Nazwisko i imię: Zespół: Data:

Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

Cel ćwiczenia:Zapoznanie się z podstawami dozymetrii promieniowania jonizującego. Porównanie własności absorp-cyjnych promieniowania gamma różnych materiałów.

Literatura

[1] Bobrowski Cz., Fizyka, krótki kurs, Warszawa, WNT 1993.

[2] Zieliński W.(red): Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Kraków, SU 1577 AGH 1999.

Zagadnienia do opracowania Ocena i podpis

1. Przedstaw i omów prawo rozpadu promieniotwórczego.

2. Rozpad β. Jakie znasz rodzaje rozpadu β, jakie jądro powstaje w wyniku każdegoz nich (wyjaśnij na przykładzie 137Cs)?

3. Zdefiniuj pojęcie dawki, równoważnika mocy dawki i podaj ich jednostki.

4. Zdefiniuj pojęcie aktywności źródła promieniowania i podaj jednostki.

5. Przedstaw prawo absorpcji promieniowania γ w materii – co to jest współczynnikabsorpcji.

6. Naturalne tło promieniotwórcze – omów przyczyny występowania naturalnego tłapromieniotwórczego.

7. Do czego służy dozymetr?

8. Jakie znasz rodzaje promieniowania jonizującego. Zaproponuj jakie osłony (ma-teriał oraz grubość) powinno się stosować w celu ochrony człowieka przed tympromieniowaniem

Ocena z odpowiedzi:

96-1

1 Opracowanie ćwiczenia

Opracuj i opisz zagadnienia nr i

podpis:

96-2

2 Oznaczenia, podstawowe definicje i wzory

Dawka pochłonięta – energia zaabsorbowana przez jednostkę masy napromieniowanej substancji.Jednostką dawki jest grej [Gy], 1Gy = 1 J/kg.Równoważnik dawki – parametr, uwzględniający rodzaj promieniowania absorbowanego w organi-zmie. Jednostką równoważnika dawki jest siewert [Sv]; jest to dawka absorbowana dowolnego rodzajupromieniowania jonizującego, która wywołuje identyczny skutek biologiczny jak dawka absorbowana1 Gy promieniowania X lub γ1.Stosowane oznaczenia:D/t – moc równoważnika dawki [µSv/h]A – aktywność źródła [ Bq]r – odległość mierzona od punktowego źródła promieniowania [m]r0 – tzw. odległość zerowa [m]r + r0 – odległość rzeczywista źródło-dozymetr [m]t – czas [h]Iγ – stała charakterystyczna dla danego izotopu promieniotwórczego,

uwzględniająca również konieczność ujednolicenia jednostek.µ – współczynnik absorpcji [cm −1]x – grubość absorbenta [cm].µ/ρ – masowy współczynnik absorpcji materiału [cm2/g] (por.rys.96-2)ρ – gęstość materiału [g/cm3]M – masa powierzchniowa [g/cm2].

Zależność mocy równoważnika dawki promieniowania X (γ) od aktywności źródła (źródło punktowe)

D

t=IγA

(r + r0)2 . (1)

Prawo absorpcji promieniowania γ

I = I0e−µx = I = I0e−(µ/ρ)M . (2)

Źródła promieniowania γ używane w ćwiczeniu 96:Izotop Czas połowicznego Główne energie

zaniku promieniowania γ81 keV

133Ba 10,5 lat 303 keV365 keV

60Co 5,3 lat 1173 keV1333 keV

137Cs 30 lat 662 keV

1W roku 1995 wprowadzono nową, nieco zmodyfikowaną terminologię dozymetrycznych wielkości charakterystycznych.W opracowaniu nie uwzględniono tych zmian ze względu na to, że dostępna dla studentów literatura używa terminologiitradycyjnej.

96-3

Układ pomiarowy

Dozymetr wykorzystywany w ćwiczeniu to dawkomierz mikroprocesorowy PM-1203 przeznaczony mię-dzy innymi do pomiaru mocy równoważnika dawki w µSv/h . Jako detektor promieniowania zastoso-wano licznik Geigera-Mullera. Na rys.96-1 przedstawiono płytę czołową dawkomierza oraz usytuowanielicznika Geigera-Mullera. Łączna gęstość powierzchniowa ścianki nad objętością czynną licznika wy-nosi 1 g/cm3. Pracą wyświetlacza jak i układu zasilania oraz modułem zegara steruje mikroprocesor.Czas pomiaru ustawia się automatycznie, i tak np. dla pomiaru tła naturalnego wynosi 36 s.

Rysunek 96-1: Dawkomierz PM 1203.

Uruchomienie dozymetru : przycisk „mode” (1) służy do wyboru rodzaju pracy np. odczytu mocydawki.2 – wskaźnik do odczytu mocy dawki3 – znak pracy przyrządu w trybie „dawkomierz” .Na rys.96-3 zamieszczono schemat komory pomiarowej.

Rysunek 96-2: Masowe współczynniki absorpcji promieniowania γ.

96-4

Rysunek 96-3: Schemat komory pomiarowej.

3 Wykonanie ćwiczenia

Pomiar mocy równoważnika dawki

1. Uruchom dozymetr w obecności prowadzącego zajęcia. Jako wynik każdorazowego pomiaru za-pisz maksymalną wartość odczytaną na wyświetlaczu w ciągu czterdziestu sekund pomiaru.

2. Wyznacz tło promieniowania 10-ciokrotnie, a wyniki wpisz do tabeli 1.

3. Wskazane źródło promieniowania umieść w obecności prowadzącego zajęcia w komorze pomia-rowej (rys.96-3).

4. Wykonaj pomiary zależności mocy równoważnika dawki od odległości źródło-dozymetr. Odle-głość zmieniaj w sposób narastający, a następnie malejący, jak zaznaczono w tabeli 2 (wynikiwpisz do tabeli 2).

5. W celu porównania własności absorpcyjnych różnych materiałów wyznacz (dla materiałów wska-zanych przez prowadzącego) równoważnik mocy dawki wyznaczany dla zmienianej grubości ab-sorbenta zmienianej (np.) od około 1mm do około 4mm.

Absorbent powinien być umieszczony między źródłem a dozymetrem. Każdorazowo zmierz gru-bość absorbenta trzykrotnie, a wyniki pomiarów wpisz do tabeli 3.

6. Wykonaj pomiary opisane w punkcie 4 dla innych źródeł promieniowania wskazanych przezprowadzącego.

7. Wykonaj pomiar mocy równoważnika dawki w pracowni w pobliżu kilku stanowisk, w którychstosowane są źródła promieniotwórcze.

96-5

Wariant do wykonania (określa prowadzący):

Wykonaj pomiary opisane w punktach ........., ............, ..........,dla następujących źródeł promieniowania ............., .............. i absorbentów ..............., ................ .

podpis:

4 Wyniki pomiarów

Tabela 1: Pomiar tłaNr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Tło[.......]

Tabela 2: Moc równoważnika dawki dla źródła ........... [........]Odległość Numer pomiaru Odległość Numer pomiaru[cm] 1 2 3 4 5 [cm] 1 2 3 4 5

0 14

0,5 12

1 11

1,5 10

2 9

2,5 8

3 7

4 6

5 5

6 4

7 3

8 2,5

9 2

10 1,5

11 1

12 0,5

14 0

96-6

Tabela 3: Moc dawki dla absorbenta .........., źródła promieniowania ................ i odległości........ cmMoc dawki bez absorbenta Moc dawki z absorbentemGrubość Grubośćabsorbenta [cm] 1 2 3 4 5 absorbenta [cm] 1 2 3 4 5

........ ........

........ ........

........ ........Moc dawki z absorbentem Moc dawki z absorbentemGrubość Grubośćabsorbenta [cm] 1 2 3 4 5 absorbenta [cm] 1 2 3 4 5

........ ........

........ ........

........ ........

odległość............... absorbent, .............. źródło ...........

Moc dawki bez absorbenta Moc dawki z absorbentemGrubość Grubośćabsorbenta [cm] 1 2 3 4 5 absorbenta [cm] 1 2 3 4 5

........ ........

........ ........

........ ........Moc dawki z absorbentem Moc dawki z absorbentemGrubość Grubośćabsorbenta [cm] 1 2 3 4 5 absorbenta [cm] 1 2 3 4 5

........ ........

........ ........

........ ........

podpis:

96-7

5 Opracowanie wyników pomiarów

Po wyznaczeniu średniego tła (z dziesięciu pomiarów), które wynosi ........................., wpisz do ta-beli 4 średnie wartości mocy równoważnika dawki wyznaczone na podstawie danych pomiarowychzamieszczonych w tabeli 2. Określ niepewność pomiaru mocy równoważnika dawki jako niepewnośćstandardową typu A:

u(D/t) =

√√√√√√n∑i=1

(ai − a)2

n(n− 1), gdzie a ≡ D/t

n – ilość pomiarówai – kolejny pomiar D/ta – wartość średnia

Wykonaj wykres zależności mocy równoważnika dawki od zmierzonej odległości (r) źródło – dozymetrna podstawie danych z tabeli 4. Na wykresie nanieś odpowiednie wartości i ich niepewności standar-dowe – za niepewność pomiaru odległości przyjmij ∆r = 0, 2 cm.

Tabela 4: Średnie wartości mocy równoważnika dawki dla źródła .............Średnia moc równoważnika Średnia moc równoważnika Niepewnośćdawki dawki D/t po odjęciu tła standardowa

u(D/t)Odl.[cm]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

14

Wyznacz wartość linowego współczynnika absorpcji. Umieść, opracowane następująco, wyniki z tabe-li 3 w tabeli 5(oraz w tabeli 6).

96-8

Rysunek 96-4: Zależność mocy równoważnika dawki od odległości dla źródła . . . . . . . . . .

Tabela 5: Średnie wartości mocy równoważnika dawki w zależności od grubości absor-benta .........Średnia moc równoważnika dawki Grubość absorbenta – wartośćw [µSv/h] po odjęciu tła średnia [cm]

Powyższe dane wykorzystaj do wyznaczenia współczynnika absorpcji µ na podstawie wzoru 2 za Ipodstawiając średni równoważnik mocy dawki, a za x grubość absorbenta. Skorzystaj z programu„regresja eksponencjalna”, za x przyjmij grubość absorbenta, a za y wartość średniego mocy równo-ważnika dawki.

Wyznacz: µ = ...................... Oblicz: µ/ρ = ........................

96-9

Porównaj uzyskane wyniki z prezentowanymi na rys.96-2.Zauważ, że µ można również wyznaczyć korzystając z programu „regresja linowa” (za x przyjmij gru-bość absorbenta a za y logarytm naturalny wartości średniej mocy równoważnika dawki według wzoru2). Nachylenie uzyskanej prostej regresji pozwoli na wyznaczenie µ.Załącz uzyskany wykres do sprawozdania (pkt. 5). Niepewność oceny liniowego współczynnika absorp-cji określ korzystając z niepewności standardowej określenia współczynnika w wykładniku potęgowymfunkcji eksponencjalnej.

u(µ) =...................... u(µ/ρ)= ......................

Tabela 6: Średnie wartości mocy równoważnika dawki w zależności od grubości absor-benta .........Średnia moc równoważnika dawki Grubość absorbenta – wartośćw [µSv/h] po odjęciu tła średnia [cm]

Powyższe dane wykorzystaj do wyznaczenia współczynnika absorpcji µ na podstawie wzoru 2, podsta-wiając w nim za I średni równoważnik mocy dawki, a za x grubość absorbenta. Skorzystaj z programu„regresja eksponencjalna”, za x przyjmij grubość absorbenta, a za y wartość średniego mocy równo-ważnika dawki.

Wyznacz: µ = ...................... Oblicz: µ/ρ = ........................, ∆µ = ......................

Porównaj uzyskane wyniki z prezentowanymi na rys. 2.

Wnioski:

Uwagi prowadzącego:

Ocena za opracowanie wyników:

ocena podpis

6 Załączniki: dodatkowe wykresy, obliczenia, ewentualna poprawa

96-10