Изучение основных характеристик лабораторных

Лабораторная работа №1

Изучение основных характеристик лабораторных

радиоактивныхисточников и измерительных приборов.

Освоение 3-х режимов работы РКСБ.

    После аварии на Чернобыльской атомной электростанции (АЭС) остро возник вопрос о доступности населению Белорусии правильной информации по состоянию радиационной обстановки на территории республики, по потенциальным последствиям аварии для населения, по дозиметрическим измерительным приборам и допустимым дозам радиационного воздействия на человека.

 

Основные характеристики лабораторных

Радиоактивных источников.

 

    Человек и окружающая его Среда состоят из атомов и молекул, которые, в свою очередь, состоят из ядер с линейными размерами порядка 10^-15 м и более. Ядра, в свою очередь, состоят из нуклонов, протонов и нейтронов, которые внутри ядра за счет сильного короткодействующего силового поля образуют различные нуклонные ассоциации, нуклонные кластеры. Нуклонные кластеры внутри ядер нестабильны и характеризуются средним временем жизни t.

    Некоторые нуклонные кластеры с четным числом протонов и четным числом нейтронов могут существовать достаточно длительный период времени, чтобы осуществить туннельный выход за пределы материнского ядра, преодолев на его периферии кулоновский барьер электромагнитного силового взаимодействия нуклонов внутри ядра. Такая возможность реализуется у a -частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов и представляющих собой ядро химического элемента гелия. Таким образом мы наблюдаем a -радиоактивность в некоторых нестабильных ядрах - редкоземельных и тяжелых. В качестве a -радиоактивного источника мы имеем изотоп Am-241.

    Нуклоны в ядре наряду с упорядоченным поведением во временных структурах нуклонных кластеров и нуклонные кластеры совершают хаотическое тепловое движение внутри материнского ядра. Интенсивность данного хаотического поведения нуклонов и нуклоных кластеров очень высока и характеризуется диапазоном температур порядка 10⁷¸10⁸ К. Хаотическое тепловое поведение нуклонов и нуклонных кластеров в условиях электромагнитного взаимодействия приводит к существованию для каждого химического элемента наряду со стабильными изотопами большого количества нестабильных изотопов, ядер с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов.

    Для стабильных изотопов интенсивное сильное ядерное взаимодействие приводит к ядрам со сферически симметричной поверхностью. Для нестабильных изотопов наблюдается заметная деформация сферической поверхности ядер и некоторые периферийные нуклоны могут, за счет слабого силового взаимодействия, испытать b -распад. Наблюдаемый для всех нестабильных изотопов b -распад способствует смещению нестабильных материнских ядер область стабильных изотопов. В качестве представителей b -радиоактивных ядер мы имеем изотопы ,  и .

    Дочерние ядра Np-237, Ne-22, Ni-60 и Ba-137 характеризуются возбужденным состоянием нуклонов в поле действия сильного и электромагнитного силовых полей. Возбужденные состояния характеризуются дискретными значениями энергии и переход в основное энергетическое состояние сопровождается испусканием g -квантов электромагнитного силового поля. Все имеющиеся у нас лабораторные радиоактивные источники ( , , , ) являются источниками g -излучения. Соответствующие паспортные данные набора лабораторных радиоактивных источников по их радиоактивности сведены в таблицу I.

 

Безопасности человека.

    В Республике Беларусь пока еще действуют нормы и правила радиационной безопасности (НПРБ) СССР. Они представляют собой санитарно-гигиенические нормативы, регламентирующие радиационную безопасность человека.

В качестве основной величины (меры) биологического действия радиации при хроническом облучении человека обычно используют эквивалентную дозу (интенсивность эквивалентной дозы, измеряемой в Зивертах (Зиверт/час).

    Радиация опасна для человека тем, что увеличивает риск заболевания человека трудноизлечимыми и неизлечимыми болезнями а также тем, что сказывается на потомстве человека, в его последующих поколениях. Радиация может вызвать у потомства соматические, генетические и биологические эффекты, то есть радиация может вызвать у потомства разных поколений различные уродства, связанные с аномалией формирования нормального телосложения человека в процессе его роста и с различными генетическими заболеваниями.

    Действие ионизирующей ионизации на живой организм стала интересовать мировую науку с первых следствий отрицательных эффектов радиации. Еще в 1895 году помощник Рентгена В. Груббе получил радиационный ожог при работе с рентгеновскими лучами. Пострадали от радиации А. Беккель, М. Кюри-Склодовская, П. Кюри и многие другие ученые, работавшие с радиоактивными источниками. Наибольшее кол-во пострадавших связано с разработкой ядерного и термоядерного оружия, не говоря уже об испытаниях данного оружия.

    В рамках ООН в 1955 году создано международная организация - Научный Комитет по действию атомной радиации (НКДАР). С результатами 30 лет деятельности этого комитета можно познакомится, прочитав резюме работ Комитета в книге “Радиация. Дозы, эффекты, риск.”.-М.: Мир, 1990.-79с. Из отечественной литературы можно рекомендовать брошюры Ю.В. Савинцева, изданные издательством “Знание”:

    -“Радиация и человек”, 1987 г.

    -”На сколько опасно облучение?”,1988 г.

    -”Ядерная энергетика и экология”, 1976 г.

 

    Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации. К ним относится применение рентгеновских и других излучений в медицине, сжигание топлива, использование воздушного транспорта, пребывание в помещениях. Естественный фон от космических излучений и естественных источников излучения (радон и др. дочерние продукты радиоактивного распада радиоактивных изотопов урана, содержащихся в земной коре) колеблется от 5 до 60 мкЗв/час. В среднем он составляет величину в 20 мкЗв/час.

    Люди живущие на уровне моря получают в среднем от космических лучей 300 мкЗв/год. С высотой уровень облучения повышается, особенно при использования воздушного транспорта. Уровень радиации возрастает в десятки и сотни раз. На поверхности Земли уровень радиации зависит от концентрации радона в подземных источниках воды. В некоторых горячих точках он достигает 400 мЗв/год. В среднем по подсчетам НКДАР ООН средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую получает человек в год от земных источников естественной радиации составляет 350 мкЗв, т.е. определяется такой же величиной, как и вклад внешнего космического излучения.

    Самую большую опасность для человека представляет a-радиоактивный изотоп - радон (газ, растворяющийся в воде). Опасность связана с его попаданием внутрь человека с водой, с парами воды и при истреблении продуктов питания. Увеличение концентрации радона в жилых помещениях связано также с использованием природного газа. Основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников радиации, вносят медицинские препараты при диагностике и лечении. В среднем медицина дает вклад в интегральную дозу получаемую человеком в течении года в 300 мкЗв.

    При хроническом внешнем и внутреннем облучении всего тела человека годовой дозовый предел, безопасный для 70 лет жизни установлен в 5 мЗв. Эта величина дозы не включает вклад от облучения человека от медицинской диагностики и лечения и от космического фонового излучения. Предельно допустимая доза интегрального облучения человека за 70-летний период жизни в СССР до Чернобыльской катастрофы была установлена в 0,25 Зв. После Чернобыля Минздравом СССР была установлена в 0,70 Зв, затем понижена до 0,50 Зв и с 1987 года установлена в 0,35 Зв.

    Таким образом, если исходить из показаний бытовых дозиметров, указанных выше можно опираться на следующие реперные нормативы:

- показания дозиметра в пределах 0,1 ¸ 0,2 мкЗв/ч считаются нормальными фоновыми значениями;

- показания дозиметра в пределах 0,2 ¸ 0,6 мкЗв/ч считаются допустимыми, особенно если облучение не хроническое;

- показания дозиметра в пределах 0,6 ¸ 1,2 мкЗв/ч считается повышенным и требует более жесткого контроля, выявления источника повышенной радиации и принятие соответствующих мер защиты.

Задания по лабораторному занятию №1.

 

    После ознакомления с данным описанием необходимо выполнить следующие задания:

1. На основе приведенных в описании значений периода полураспада Т_1/2 для натрия-22, кобальта-60, цезия-137 и америция-241 рассчитать по формуле l =0.69/Т_1/2 постоянную распада l.

2. На основе приведенных в описании активностей А₀ для , ,  и , измеренных на период 1 июля 1992 года, рассчитать их активность в кБк на период проводимых измерений с февраля по май месяц по формуле:

 

                                        А(t)=А₀ exp{- l t};

где t=t₁=..., дата измерения в феврале... года - 1 июля 1992 года,  t=t₂ =..., дата измерения в мае... года - 1 июля 1992 года.

3. По полученным результатам для активностей лабораторных источников на временные периоды t=0 (1 июля 1992 года), t₁ и t₂ рассчитать количесво нераспавшихся ядер , , и :

 

                                            N(t)=A(t)/ l.

4. По полученным результатам по нераспавшимся радиоактивным ядрам , ,  и  рассчитать их массу, исследуя соотношения

 

                                          m(t)= m N(t)/N₀

     , где N₀ - постоянная Авогадро, m - молярная масса соответствующего химического элемента.

5. Ознакомится с паспортными данными комбинированного прибора для измерения ионизирующего излучения РКСБ-104 в следующих режимах:

- режим измерения интенсивности эквивалентной дозы Д           g -излучения радиоактивных источников и фона, (режим дозиметрии);

- режим измерения потока b -частиц (электронов или позитронов) с единицы поверхности за одну секунду, (режим бетаметрии);

- режим измерения активности лабораторных радиоактивных источников (режим радиометрии).

7. Получить практические навыки включения и измерения фонового излучения и излучения от лабораторных радиоактивных источников во всех трех режимах работы прибора.

 

5. Контрольные вопросы и задачи.

 

    При защите результатов работы по первому лабораторному занятию подготовить по учебно-методической литературе работы на следующие вопросы:

1) Основные характеристики ядер;

2) Естественная и искусственная радиоактивность;

3) Основной закон радиоактивного распада ядер;

4) Физические основы регистрации ядерного излучения;

5) Основные метрологические характеристики активности радиоактивности ядер и действие радиоактивного излучения на внешнюю среду (единицы радиометрии, бетаметрии и дозиметрии);

6) Схемы распада радиоактивных ядер , , и .

7) Основные характеристики a -, b - и g -излучения радиоактивных ядер , ,  и ;

8)Основные бытовые измерительные приборы радиоактивности ядер и их характеристики.

Литература.

1. Ю.М. Широков, Н.П. Юдин. Ядерная физика.-М.; “Наука”, 1980.-738 с.

2. Практикум по ядерной физике.-М.: Издательство Московского университета. 1988.-199 с.

3. Н.Е. Иродов. Сборник задач по атомной и ядерной физике.-М.: Атомиздат.1976.-232 с.

4. Справочник по ядерной физике.-М.: Физ.-мат. издат. 1963.-632 с.

5. Ю.В. Сивинцев. Насколько опасно излучение.-М.: Знание.

1988.-96 с.

6. А.Н. Тихонов, М.В. Уфимцев. Статистическая обработка результатов эксперементов.-М.: Издательство Московского университета.

1988.-174 с.

7. Над чем думают физики. Выпуск 1. Физика атомного ядра.-М.: Физматиздат М.:1982.-89 с.

 

 

Лабораторная работа №1

Изучение основных характеристик лабораторных

радиоактивныхисточников и измерительных приборов.