Измерения с блоком детектирования бета.

Определение уровня фонового излучения

Лабораторная работа № 10

Минск – 2020

Цель работы: изучение устройства, принципа действия и параметров детекторов для регистрации альфа-, бета-, гамма-, нейтронного излучения портативного радиометра-дозиметра МКС 1117М, а также определение уровня фонового излучения.

Дозиметр-радиометр альфа-бета-гамма-нейтронного излучения МКС-1117 M (МКС-1117А и МКС-1117) представляет собой многофункциональное средство измерения с цифровой индикацией и наличием четырех (трех и двух) сменных блоков детектирования. Прибор с блоком детектирования гамма (БДГ) предназначен для измерения мощности дозы, а также оценки скорости счета гамма-квантов. С блоком детектирования бета (БДБ) прибор измеряет плотность потока бета-частиц, поверхностную активность ⁹⁰Sr+⁹⁰Y и скорость счета бета-частиц. С блоком детектирования альфа (БДА) прибор измеряет плотность потока альфа-частиц, поверхностную активность ²³⁹Pu и скорость счета бета-частиц. С блоком детектирования нейтронов (БДН) прибор измеряет плотность потока нейтронов и скорость счета нейтронов. Диапазон регистрируемого гамма-излучения составляет 0,04…3 МэВ. Диапазон граничных энергий регистрируемого бета-излучения при измерении плотности потока бета-частиц составляет 0,225…3,5 МэВ. Средняя скорость счета импульсов фона для блока детектирования альфа (БДА), измеренная прибором в условиях естественного радиационного фона не более 0,20 мкЗв/ч, составляет не более 0,01 с^-1.

При выполнении радиационных измерений часто необходимо учитывать уровень фонового излучения. Поэтому перед выполнением измерений на приборе необходимо измерить уровень фонового излучения.

Уровень фонового излучения определяется рядом факторов:

· уровнем излучения от космических лучей;

· уровнем излучения от естественных радионуклидов, содержащихся в окружающей среде, строительных материалах;

· радоном, содержащимся в воздухе.

Космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц очень высокой энергии (10¹⁰…10²⁰ эВ и выше), попадающих на Землю из мирового пространства. В атмосфере Земли эти частицы (первичное космическое излучение), взаимодействуя с ядрами ее атомов, в столкновениях с ними теряют свою большую энергию и порождают новую группу элементарных частиц, также обладающих высокой энергией и скоростью (вторичное космическое излучение). В стратосфере (высота 25…30 км и выше) преобладает первичное космическое излучение, в тропосфере (высота 10…15 км) — в основном вторичное. Частицы последнего в свою очередь разрушают ядра атомов атмосферы, вызывая образование новых частиц. Первичное космическое излучение в основном состоит из быстрых протонов, альфа-частиц и небольшого количества ядер углерода, азота, кислорода и более тяжелых ядер. За пределами земной атмосферы в его состав входят также электроны, нейтроны и возможно гамма-лучи. Значительная часть этих частиц задерживается атмосферой и не достигает земной поверхности. Высокоэнергетичные частицы первичного космического излучения, проникая в верхние слои атмосферы, воздействуют на ядра атомов составляющих ее элементов, вызывая ядерные реакции с образованием таких радионуклидов как тритий, ⁷Be, ¹⁰Be, ²²Na, ²³Na. При этих реакциях возникают высокоэнергетичные протоны, пионы (p-мезоны) и каоны (К-мезоны), в свою очередь вызывающие ядерные реакции. Нейтроны, теряя свою энергию, частично захватываются атомами азота воздуха, образуя радиоактивный изотоп ¹⁴С. Потоки этих частиц образуют т. н. космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающее уже в нижние слои атмосферы и облучающее биосферу. Вторичное космическое излучение состоит из «мягкой» (позитроны, фотоны) и «жесткой» (главным образом m-пионы) компонент. Мощность вторичного космического излучения у земной поверхности неравномерна: чем выше она расположена над уровнем моря, тем меньше слой экранирующей атмосферы и, соответственно, выше мощность вторичного космического излучения. Это явление получило название барометрического эффекта. Изменение мощности вторичного космического излучения, возникающее при перемещениях по широте, называется широтным эффектом, суть которого состоит в возрастании интенсивности вторичного космического излучения по мере удаления от экватора. Это обусловлено, с одной стороны, толщиной тропосферы, которая в районе экватора значительно больше, чем над полюсами, и таким образом ее экранирующее воздействие существеннее. С другой стороны, поскольку частицы космического излучения имеют электрический заряд, их траектория в большей мере искривляется геомагнитным полем в области экватора, и к поверхности Земли здесь могут проникать только частицы, обладающие особенно высокой энергией. В тоже время в полярных областях к поверхности Земли могут проникать и частицы сравнительно невысокой энергии.

Радиоактивность строительных материалов и других объектов окружающей среды определяется содержанием в них радионуклидов принадлежащих рядам ²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, а также изотопа ⁴⁰К. В каждом ряду с течением времени атомы претерпевают последовательные радиоактивные распады, испуская на каждой ступени либо a-, либо b-частицы (с сопровождающим g-излучением или без него) и превращаясь в атомы других химических элементов. Испускание a-частицы, представляющей собой ядро гелия (тесный комплекс из двух протонов и двух нейтронов), уменьшает число частиц в ядре (массовое число А) на четыре и число положительно заряженных частиц в ядре (атомный номер Z)на две. Испускание b-частицы оставляет общее число частиц в ядре неизменным, но атомный номер возрастает на единицу, так как этот процесс представляет собой, в сущности, превращение нейтрона в протон и электрон, причем последний вылетает из ядра. Поскольку химическая природа атома определяется атомным номером, то при испускании частицы он превращается в атом соседнего элемента.

Существование в природе этих трех рядов определяется наличием в каждом случае родоначального вещества, период полураспада которого сравним с возрастом Земли (~4·10⁹ лет). В ряду ²³⁸U родоначальником является изотоп урана с массовым числом 238 (²³⁸U) и периодом полураспада 4,51·10⁹ лет; уран ²³⁵U, имеющий период полураспада 7,13·10⁸ лет, служит родоначальником своего ряда, торий (²³²Th) с периодом полураспада 1,39·10¹⁰ лет является исходным элементом в ториевом ряду. Стабильными конечными продуктами в каждом ряду превращений являются изотопы свинца, соответственно ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Рb и ²⁰⁸Рb.

Массовые числа членов любого семейства изменяются только при испускании a-частицы. Они могут быть представлены выражением (4n + 2) для ряда ²³⁸U, (4n+3) – для ряда ²³⁵U и (4n) – для ряда тория, где n – целое число.

Из строительных материалов, почвы в воздух помещений может поступать радон. Радон – радиоактивный газ, образующийся в процессе радиоактивного распада естественных радионуклидов радиоактивных семейств урана и тория, которые встречаются повсеместно в окружающей среде: в горных породах, почве, воде, в строительных материалах. Существуют три естественных (природных) радиоизотопа радона: ²²²Rn – или просто радон образующийся в радиоактивном семействе (ряду) урана (²³⁸U), ²²⁰Rn или торон образующийся в семействе тория ²³²Тh, и ²¹⁹Rn или актинон образующийся в семействе ²³⁵U. Периоды полураспада этих изотопов радона 3, 82 дня, 55 с и 4 с соответственно. Изотопы радона - это радиоактивные газообразные продукты альфа-распада изотопов радия ²²⁶Rа, ²²⁴Rа и ²²³Rа. Все изотопы радона являются альфа излучателями, в то время как дальнейший распад их ДПР сопровождается испусканием как альфа, так и бета частиц. Далее, говоря о радиоактивном газе в целом, будем называть его просто радон.

²¹⁹Rn является короткоживущим и наименее распространенным изотопом радона, т.к. концентрация его материнского радионуклида ²³⁵U в горных породах и почвах составляет меньше чем 1 % от концентрации ²³⁸U, а из-за его короткого периода полураспада лишь малая часть газа выделится из почвы до его распада. Поэтому актинон не вносит существенного вклада в облучение человека.

²²⁰Rn – изотоп радона из радиоактивного семейства тория. Выделение его из горных пород и почв выше чем для ²²²Rn. Это объясняется равенством глобальных активностей ²³⁸U и ²³²Тh и малым периодом полураспада ²²⁰Rn (55 с). Вследствие короткого периода полураспада торона его концентрация в воздухе обычно незначительна, если в торонообразущих материалах не имеются высокие концентрации тория.

²²²Rn – наиболее долгоживущий изотоп радона (Т_1/2 = 3,82 дня) принадлежит к радиоактивному семейству ²³⁸U, его выделение из почвы меньше, чем у торона и составляет 17 мкБк/м²·с.

Если рассматривать земные радионуклиды, то основным радиоактивным изотопом, встречающимися в горных породах Земли будет калий-40. Период его полураспада Т_1/2=1,28´10⁹ лет. Радиоактивный изотоп ⁴⁰К занимает второе место как источник, который обусловливает радиоактивный природный фон. Он входит в состав многих пород минералов и почв, обусловливая внешнее g- и b-облучение.

Для снижения скорости счета фонового излучения, без потери эффективности регистрации детектора применяют следующие меры:

o предварительный контроль строительных материалов на содержание радиоактивных веществ, отбор строительных материалов с низким содержанием радиоактивных веществ;

o расположение помещений лаборатории на первом этаже или в подземных помещениях;

o использование конструктивных элементов, фильтров, строительных материалов снижающих поступление радона в воздух помещения;

o окружение детектора защитным экраном;

o применение активной защиты с помощью дополнительных детекторов и схем антисовпадения.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Измерения выполняются на установке МКС-АТ1117М

Схема опытной установки для МКС-АТ1117М приведена на рис.1

Рисунок 1 - Схема опытной установки на основе дозиметра – радиометра альфа-бета-гамма-излучения МКС-АТ1117М

1. Подготовка радиометра EL 1117А к работе:

1.1. Включите дозиметр-радиометр нажатием кнопки ПУСК.

1.2. Дождитесь окончания самотестирования электронной схемы дозиметра радиометра и появления на дисплее первоначального значения.

1.3. Последовательным нажатием кнопки РЕЖИМ и стрелок «ВНИЗ» и «ВВЕРХ» выберите единицы измерения s-1 (4-й режим).

1.4. Измерьте фоновые значения 3 раза, посчитайте среднее значение.

Измерения с блоком детектирования бета.

2.1. Присоедините блок детектирования бета-частиц. Нажмите кнопку ПУСК. На индикаторе появится значение скорости счета импульсов от бета-частиц источника (фон вычитается автоматически) и текущая статистическая погрешность.

2.2. При достижении значения статистической погрешности 10% запишите значение скорости счета.

2.3. Повторите измерение еще дважды. Рассчитайте среднее значение по трем измерениям. Запишите это значение.

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!