Опис експериментальної установки та методу дослідження. Як показує експеримент, інтенсивність потоку I радіоактивного випромінювання після його проходження через речовину зменшується

Як показує експеримент, інтенсивність потоку I радіоактивного випромінювання після його проходження через речовину зменшується. Експериментально з’ясовано, що зменшення інтенсивності радіоактивного випромінювання прямо пропорційне інтенсивності випромінювання I та товщині шару речовини dx, крізь яке воно проходить:

. (7.4.1)

Коефіцієнт пропорційності отримав назву лінійного коефіцієнта поглинання радіоактивного випромінювання. Інтегруючи рівняння (7.4.1), отримаємо таке співвідношення:

, (7.4.2)

де d – товщина шару речовини; I ₀ – початкова інтенсивність випромінювання. Експериментально вимірявши інтенсивності I, I ₀ та товщину речовини d, можна за допомогою формули (7.4.2) обчислити лінійний коефіцієнт поглинання радіоактивного випромінювання μ.

Для характеристики інтенсивності радіоактивного випромінювання використовується декілька одиниць вимірювання.

Активністю радіоактивного препарату називають величину, що дорівнює загальній кількості розпадів радіоактивних ядер за одиницю часу:

. (7.4.3)

У системі одиниць СІ активність вимірюється в бекерелях (Бк) 1Бк = 1 с ^{– 1} (1 розпад за секунду).

У практиці використовується позасистемна одиниця активності – кюрі (Кі):

1Кі = 3,700·10¹⁰ Бк.

Таку активність має 1 г радію з масовим числом 226.

Дозою опромінення називають міру дії рентгенівського і радіоактивного випромінювання на речовину. Розрізняють дози – поглинуту й експозиційну.

Поглинута доза – це енергія випромінювання, яку поглинає одиниця маси опромінюваного середовища:

. (7.4.4)

Одиницею поглинутої дози є грей: 1 Гр = 1 Дж/кг.

Експозиційна доза – це міра іонізаційної дії рентгенівського і гамма-випромінювань на повітря за нормальних умов (різним тілам властива різна енергія іонізації складових частинок, тому для визначення іонізаційної дії проміння за еталон узято повітря за нормальних умов); чисельно ця доза визначається відношенням сумарного заряду всіх іонів одного знака, які утворилися в певному об'ємі повітря, до його маси в цьому об'ємі:

. (7.4.5)

Експозиційну дозу вимірюють у кулонах на кілограм. На практиці користуються також позасистемною одиницею експозиційної дози – рентгеном. Один рентген відповідає такій дозі випромінювання, коли в 1 м³ повітря за нормальних умов утворюється 2,08·10¹⁵ пар однозарядних іонів. Установлено, що 1 Р = 2,58·10 ^{– 4} Кл/кг, енергетичний еквівалент рентгена дорівнює 88·10 ^{‑ 4} Гр.

Еквівалентна (біологічна) доза. Встановлено, що біоло­гічна дія різних видів випромінювання при тій самій дозі поглинання різна. Біологічний вплив іонізувального випромінювання різного типу характеризують порівняльним коефіцієнтом якості К, який встановлюється для рентгенівського і гамма-проміння таким, що дорівнює одиниці (К = 1). Тоді для теплових нейтронів К = 3, нейтронів з енергіями 5 МеВ цей коефіцієнт К = 7.Еквівалентна доза визначається добутком поглинутої дози на коефіцієнт якості випромінювання:

, (7.4.6)

у системі СІ за одиницю еквівалентної дози взято зіверт: 1 Зв = 1 Дж/кг, також використовують одиницю поглинутої дози – грей.

Величина дози залежить від інтенсивності падаючого випромінювання і в усіх випадках від часу опромінення. Тому результат дії останнього оцінюють потужністю дози – дозою, віднесеною до одиниці часу. Тому використовують такі одиниці, як грей за секунду, рентген за секунду, зіверт за секунду тощо.

У лабораторній роботі необхідно провести експериментальні вимірювання інтенсивності випромінювання (у бекерелях), експериментально з’ясувати, як інтенсивність випромінювання зміниться після проходження через речовину. Для цього використовується установка, схема якої наведена на рис. 7.4.1.

За джерело радіоактивного випромінювання 1 використано радіоактивну речовину, яку поміщено до свинцевого контейнера з невеликим отвором. Радіоактивне випромінювання спрямовується на пластинки відомої товщини 2. Інтенсивність випромінювання після проходження пластинок вимірюємо за допомогою газорозрядного лічильника Гейгера-Мюллера 3. Кількість зареєстрованих частинок радіоактивного випромінювання підраховує лічильник електричних імпульсів 5.

Рисунок 7.4.1 – Схема експериментальної установки для визначення лінійного коефіцієнта поглинання радіоактивного випромінювання: 1 – джерело радіо­активного випромінювання; 2 – поглинальна пластинка; 3 – лічильник Гейгера-Мюллера; 4 – джерело живлення лічильника Гейгера-Мюллера; 5 – лічильник електричних імпульсів

Для реєстрації іонізувального випромінювання в лабораторній роботі використовуємо лічильник Гейгера-Мюллера. До його складу входить тонкостінна циліндрична трубка 1 (рис. 7.4.2), наповнена розрідженим газом. Товщина стінки трубки 1 достатньо мала і тому майже не затримує частинки радіоактивного випромінювання. Газ, що наповнює трубку, містить 90 % аргону і 10 % газоподібного етилового спирту. Тиск газоподібної суміші – 90–100 мм ртутного стовпчика.

Усередині трубки по осі циліндра розміщено тонку дротинку 2 (рис. 7.4.2). До неї підводиться висока позитивна напруга, яка біля осі трубки створює великий градієнт напруженості електричного поля. Якщо a-, b- або g‑частинка, пролітаючи в трубці, іонізує хоча б одну нейтральну молекулу, то утворений іон газу розганяється електричним полем до такої швидкості, що виникає додаткова ударна іонізація нейтральних молекул газу. Вони, у свою чергу, іонізують інші нейтральні молекули – відбувається лавиноподібне наростання потоку іонів – самостійний газовий розряд. Струм, що проходить через трубку, стрімко наростає. Виникає електричний імпульс, який через конденсатор (рис. 7.4.2) передається до лічильника електричних імпульсів 5 (рис. 7.4.1).

Рисунок 7.4.2 – Схема лічильника Гейгера-Мюллера: 1 – трубка; 2 – тонкий провід

Якщо не вжити спеціальних заходів, то розряд у трубці не згасне і лічильник Гейгера-Мюллера вийде з ладу (розплавиться). Для гасіння розряду в газорозрядній трубці між анодом і джерелом високої напруги вмикають резистор R з опором, що дорівнює приблизно 10⁶ Ом. При різкому збільшенні струму (в момент реєстрації радіоактивної частинки) на опорі R утворюється значна напруга, що призводить до зменшення електричного поля всередині газорозрядної трубки. Завдяки цьому розряд у трубці гаситься. Вона знову здатна зареєструвати іонізувальну частинку. Час гасіння розряду в трубці приблизно дорівнює 10 ^{– 4} с. Це означає, що лічильник Гейгера-Мюллера може зареєструвати до 10⁴ іонізувальних частинок за секунду.

Поиск по сайту: