Материал: Пак В.В., Лысенко Н.П.. План лабораторных работ по радиометрии

6

сложных установок, предназначенных для измерения ионизирующих излучений.

Подробную информацию о принципах устройства и работы детекторов читайте в учебнике «Радиобиология» (Лысенко Н.П., Пак В.В. и др., 2012, глава 2) и «Практикуме по радиобиологии» (Н.П.Лысенко, В.В.Пак и др. 2007, глава 2, стр.11)).

Цель работы. Ознакомиться с классификацией, принципом устройства и работы детекторов ионизирующих излучений, научиться определять пригодность счетчика для регистрации различных видов излучения.

Материалы и оборудование: детекторы различных типов и конструкций, схемы детекторов

Ионизационные камеры. Одним из распространенных детекторов излучения являются ионизационные камеры. Их применяют для измерения всех типов ядерных излучений. По конструктивному оформлению ионизационные камеры могут быть плоские, цилиндрические и сферические с объемом воздуха 0,5…5 л. Есть миниатюрные ионизационные камеры - наперстковые, смонтированные в футляре, по форме похожие на авторучку. Их используют как индивидуальные дозиметры (ИД-0,2, КИД-2, ДП-22В, ДП-24 и др.) Воздушный объем таких камер колеблется от нескольких кубических сантиметров до их долей. Камеры с большим объемом более чувствительны, поэтому их используют для измерения малых доз излучения.

Далее необходимо ознакомиться с принципом работы пропорциональных счетчиков, счетчиков Гейгера-Мюллера и сцинтилляционных счетчиков, а также освоить метод оценки пригодности счетчика для регистрации различных видов излучения.

Упражнение 2. Приборы для измерения ионизирующих излучений

Приборы для измерения ионизирующих излучений можно условно разделить на три группы: радиометры, дозиметры и спектрометры.

Радиометры предназначены для измерения активности радиоактивных веществ, плотности потока ионизирующих излучений, удельной и объемной активности газов, жидкостей, аэрозолей, различных объектов внешней среды, продуктов растительного и животного происхождения, а также удельной поверхностной активности.

Дозиметры предназначены для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, поглощенной дозы излучений, мощности экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, мощности поглощенной дозы и интенсивности ионизирующих излучений.

Спектрометры предназначены для измерения распределения излучений по энергии, заряду и массам, а также пространственно-временных распределений излучений

Прибор, состоящий из детектора (счетчика) излучения, блока высокого напряжения, таймера (электронного секундомера) и регистрирующего устройства, называется радиометром. Радиометр при фиксированном

7

времени измерения (t) регистрирует количество импульсов напряжения (n). В результате можно рассчитать скорость счета (N = n/t) – количество импульсов в единицу времени, например, имп/с.

Радиометр регистрирует отдельные импульсы даже в том случае, если образец отсутствует. Эта величина – фон счетчика (Nф). Источником его являются космическое излучение и излучение отдельных рассеянных в окружающей среде естественных радиоактивных нуклидов. Для снижения фона счетчика измеряемый образец помещают в свинцовый домик со стенками свинца толщиной 2 см и более. При определении скорости счета препарата (образца) скорость счета фона всегда вычитают:

Nпр = N – Nф.

Измерения скорости счета можно проводить на одном из предложенных преподавателем приборов: на радиометрах «ПСО-2-5» или

«Эксперт».

Радиометры «ПСО-2-5» и «Эксперт» состоят из пересчетного устройства, блока питания и счетчика Гейгера-Мюллера (СБТ-10, СБТ-13), помещенного в свинцовый домик.

Порядок работы на радиометре «ПСО-2-5»:

1.Подключить радиометр к сети переменного тока.

2.Нажать кнопку «Сеть» на задней панели прибора, прогреть прибор 3- 5 минут.

3.Перейти в режим «Работа» и провести измерения в соответствии с описанием , прилагаемом к лабораторной работе.

Порядок работы на радиометре «Эксперт»:

Радиометр «Эксперт» отличается от радиометра «ПСО-2-5» только пересчетным устройством, на котором помещен жидкокристаллический дисплей и два функциональных ползунковых тумблера управления. Одним из них прибор включается, другой задает альтернативные режимы времени измерения: 10 или 100 секунд.

После включения радиометр «Эксперт» работает циклично: автоматически начинает измерение, сигналом предупреждает о появлении результата, сохраняет его в течение 10 секунд на дисплее, после чего снова переходит в режим измерения. При такой схеме работы прибора необходимо отбросить первое показание после включения прибора и первое показание при смене препарата или времени измерения.

Общая постановка задачи.

Цель работы - изучить устройство радиометров применяемых для радиационного контроля объектов ветнадзора, освоить порядок подготовки к работе радиометров ПСО2-5, УС-6, «Эксперт» и других, имеющихся в лаборатории, произвести проверку пересчетной схемы и дать заключение о пригодности прибора для радиационного контроля.

8

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с устройством радиометров типа "ПСО-2-5" или

"Эксперт".

2.Включите прибор в сеть.

3.Подготовить прибор к работе в соответствии с методическими указаниями.

4.Установить режим «Проверка» и проверить пересчетную схему.

5.Установить режим «Работа» и подать на детектор рабочее напряжение (устанавливается экспериментально, см. упражнение 3).

6.Измерить количество импульсов (nф) при отсутствии в свинцовом домике какого-либо образца (природный радиационный фон). Рассчитайте скорость счета фона Nф = nф/tф, имп/с.

7.Препарат, предложенный преподавателем, положить на специальную подложку и поместить в свинцовый домик радиометра. Закрыв домик, измерить количество импульсов за 100 с (n). Рассчитать скорость счета: N = n/t, имп/с.

8.После окончания измерений препараты переложить из свинцового домика в специальный контейнер, выключить радиометр, отсоединить блок питания от источника тока.

9.Рассчитать скорость счета исследуемого препарата: Nпр = N – Nф,

имп/с

Упражнение 3. Определение счетной (рабочей) характеристики газоразрядного счетчика.

Рабочая (счетная) характеристика счетчика выражает зависимость числа регистрируемых счетчиком импульсов от подаваемого на него напряжения. Ее основные рабочие параметры: напряжение начала счета, напряжение начала «Плато», напряжение конца «Плато», протяженность «Плато», наклон «Плато» в процентах на 1 или 100 В, рабочее напряжение и скорость счета от натурального фона (имп/мин). Все эти показатели необходимо определить перед использованием счетчика в работе, так как они могут измениться при его хранении и транспортировке, периодически— после 2—3 мес. эксплуатации счетчика или в случае значительного изменения показателей скорости счета от фона или эталонного источника.

При выбранном наиболее рациональном рабочем напряжении проводят все измерения активности счетных образцов

Цель работы: освоить метод определения счетной (рабочей) характеристики газоразрядного счетчика и оценки качества счетчика по основным параметрам его работы.

Материалы и оборудование: радиометры, газоразрядный счетчик МСТ-17 или СБТ-10, радиоактивные эталонные источники, масштабнокоординатная бумага, линейки.

9

Порядок выполнения работы.

1.Подготовить к работе радиометр со счетчиком MСT-17.

2.Поместить под счетчик радиоактивный источник невысокой активности.

3.Постепенно повышать напряжение на счетчике до тех пор пока не начнется регистрация отдельных импульсов. Это напряжение отметить как напряжение начала счета V1.

4.С этого момента напряжение на счетчике повышать скачкообразно через каждые 25-50 В и определять скорость счета при каждом установленном напряжении. Наступит момент, когда увеличение напряжения не будет приводить к существенному изменению скорости счета. Эта область напряжения соответствует напряжению области Гейгера и называется «Плато» счетчика. Напряжение перехода в область «Плато» отметить как напряжение начала «Плато» V2.

5.Повышение подаваемого на счетчик напряжения и определение скорости счета проводить до заметного увеличения скорости счета, примерно на 15—20 %, но не вводить счетчик в область непрерывного разряда. Это напряжение отметить как напряжение в конце «Плато» Vз.

Форма записи результатов измерения.

Для оценки качества счетчика сравнить полученные данные с его параметрами указанными в паспорте.

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы № 2.

1.На чем основан химический метод регистрации излучения?

2.На чем основан ионизационный метод регистрации излучения?

3.Каков принцип действия счетчика Гейгера-Мюллера?

4.На чем основан оптический метод регистрации излучения?

5.Что такое сцинтиллятор?

6.Какое явление взаимодействия излучений с веществом лежит в основе химических, ионизационных и оптических методов регистрации излучения?

7.Опишите порядок работы на радиометре «ПСО-2-5».

8.Опишите порядок работы на радиометре «Эксперт».

9.Что такое а) скорость счета фона; б) скорость счета препарата?

10.Охарактеризуйте основные части радиометра.

11.По каким признакам проводится классификация счетчиков Гейгера-Мюллера?

12.Что такое счетная характеристика и как она определяется?

10

Способ оценки результатов

Оценка лабораторной работы проводится по балльно-рейтинговой системе. Выполнение и защита лабораторный работы оценивается в 10 баллов (в том числе 5 баллов – за корректно выполненные измерения и расчеты и 5 баллов – за теоретические выводы и защиту лабораторной работы).

Лабораторная работа № 3. Определение эффективности счета препаратов (градуировка радиометрических приборов).

Теоретическая часть

Цель большинства радиометрических измерений – определить активность препаратов (Апр), т.е. определить истинное количество распадов атомов, происходящих в единицу времени. В Международной системе единиц (СИ) активность измеряется в Бк (Беккерелях), 1Бк = 1 расп/с; внесистемная единица измерения активности – Ки (Кюри), 1 Ки = 3,7•1010 Бк. Поскольку активность зависит от числа радиоактивных атомов, то эта величина является количественной мерой содержания радионуклидов в изучаемом образце и широко используется при оценке уровней загрязнения сельскохозяйственных объектов.

Скорость счета препарата (Nпр) и его активность (Апр) пропорциональны, но не равны:

Nпр = Апр • К

Коэффициентом пропорциональности является величина К, которая называется эффективностью счета. Под эффективностью счета К понимают отношение скорости счета препарата к полному числу распадов атомных ядер, происходящих в препарате в единицу времени, т.е. к активности препарата. Эффективность счета – это величина, которая показывает, какая часть активности препарата регистрируется радиометром.

Nпр

К = Апр • 100 %

Эффективность счета может измеряться в долях единицы или в процентах (%). Например, эффективность счета препарата, содержащего 90Sr, на радиометре «Эксперт» составляет 15%. Это означает, что только 15% от всех частиц, образовавшихся при распаде радионуклида в препарате, попало в объем детектора, вызвало ионизацию атомов газа и цепную реакцию образования лавины электронов, падение напряжения на аноде и регистрацию импульса. Остальные 85% распадов атомов в данном примере не зарегистрированы.

Эффективность счета зависит от целого ряда факторов, важнейшие из которых следующие:

1. геометрический фактор (при радиоактивном распаде частицы испускаются по всем направлениям, и в детектор попадают только те,