Определение мощности экспозиционной дозы

Цель работы: изучить характеристики дозиметрических приборов “Мастер-1” и АНРИ 01-02 “Сосна” и научиться с их помощью измерять мощность экспозиционной дозы.

Теоретическая часть

Экспозиционная доза - это отношение приращения суммарного заряда всех ионов одного знака, возникающих в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, которые первоначально были образованы фотонами гамма-излучения в элементарном объеме воздуха к массе воздуха в этом объеме

, (1.1)

Отличительные особенности экспозиционной дозы заключаются в том, что она определяется только в воздухе и образуется под действием только гамма-излучения.

Системная (СИ) единица экспозиционной дозы - 1 Кл/кг (кулон на килограмм), внесистемная единица - 1 Р (рентген).

1 Кл/кг = 3,88·10³ Р.

Мощность экспозиционной дозы - это отношение приращения экспозиционной дозы за интервал времени к этому интервалу времени:

, (1.2)

Мощность экспозиционной дозы обычно выражается во внесистемных единицах - Р/ч (рентген в час), мР/ч (миллирентген в час), мкР/ч (микрорентген в час).

1 Р/ч = 10³ мР/ч = 10⁶мкР/ч; 1 мР/ч = 10³ мкР/ч.

Системными единицами мощности экспозиционной дозы является 1А/кг (ампер на килограмм):

1 А/кг = 1,08·10⁷ Р/ч = 1,08·10¹³ мкР/ч.

Приборы, которые предназначены для измерения дозы или мощности дозы ионизирующего излучения, называются дозиметрами.

Большинство дозиметров определяют мощность экспозиционной дозы. Измерив мощность экспозиционной дозы, можно рассчитать величину экспозиционной дозы за любой интервал времени:

. (1.3)

Экспозиционная доза, которая создается естественными источниками, образует естественный фон на всей поверхности земного шара.

Естественный фон излучения - это мощность дозы ионизирующего излучения, создаваемая космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных элементов.

Космическое излучение, которое постоянно воздействует на атмосферу Земли, называется первичным. В составе первичного космического излучения обнаружены около 200 различных видов элементарных частиц, альфа-частицы, осколки легких ядер и фотоны с энергиями до 1012 МэВ.

Космическое излучение, которое достигает поверхности Земли после взаимодействия с атмосферой, называется вторичным и состоит из гамма-фотонов с энергией до 3 МэВ. Остальная энергия первичного космического излучения затрачивается на ионизацию верхних слоев атмосферы.

Естественными радиоактивными веществами считают те, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека. В первую очередь это долгоживущие (с большим периодом полураспада) радиоактивные элементы, которые образовались одновременно с образованием Земли: калий - 40 (период полураспада 1.3×10⁹ лет), кальций - 48 (период полураспада 2×10¹⁶лет), рубидий - 87 (период полураспада 6.2×10¹⁰лет), олово - 124 (период полураспада 2×10¹⁷ лет), теллур - 130 (период полураспада 1×10²¹ лет), лантан - 138 (период полураспада 2×10¹¹ лет), висмут - 209 (период полураспада 3×10¹⁷ лет), торий - 232 (период полураспада 1,4×10¹⁰ лет), уран - 235 (период полураспада 1.13×10⁸лет), уран - 238 (период полураспада 4.5×10⁹ лет), всего 23 элемента.

Торий - 232, уран - 235, уран - 238 являются родоначальниками трех естественных радиоактивных семейств (тория, актиния и урана), в которые входят 45 радионуклидов, образующиеся в результате последовательных альфа- и бета-распадов, с периодами полураспада от 3×10^-7секунды (астат - 216) до 2.5×10⁵ лет (уран - 234). Конечным элементом во всех трех семействах являются стабильные изотопы свинца - 206, 207, 208. К естественным радиоактивным элементам относятся также радионуклиды, образующиеся в верхних слоях атмосферы под действием первичного космического излучения: углерод - 14, сера - 35, хлор - 35, тритий (водород - 3), кислород - 18.

В настоящее время известно более 100 естественных радионуклидов. Поскольку по химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, они обнаруживаются в растениях, а также организмах животных и человека.

В земной коре радионуклиды равномерно рассеяны, но могут быть сконцентрированы в виде месторождений. Максимальное содержание в земной коре имеет калий-40 - около 2.5 %, содержание тория-232 – 1,3×10^-3 %, содержание всех изотопов урана - 2,6×10^-4 %. Естественные радионуклиды содержатся в земной коре в количестве от 0,0005 (рений - 187) до 84 (рубидий - 87) грамма на тонну. Поэтому в величину естественного фона основной вклад вносит космическое излучение. Наибольшее влияние из естественных изотопов на величину естественного фона оказывает калий-40, затем следуют рубидий-87, уран-238, торий-232, уран-235, лантан-138. Остальные радионуклиды играют гораздо меньшую роль либо вследствие большого периода полураспада (10¹⁶ - 10²¹лет), либо из-за очень низкого содержания в земной коре.

Следует отметить, что в смеси изотопов данного элемента содержание радионуклидов постоянно. Так, например, содержание калия-40 в смеси изотопов калия составляет 1,19×10^-2%, рубидия-87 - 27.85 %. У висмута, тория и урана все изотопы радиоактивны.

Начиная с 1934 года, помимо естественных изотопов, были получены искусственные радионуклиды, которые образуются при бомбардировке стабильных ядер альфа-частицами или нейтронами в ядерных реакторах, а также в результате ядерных взрывов. Искусственным путем созданы радиоизотопы всех известных элементов.

В связи с этим образуется радиационный фон, который отличается от естественного.

Фон - это уровень ионизирующего излучения, который создается естественным фоном и искусственными источниками излучения.

В глобальном масштабе искусственными источниками являются источники выделения радионуклидов, которые были выброшены в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия и других видов техногенной деятельности.

В любом помещении измеряется фон, т.к. там посторонними источниками являются продукты распада естественных изотопов, содержащихся в строительных материалах, т.е. в результате деятельности человека происходит накопление радиоизотопов в помещении или вблизи зданий и сооружений. Кроме того строительные конструкции частично экранируют естественный фон. Фон в помещении, следовательно, может быть как больше, так и меньше естественного.

Естественный фон определяется не ближе 200 метров к любым зданиям и сооружениям.

Естественное фоновое значение мощности экспозиционной дозы для Беларуси составляет 10-20мкР/ч.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ: дозиметр бытовой “Мастер-1” (индикатор мощности дозы), дозиметр-радиометр бытовой АНРИ-01-02 “Сосна”.

Характеристики приборов

Дозиметр бытовой “Мастер-1” предназначен для использования населением с целью контроля радиационной обстановки на местности в рабочих и жилых помещениях.

Прибор измеряет мощность экспозиционной дозы в диапазоне от 10 до 999 мкР/ч.

Основная погрешность измерения мощности составляет 30 %.

Время определения мощности экспозиционной дозы составляет 36 секунд.

Общий вид прибора “Мастер-1” приведен на рисунке 1.

1. Клипса-контакт, предназначенная для включения питания прибора.

2. Табло индикатора.

3. Кнопка «ПУСК» - для включения измерений.

Рисунок1.1 - Общий вид прибора «Мастер -1»

Дозимерт-радиометр бытовой АНРИ-01-02 “СОСНА” предназначен для индивидуального использования населением с целью контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях, в том числе:

· измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения (диапазон 0,01¸9,99мР/ч);

· измерения плотности потока b-излучения с поверхностей (диапазон 10¸5000част/(см²×мин);

· оценки объемной активности радионуклидов в жидких и твердых веществах (диапазон по Cs-137: 10^-7¸10^-6Кu/л (10³¸10⁴Бк/л)).

Общий вид прибора АНРИ-01-02 “Сосна” приведен на рисунке 2.

1. Цифровое жидкокристаллическое табло.

2. Выключатель питания.

3. Переключатель режимов работы.

4. Кнопка «КОНТР» - контроль работоспособности прибора.

5. Кнопка «ПУСК» - включения измерения.

6. «СТОП» - выключения измерений в режиме работы «Т».

7. Задняя крышка прибора.

8. Фиксатор задней крышки прибора.

Рисунок 1.2 - Общий вид прибора АНРИ-01-02 «Сосна»

Результаты измерений, полученные с помощью приборов “Мастер-1” и АНРИ-01-02 “Сосна”, не могут быть использованы для официальных заключений государственными органами.

Порядок проведения работы

3.1 Измерение мощности экспозиционной дозы с помощью дозиметра “Мастер-1”

1. Включить прибор, для чего освободить клипсу-контакт (поз.1 на рис.1) от изоляционного материала.

2. Для проведения измерения нажмите кнопку “Пуск” (поз.3 на рис.1) , при этом на цифровом табло должны появиться цифры 0.00, а справа от цифр мигающий знак “СЧ”.

3. Через 36 секунд счет импульсов прекращается, на табло устанавливается число, которое нужно умножить на 100, чтобы получить значение мощности экспозиционной дозы в микрорентгенах в час (мкР/ч).

4. Повторить измерения 8 раз, нажимая кнопку “Пуск” после завершения очередного подсчета импульсов.

5. Полученные результаты занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Мощность экспозиционной дозы, мкР/ч

№ п/п
«Мастер-1»
«Сосна»