Материал: Радиационная безопасность

Задание 2.5. Измерение дозиметрических величин бытовым дозиметром-радиометром рксб-104

Комбинированный прибор для измерения иони­зиру­ющих излучений РКСБ-104 предназначен для индиви­дуального использования населением с целью контроля ра­диационной обстановки на местности, в жилых и рабочих по­мещениях. Выполняет функции дозиметра и радиометра и обеспечивает возможность измерения:

- мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения;

- плотности потока бета-излучения с поверхности;

- удельной активности радионуклида цезий-137 в вещест­вах.

В приборе предусмотрена подача звукового сигнала при превышении порогового значения мощности эквивалентной дозы гамма-излучения, установленного потребителем.

Прибор не пригоден для оценки радиологического качества продуктов питания и сельскохозяйственной продукции.

Основные технические данные и характеристики.

1. Диа­пазон измерений:

- мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излуче­ния – от 0,1 до 99,99 мкЗв/ч;

- плотности потока бета-излучения с поверхности (по радио­нуклидам стронций-90 + иттрий-90) – от 0,1 до 99,99 бета-ча­стиц (с·см²);

- удельной активности радионуклида цезий-137 – от 2·10³ до 2·10⁶ Бк/кг (от 5,4·10^-8 до 5,4·10^-5 Ки/кг).

2. Время измерения не превышает:

- при измерении мощности полевой эквивалентной дозы гам­ма-излучения в верхнем положении тумблера «S3» – 28 с, в нижнем положении – 280 с;

- при измерении плотности потока бета-излучения в верх­нем положении тумблера «S3» – 18 с, в нижнем положении–180 с;

- при измерении удельной активности радионуклида це­зий-137 в верхнем положении тумблера «S3» – 40 с, в ниж­нем положении – 400 с.

3. Прибор выдает прерывистый звуковой сигнал после окончания цикла измерения.

Устройство прибора. Портативный, переносный, состоит из корпуса и крышки, скрепленных между собой. К крышке крепятся еще две легкосъемные крышки – отсека питания и крышка-фильтр. На лицевой панели окно для индикатора и три тумблера – для включения прибора и выбора режима работы.

Выполнение работы

1. Подготовьте прибор к работе. Для этого:

- снимите заднюю крышку-фильтр, установите на кодовом переключателе «S4» движки S4.1–S4.6 ( нумерация движков начинается снизу) в положение «1», S4.7 и S4.8 – в положение «0» и установите на место крышку-фильтр;

- переведите органы управления прибора – тумблеры S2 и S3 в верхнее положение. При этом прибор должен начать регистрировать внешний радиационный фон, индикация сим­волов «:» и «v» (батарея питания разряжена) на табло инди­катора должна отсутствовать;

- через 28 с после включения прибор должен выдать пре­рывистый звуковой сигнал, при этом на табло индикатора должно индицироваться 4-разрядное число, значащая часть которого, умноженная на пересчетный коэффициент 0,01 при измерениях мощности полевой эквивалентной дозы в верхнем положении тумблера S3, дает измеренную величину в микрозивертах в час (мкЗв/ч). Время индикации числа на табло – около 14 с, после чего звуковой сигнал должен прекратиться, а прибор автоматически повторить цикл измерения;

- выключите прибор.

2. Проверьте работу порогового устройства, для чего:

- переведите тумблеры S2 и S3 в нижнее положение;

- включите прибор. В течение 280 с на табло будут индицироваться возрастающие значения 4-разрядного числа. В момент превышения значения 0100–0010 (что соответствует порогу срабатывания сигнализации, равному 0,1 мкЗв/ч) прибор должен выдать непрерывный звуковой сигнал. Увеличение числа на табло будет продолжать­ся до окончания цикла измерения. Выключение звукового сигнала должно произойти после двукратного превышения установленного порога срабатывания сигнализации или, если оно не будет достигнуто, после завершения цикла измерения;

- выключите прибор.

3. Измерьте мощность полевой эквивалентной дозы гамма-излучения:

- снимите заднюю крышку-фильтр;

- переведите на кодовом переключателе движки S4.1, S4.3, S4.7, S4.8 в положение «0», S4.2, S4.4–S4.6 – в по­ложение «1»;

- установите крышку-фильтр на место;

- переведите тумблеры S2 и S3 в верхнее положение;

- включите прибор тумблером S1, переведя его в положе­ние «Вкл.». Через 27–28 с прибор выдаст прерывистый зву­ковой сигнал, а на табло жидкокристаллического индикатора отобразится 4-разрядное число. Для определения мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения необходимо умножить зна­чащую часть этого числа на пересчетный коэффициент, рав­ный 0,01. Будет получен результат в микрозивертах в час (мкЗв/ч). Например, на табло индицируется число 0018. Ум­ножив на пересчетный коэффициент 0,01, получим 0,18 мкЗв/ч, что соответствует мощности дозы 18 мкР/ч;

- для получения более точного результата повторите из­мерение в нижнем положении тумблера S3 (положение остальных органов управления не меняется). Время измере­ния при этом увеличится до 270–280 с. Показание прибора следует умножить на пересчетный коэффициент, равный 0,001. Полу­чится результат в микрозивертах в час.

4. Измерьте загрязненность поверхностей бета-излучающими радионуклидами. Для этого:

- снимите крышку-фильтр;

- переведите на кодовом переключателе движки S4.1, S4.4, S4.6, S4.8 в положение «0», S4.2, S4.3, S4.5, S4.7 – в поло­жение «1»;

- установите крышку на прежнее место;

- переведите тумблеры S2 и S3 в верхнее положение;

- поднесите прибор к исследуемой поверхности, поместив между ними пластмассовую упаковку. Включите прибор;

- снимите фоновое показание прибора (N_гамма), которое установится на табло через 18 с после включения прибора, запишите его;

- выключите прибор;

- снимите заднюю крышку-фильтр и поместите прибор над исследуемой поверхностью на расстоянии не более 1 см;

- выключите прибор, запишите показания (N_{гамма+бета}), установившиеся во время действия прерывистого сигнала;

- определите величину загрязненности поверхности бета-излуча­ющими радионуклидами по формуле

g=K₁ (N_{гамма+бета} – N_гамма),

где K₁ – коэффициент, равный 0,01;

- для получения более точного результата повторите измерения при нижнем положении тумблера S3. Положение остальных органов управления не изменяется. В этом случае K₁ = 0,001. Продолжительность цикла измере­ния – 175–185 с.

Контрольные вопросы

1. Что подразумевается под внешним облучением?

2. Какое излучение и почему оказывает максимальное воздействие при внешнем облучении?

3. Назовите источники внешнего облучения.

4. Перечислите радионуклиды, создающие внешнее облу­чение.

5. Что такое поглощенная доза облучения?

6. Назовите единицы измерения поглощенной дозы облучения.

7. Что такое мощность поглощенной дозы облучения?

8. Что такое термолюминесцентные дозиметры?

9. Что можно измерить термолюминесцентными дозиметрами и в течение какого времени?

10. Что такое дифференциальные дозиметры?

11. Какие требования необходимо соблюдать при измерении мощности эквивалентной дозы?

12. Как проконтролировать исправность дозиметров?

13. Можно ли, при помощи бытовых дозиметров-радиометров, определить загрязненность продуктов питания цезием-137?

14. Назовите пределы измерения удельной активности продуктов питания бытовыми дозиметрами-радиометрами.

Лабораторная работа №3. Определение максимальной энергии бета-излучения по поглощению излучения в алюминии

Электроны и позитроны, образующиеся в результате распа­да атомных ядер, принято называть бета-частицами. Бета-частицы расходуют свою энергию в основном на ионизацию и возбуждение атомов и молекул вещества, в котором распро­страняется излучение. Кроме того, бета-частицы могут те­рять энергию при замедлении их в поле ядер, что вызывает появление квантов электромагнитного излучения (так назы­ваемое тормозное рентгеновское излучение). Потери энергии на тормозное излучение пропорциональны кинетической энер­гии электрона и квадрату атомного номера поглощающего материала. В свинце, например, потери энергии на тормоз­ное излучение становятся равными потерям на ионизацию при начальной энергии электронов Е=10 МэВ. Для бета-ча­стиц, испускаемых большинством радионуклидов, потери энергии на это излучение крайне малы по сравнению с ионизационными потерями.

При взаимодействии с атомными электронами поглощающего веще­ства бета-частицы легко рассеиваются (отклоняются от первоначального направления движения). Причина этого заключается в том, что масса бета-частицы ничтожно мала по сравнению с массой ядра встречного атома. Поэтому траектории бета-частиц в веществе не прямолинейны и их длина оказываются в 1,5–4 раза больше толщины по­глощающего слоя. На практике величину истинного пробега бета-частиц не определяют. Поэтому проника­ющую способность бета-излучения характеризуют величиной максимального пробега бета-частиц R_max (от английского range – пробег). Максимальный пробег определяется как минимальная толщина поглотителя, при которой полностью задерживаются бета-частицы с начальной энергией, равной максимальной энергии бета-спектра (Е_мах ).

Чтобы подчеркнуть совместную роль процессов поглоще­ния и рассеяния в уменьшении числа бета-частиц с ростом толщины поглотителя, обычно говорят об ослаблении бета-излучения веществом.

Рассмотрим простейший метод определения величины максимального пробега. Между бета-радиоактивным препа­ратом и детектором, регистрирующим излучение, помещают различное число пластинок поглотителя. В качестве погло­щающего материала обычно используется алюминий. В про­цессе работы отмечают показания прибора, регистрирующе­го бета-частицы, при различной толщине поглощающего слоя. По полученным данным строят кривую ослабления в полулогарифмическом масштабе и определяют R_max. Макси­мальному пробегу бета-частиц отвечает такая толщина по­глотителя, начиная с которой дальнейшее увеличение погло­щающего слоя не приводит к снижению регистрируемого при­бором числа частиц (этот постоянный уровень показаний при­бора соответствует фону).

Связь максимального пробега в алюминии с максималь­ной энергией бета-спектра хорошо изучена. Зна­чения максимального пробега для различных энергий бета-частиц приведены в специальных таблицах. Кроме того, для разных интервалов энергии бета-частиц предложено большое число эмпирических формул.

Оценить величину максимального пробега бета-частиц можно также путем измерения слоя половинного ослабления бета-излучения. Слоем половинного ослабления бета-излу­чения (d_1/2) называют толщину поглотителя, снижающего вдвое начальное количество частиц. Максимальный пробег, слой половинного поглощения и толщину поглотителя выражают в единицах длины (мм, см) или в единицах поверхностной плотности (мг/см², г/см²), которые связаны между собой соотношением

d = l·, (3.1)

где  – плотность поглощающего вещества, г/см³.

В пределах толщин 0,05 R_max <d<0,35R_max ослабление бета-частиц описывается экспоненциальной зависимостью

N_d = N₀.e^-μd,

где N_d – скорость счета при толщине поглотителя d;

N₀ – скорость счета при отсутствии поглотителя;

 – массовый коэффициент ослабления (см²/г), связан­ный со слоем половинного ослабления соотношением =0,693/d_1/2.

Прологарифмировав, получим

lnN_d = lnN₀ – 0,693· d/d_1/2,

откуда

d_1/2 = 0,693· d/(lnN₀ – lnN_d). (3.2)

Таким образом, чтобы определить максимальную энергию бета-излуче­ния, необходимо измерить скорость счета от препарата сна­чала без поглотителя (N₀), а затем с поглотителем (N_d). Рассчитав d_1/2, по справочной табл. 3.2 определяют Е_mах. Зная Е_mах, можно, используя соответствующие справочники (табл.3.3), судить о том, какой радионуклид находится в измеряемой пробе.

Цель работы: определить экспериментальным путем слой половинного ослабления бета-излучения и научиться использовать эту величину на практике.

Материалы и оборудование: радиометр крвп-3б, источник бета-излучения, пластинки из алюминия – 5 шт. Выполнение работы

1. Проверьте заземление радиометра.

2. Включите кабель питания в электрическую сеть и тумблер СЕТЬ поставьте в верхнее положение, при этом должна загореться сигнальная лампочка.

3. Проверьте завод секундомера. Если часы остановлены, то кнопку ПУСК повер­ните против хода часовой стрелки до щелчка.

4. Проверьте исправность пересчетного блока. Для этого переключатель «работа – проверка» поставьте в поло­жение «проверка». Нажмите кнопку ПУСК. Через время t, равное 5 мин, повторно нажмите кнопку ПУСК. На декатронах отсчитайте количество зарегистрированных импульсов n.

Рассчитайте скорость счета импульсов (имп/мин) и относительную ошибку:

.

Радиометр исправен, если ε ≤ 1%.

5. Поместите на нижнюю позицию под газоразрядный счетчик пустую чистую кювету и измерьте число фоновых импульсов n_ф за время t_ф, равное 10 мин. Рассчитайте скорость счета фона (имп/мин).

6. Рассчитайте поверхностную плотность поглотителя при указанном числе алюминиевых пластинок по формуле (3.1). Толщина алюминиевой пластинки выдавлена на самой пластинке. Плотность алюминия равна 2,7 г/см³.

7. Поместите на нижнюю позицию под газоразрядный счетчик кювету с источником бета-излучения и измерьте суммарное число им­пульсов от источника и радиационного фона (n_i+f) за 5 мин (i – число пластинок). Затем выполните аналогичные измерения, помещая поочередно над источником бета-излучения одну, две, три, четыре, пять пластинок. Результаты измерений занесите в отчет по работе (табл.3.1).

8. Рассчитайте скорость счета от источника с фоном:

(имп/мин)

и скорость счета от источника без фона: N_i = N_i+f - N_f .

Таблица 3.1. Результаты измерений