответствующий график.
29. Вычислите плотность образцов бетонов по формуле в столбце 8 табл. 7.4.4, определите доверительные границы (столбец 9 табл. 7.4.4) и запишите результат вычисления в столбец 10 табл. 7.4.4.
Таблица 7.4.1
Время измерения , с
|
Число импульсов Nф,
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
||||
|
|
||||
|
|
Таблица 7.4.2
Время измерения , с
|
Число импульсов Nф,
|
Скорость счета, имп/с
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
10 |
N /01 = |
n/01 = |
|
|
|
10 |
N /02 = |
n/02 = |
|||
10 |
N /03 = |
n/03 = |
Таблица 7.4.3
Материал и его плотность, г\см3 |
г\см2 |
|
имп/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Оргстекло ρ = 1,3
|
3.9 |
4039 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4110 |
|
||||||||||
4137 |
|
||||||||||
Алюминий ρ = 2.7
|
8.1 |
3253 |
|
|
|
|
|
|
|||
3235 |
|
||||||||||
3198 |
|
||||||||||
Сталь ρ = 7,8
|
23.4 |
1334 |
|
|
|
|
|
|
|||
1288 |
|
||||||||||
1330 |
|
,
,
имп
,
Таблица 7.4.3 (окончание)
Материал и его плотность, г/см3 |
|
d2 |
|
|
|
|
1 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
Оргстекло
|
|
|
|
|
|
|
Алюминий = 2,7 |
|
|
|
|
|
|
Сталь = 7,8 |
|
|
|
|
|
|
= 1,3
Таблица 7.4.4
Бетон |
г\см2 |
имп |
имп\с |
имп\с |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
|
3261 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3300 |
|
|||||||
|
3250 |
|
|||||||
2 |
|
3496 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3379 |
|
|||||||
|
3477 |
|
