19906

Определение активности радионуклидов в объектах окружающей среды гамма-радиометром РУГ-91М1 «ADANI»

Лабораторная работа

Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Определение активности радионуклидов в объектах окружающей среды гаммарадиометром РУГ91М1 ADANI Цель работы: 1.Измерение удельной активности гаммаизлучающих нуклидов калия – 40 Радия226 тория232 цезия137 в пробах окружающей среды. ...

Русский

2013-07-18

74.5 KB

20 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.

Определение активности радионуклидов в объектах окружающей среды гамма-радиометром РУГ-91М1 «ADANI»

Цель работы: 1.Измерение удельной активности гамма-излучающих нуклидов калия – 40, Радия-226, тория-232, цезия-137 в пробах окружающей среды.                                                                                                                                                                                       

2. Определение удельной эффективной активности строительных материалов и допустимости их использования.

                                              

                                                    1. Общие сведения

АКТИВНОСТЬ - количество распадающихся за определенное время ядер

Единицей измерения активности   в радиоактивном источнике, в системе СИ является (Бк), соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида.

 Внесистемная единица измерения - Кюри (Ки). Один Кюри равен активности одного грамма радия. Количество распадов в одном грамме радия равно 3,7*1010   распадов в секунду.  Зная радиоактивность в Беккерелях, можно перейти к активности в Кюри, и наоборот.

                                                      1 Ки = 3,7*1010 Бк

Удельная активность - это отношение активности радионуклида, содержащегося в пробе, к массе этой пробы:; Единицы удельной активности: 1 Бк/кг или 1 Ки/кг.

Объемная активность - это отношение активности радионуклида, содержащегося в образце, к объему образца: ; Единицы удельной активности: 1 Бк/л или 1 Ки/л.

Для регистрации излучений применяют  особые устройства – детекторы,  в которых под воздействием  излучения происходит ионизация  вещества детектора  и образуются  заряженные частицы, которые создают электрическое поле, по напряжению электрического  поля определяют  энергию излучения, а по числу импульсов, прошедших через детектор, число распадов (импульсов). Таким образом, подсчитав количество электрических сигналов соответствующей амплитуды, можно узнать активность того или иного радионуклида, содержащегося в образце. Приборы, в которых используется такой принцип измерения радиоактивности, называются РАДИОМЕТРАМИ. Для того, чтобы ослабить влияние  радиационного фона, детекторы в радиометрах помещают в специальные  свинцовые экраны.

В настоящее время наибольшую опасность представляют долгоживущие радионуклиды: Цезий-134,-137 и Стронций-90, попавшие в окружающую среду в результате аварии на Чернобыльской АЭС и в меньшей степени Радий-226, Торий-232.

Активность радионуклидов цезия определяется по гамма-излучению, а стронция – бета-излучению.  Для измерения используются различные типы приборов – гамма-радиометры  и бета-радиометры.

             

 2.  Назначение и технические характеристики гамма-радиометра  РУГ-91М1

2.1  Гамма-радиометр   РУГ-91М1 «ADANI» предназначен для измерения     удельной и объемной активности гамма - излучающих радионуклидов Цезия-134,-137, природного Калия-40 , а также Радия-226 и Тория-232 в пробах природной среды.

2.2  Технические данные гамма-радиометра

2.2.1 Сцинтиллятор-кристалл Cs  I (TI) размером 40x40 мм.

2.2.2 Диапазоны измеряемой удельной массовой активности, Бк/кг, приведены в таблице1.

Таблица 1

Время измер.

мин.

Диапазоны    измеряемой      УА, Бк/кг

Суммарная эфф.

активность

Cs-137/

Cs-134

К-40

Ra-226

Th232

60

3-50000

20

5-50000

20-10000

3-50000

3-50000

6-50000

10

8-50000

30-10000

5-50000

5-50000

10-50000

2

15-50000

60-50000

10-50000

10-50000

10-50000

 

 2.2.4 Пределы допустимой основной погрешности измерения объемной активности радионуклида калий-40 при времени измерения 20 мин (0,2 – 50,0 кБк/л) -50%; 2 мин (0,5 –50,0 кБк/л) – 50%.

2.2.5 Пределы допускаемой дополнительной погрешности при измерении температуры 1%/1º С, при измерении внешнего фона гамма-излучения до 50 мкР/ч -25%.

2.2.6   Время установления рабочего режима, не более 30мин.

2.2.7   Время непрерывной работы не менее часа.

2.2.8   Объём пробы – 0.5л.

                                   3. Устройство гамма-радиометра  РУГ-91М1

3.1 Принцип действия гамма-радиометра основан на подсчете числа световых импульсов, возникающих в сцинтилляционном детекторе при попадании на него гамма-квантов. Число зарегистрированных в единицу времени световых импульсов однозначно связано с активностью исследуемого образца.

3.2. Упрощенная функциональная схема, поясняющая принцип действия радиометра.

Исследуемый образец (проба) размещается в кювете, в качестве которой используется сосуд Маринелли объемом 0,5 л. Кювета с пробой устанавливается внутрь свинцового защитного экрана, уменьшающего  влияние внешнего фонового излучения. Сверху экран закрывается свинцовой защитной крышкой.

Световые вспышки, возникающие в сцинтилляторе, через световод попадают на фотокатод фотоэлектронного умножителя и преобразуется в электрические импульсы, которые после усиления поступают в устройство селекции. Устройство селекции производит сортировку импульсов по их амплитудам(пропорционально энергии регистрируемых гамма-квантов). Это позволяет определять порциальные вклады изотопов цезия и калия в суммарную активность пробы.

Устройство обработки управляет работой устройства селекции и вычисляет количественные характеристики ионизирующего излучения.

Устройство индикации и управления задает режим работы гамма-радиометра и индуцирует на табло результат измерения.

Режим работы задаётся с помощью 14 кнопок на лицевой панели прибора.

ВНИМАНИЕ!!! В гамма-радиометре в качестве детектора используется кристалл Cs I (Т 1), который требует бережного обращения. Избегайте механических ударов по прибору и резкого перепада температур!!!

3.3 Назначение органов управления

КНОПКИ УПРАВЛЕНИЯ:

СЕТЬ – служит для включения и выключения гамма-радиометра.  

Background (ФОН) и On (ПРОБА) производят включение режима ИЗМЕРЕНИЕ  для измерения активности соответственно фона и образца.

2мин, 10мин, 20мин устанавливают время измерения. 20мин --- для точных измерений и рекомендуется для измерения  малоактивных проб (менее 200 Бк/л).

К-40, CS-137, Ra-226, Th-232  для измерения активности пробы  соответствующих элементов.

Reset (СБРОС) для отмены ошибочной команды и приведения гамма-радиометра в исходное состояние. Нажатие кнопки сопровождается звуковым сигналом, при этом загорается светодиод над этой кнопкой.

3.4   Подготовка прибора к работе

Подсоединить сетевой шнур к сети 220 В и нажать кнопку СЕТЬ. Звуковой сигнал и индикация ”0” во всех  разрядах табло  означает готовность к работе.

 

4. Порядок работы

Исходные данные:

  •  проба №1 песок (г. Витебск, центр города) масса =630г. V=0,5 л.
  •  проба №2 песок (г. Витебск, лес окрестности) масса =920г. V=0,5 л.

Следует отметить, что свинцовый экран не исключает полностью влияния фонового излучения: даже при отсутствии исследуемого образца внутри экрана на выходе детектора будут регистрироваться импульсы, которые и нужно учитывать, как фоновые. Таким образом, вся процедура измерения состоит из двух этапов: измерения фона и измерения активности образца.

4.1 Измерение ФОНА

Измерение фона производятся с пустым сосудом Маринелли, либо без него. Фон изменяется по четырем каналам одновременно (К-40, Сs-137, Ra-226, Th-232), его значения заносятся в память микропроцессора. Окончание измерения подтверждается звуковым сигналом!

4.1.1  Для измерения фона внутри свинцового защитного экрана нажать кнопки  Background и 10мин, (при выборе времени измерения фона учесть, что оно должно быть больше максимально предполагаемого времени измерения проб) и снова Background. По окончании измерения на табло индуцируется  значение фона соответствующего радионуклида или суммарной эффективной активности пробы.

4.1.2 Значение фона автоматически  заносятся в память и в дальнейшем автоматически вычитаются из результатов измерения активности пробы.

4.1.3   Если фон уже измерялся и сетевой шнур гамма-радиометра не отключался от  питающей сети, то после включения кнопки СЕТЬ на табло индуцируется его значение. При этом над кнопкой Reset загорается светодиод.

4.1.4   При повторном измерении величины фона, нажать кнопки Background, «10мин» и  Background еще раз (Происходит измерение фона по принципу накопления 10+10=20мин – на табло в итоге будет значение фона за 20мин).

4.2 Измерение активности пробы

4.2.1 Для корректных измерений объем пробы должен составлять 0,5 л. Особой подготовки проб для проведения измерений не требуется. Показания прибора снимают  в Бк/кг.


4.2.2
Установить кювету с исследуемой пробой внутрь свинцового экрана.             Закрыть крышку, нажать кнопку «Reset».

4.2.3 Ввести массу тары: для чего нажать кнопку On, затем нажатием кнопок Tare+  и Mass- ввести массу пустой кюветы (90г) и снова нажать кнопку On.

4.2.4  Ввести массу пробы: кнопками Tare+  и Mass- ввести массу пробы (по умолчанию введено 0,500кг, вводим по условию задания, кг). Нажать кнопку On.

4.2.5 Нажать кнопки времени 10 МИН (2мин, 20мин или другого) и On – начался отсчет. Измерение активности идет одновременно по четырём каналам: по Cs-137, К-40, Ra-226, Th-232.

4.2.6 По окончании измерения звучит характерная мелодия (через несколько сек.) и прибор переходит в режим индикации суммарной эффективности удельной активности пробы Аmэфф и погрешности ее измерения. Нажатием кнопок Cs-137, К-40, Ra-226, Th-232 (на табло высвечивается объемная активность того радионуклида, кнопка которого нажата) или Effective Activity. Записать значения показаний радиометра, результат на табло сохраняется до начала следующего измерения.

4.2.7 Пункты 4.2.2-4.2.6 повторить 3раза для каждой пробы. Количество исследуемых проб задается преподавателем. Определяем среднее значение удельной активности (Аm).

4.2.8 По окончании измерений вынуть кювету из свинцового домика и выключить прибор тумблером «Сеть» на задней панели и вынуть вилку прибора из розетки.

4.2.9 Результаты измерения активности проб заносим в  таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты измерений

Объект исследования

Показание прибора

Аm Бк/кг ±погрешность

Время

Изм

Avэфф

Cs-137

К-40

Ra-226

Th-232

Фон

12

8

Проба №1

изм.1

12

65±12

0±8

0±124

33±4

25±3

изм.2

6

66±16

0±9

106±167

39±5

17±3

изм.3

6

63±15

0±11

59±151

23±6

26±4

среднее

8

64,6±14,3

0±9,3

55±147,3

31,6±5

22,6±3,3

Проба№2

            

            

изм.1

12

       

     85±14

7±11

138±133

43±5

25±4

изм.2

6

84±18

15±12

173±186

39±1

23±5

изм.3

    93±19

19±14

   195±180

      33±8

33±6

среднее

8

87,3±17

13,6±12,3

168,6±166,3

38,3±4,6

27±5

5. Обработка результатов измерений

для стройматериалов п.5.1 не делать 

5.1 Определение удельной активности строительных материалов

Удельная эффективная активность Amэфф  природных радионуклидов в строительных материалах (песок, щебень, цементное и кирпичное сырье и др.) и отходах промышленного производства, используемые для изготовления строительных материалов (зола, шлаки и др.) может быть рассчитана по формуле:

Amэфф = ARa  + 1.31ATh  +0.085AК+0.22ACs   

где ARa – удельная активность радия – 226, ATh – удельная активность тория – 232 , AК – удельная активность калия – 40 и ACs – удельная активность цезия – 137.

Amэфф = 31,6 ±5 + 1.31 (22,6±3,3) + 0.085(55±147,3) + 0.22(0±9,3) = 65,882±23,8895 (проба №1);

Amэфф = 38,3±4,6 + 1.31 (27±5) + 0.085(168,6±166,3) + 0.22(13,6±12,3) =90,993 ±27,9915(проба№2);          сравнить  с измеренным: Расчетное значение совпадает с измеренным, следовательно измерения проведены верно.

Вывод: 1. Таким образом, значения полученные экспериментальным путем практически совпадают с расчетными, это говорит о том, что измерения были выполнены верно.

2.  При сравнении данных проб с таблицей 5«Классификация строительных материалов по удельной эффективной активности», можно сделать вывод, что данные материалы относятся к первому классу, и их можно применять в строительстве жилых домов.

3. Сравнивая значения удельной активности радия, тория, калия, цезия проб №1 и №2, можно сказать, что значения отличаются незначительно.

Если измеряете продукты :

Выполнить п.5.1

Для продуктов пункт 5.2 не делать


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74021. СОСТАВ ПРЕСТУПЛЕНИЯ 24.58 KB
  Уголовное законодательство не содержит определения понятия состава преступления. Это понятие выработано наукой уголовного права, которая под составом преступления понимает совокупность установленных уголовным законом объективных и субъективных признаков
74022. Стадии совершения преступления 47.86 KB
  Стадии совершения преступления. Понятие стадий умышленного преступления. Понятие оконченного преступления и его признаки. Добровольный отказ от преступления.
74023. Соучастие в преступлении 74.38 KB
  Участие в совершении преступления двух или более лиц. Это (количественный признак), характеризующий институт соучастия с объективной стороны, предполагает участие в одном и том же преступлении двух и более лиц, каждое из которых является вменяемым
74024. Понятие уголовного закона 28.6 KB
  Уголовным законом устанавливаются основания и принципы уголовной ответственности определяется круг общественно опасных деяний признаваемых преступлениями меры государственного принуждения являющиеся уголовным наказанием и иными мерами государственного воздействия применяемыми за совершение преступлений регламентируются...
74025. Действие уголовного закона во времени и в пространстве. Обратная сила уголовного закона 17.65 KB
  Действие уголовного закона во времени и в пространстве. Обратная сила уголовного закона. Действие уголовного закона во времени. Обратная сила уголовного закона.
74026. Понятие преступления и его признаки. Категории преступлений 20.89 KB
  Понятие преступления и его признаки. Понятие преступления и его признаки. УК РФ впервые в законодательном порядке указал в качестве признаков преступления виновность и наказуемость. Ранее эти признаки преступления выделялись лишь наукой уголовного права.
74027. Ранний итальянский гуманизм и его представители 47 KB
  В России эпоха возрождения падает на XVIнач. Этому способствовало: рост городов и усиление их влияния на внутренний и внешний рынки; развитие цехового ремесленного производства следовательно формирование новых общественных капиталистических отношений; за очень короткий промежуток времени совершается много научных открытий которые формируют новую картину мира Николай Коперник Джордано Бруно Галилео Галилей открытия обосновали гелиоцентрический взгляд на мир; эпоха возрождения – это эпоха великих географических открытий. В противовес...
74028. Становление и специфика развития европейского индустриального (капиталистического) общества в эпоху Нового времени 37 KB
  Он изменяет характер не только с х но и промышленности. Растет капиталистическая форма промышленности – мануфактура разлагается средневековое городское ремесло рушатся оковы цехового строя; средневекового цехового мастера все больше вытесняет промышленный капиталист. Распределение машин использующих двигатель внутреннего сгорания повлекло за собой развитие нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Государство проводит политику протекционизма – политика государства направленная на защиту собственной промышленности путем...
74029. Великие революции Нового времени и их последствия 54 KB
  Старый феодальный порядок подрывали многочисленные народные восстания, происходившие в Италии, Франции, России, Испании и других странах. Синхронность этих проявлений кризисных общественно-политических ситуаций свидетельствовала об универсализме глубинных противоречий