Измерение мощности экспозиционной дозы излучения с помощью дозиметра

Цель работы: Получить представление о количественных характеристиках ионизирующих излучений, единицах и методах их измерения

Для реализации поставленной цели необходимо:

а) Изучить литературу[1] по теме работы, раздел «Элементы дозиметрии».

б) Ответить на следующие вопросы:

1) В чем состоит основной закон радиоактивного распада? Что такое постоянная распада? Какая связь между ними?

2) Что понимают под активностью радиоактивного препарата? В каких единицах выражается активность?

3) Что называют поглощенной и экспозиционной дозами излучения, в каких единицах они измеряются?

4) Что называют мощностью экспозиционной дозы излучения? В каких единицах она измеряется?

5) Какая связь между экспозиционной дозой излучения и активностью?

6) Что называют эквивалентной дозой излучения? В каких единицах она измеряется?

7) Какие существуют методы регистрации ионизирующих излучений?

8) Как устроен дозиметр и на чем основан принцип его действия?

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ионизирующим излучением называют потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. Ионизирующим излучением является рентгеновское и g-излучение, потоки a-частиц, электронов, нейтронов и многих других элементарных частиц. Одним из распространенных источников ионизирующего излучения является радиоактивный распад атомных ядер.

Радиоактивностью называют самопроизвольный распад ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Основной закон радиоактивного распада показывает экспоненциальную зависимость нераспавшихся ядер от времени:

Постоянная распада различна для разных радиоактивных ядер и характеризует вероятность распада ядра в единицу времени. На практике вместо постоянной распада чаще используют период полураспада – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Связь между постоянной распада и периодом полураспада определяется формулой:

Другой характеристикой радиоактивного распада является активность. Она равна скорости распада:

Единица активности – беккерель (Бк), что соответствует активности радиоактивного препарата, в котором за 1 с происходит один акт распада. В медицинской практике используется внесистемная единица активности кюри (Ku); Ku=3, 7*10¹⁰Бк.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом количественно оценивается линейной плотностью ионизации и среднем линейным пробегом.

Под линейной плотностью ионизации I понимают отношение числа ионов одного знака, образованных заряженной ионизирующей частицей на элементарном пути, к этому пути. Эту величину часто называют ионизирующей способностью:.

Средним линейным пробегом R заряженной ионизирующей частицы является среднее значение расстояния между началом и концом пробега ионизирующей частицы в данном веществе. Эту величину обычно называют проникающей способностью ионизирующего излучения.

Ионизирующая способность и проникающая способность находятся в обратной зависимости.

Количественная характеристика ионизирующего излучения как отношение, переданной элементу объема вещества, к массе этого объема называется поглощенной дозой D. Она зависит от вида ионизирующего излучения, энергии его частиц, состава облучаемого вещества и пропорциональна времени облучения. Дозу, отнесенную ко времени, называют мощностью дозы.

Единицей поглощенной дозы излучения является грей (Гр).

1 Гр соответствует дозе излучения, при котором облучаемому веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Мощность поглощенной дозы излучения выражается в греях в секунду (1 Гр/с=1 Дж/(с*кг)=1 Вт/кг). Внесистемная единица дозы – рад (1 рад=0, 01 Гр=100 эрг/г), а мощность дозы – рад в секунду (рад/с).

Для характеристики рентгеновского и g-излучения используется экспозиционная доза. Экспозиционная доза – это мера ионизации воздуха рентгеновскими и g-лучами. Она выражается отношением суммарного заряда ионов, образующихся при ионизации объема вещества, к массе этого объема. За единицу экспозиционной дозы принят кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р): 1Р=2, 58*10^-4Кл/кг. Единицей мощности экспозиционной дозы является Р/с.

В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами, вызванными рентгеновскими и g-лучами. Коэффициент К, показывающий, во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или g-излучения, при одинаковой дозе излучения в тканях, является коэффициентом качества. Для чем рентгеновского и g- и b-излучений К=1. В радиобиологии коэффициент качества называют также относительной биологической эффективностью (ОБЭ), которая для разных видов излучений устанавливается экспериментально. Используя коэффициент качества, ввели еще одну характеристику ионизирующего излучения – эквивалентная доза Н. Эквивалентную дозу определяют как произведение коэффициента качества на поглощенную дозу: Н=К*D.

Эквивалентная доза выражается в зивертах (Зв). Внесистемная единица эквивалентной дозы – биологический эквивалент рентгена, сокращенно «бэр». 1бэр=0, 01Зв. Эквивалентная доза в бэрах равна дозе излучения в радах, умноженной на коэффициент качества.

Дозиметрия внешнего облучения проводится дозиметрическими приборами. Дозиметрическими приборами или дозиметрами называют устройства для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами. Конструктивно дозиметры состоят из детектора ионизирующих излучений и измерительного устройства. В зависимости от используемого детектора различают дозиметры ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые и др. Дозиметрические приборы делятся на рентгенметры, радиометры и т.д. Рентгенметрами называют дозиметры для измерения экспозиционных доз рентгеновского и g-излучения или их мощности. Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют приборы, называемые радиометрами.

ЗАДАНИЕ, ВЫПОЛНЯЕМОЕ В ЛАБОРАТОРИИ

Определить мощность дозы радиационного фона. Снять зависимость мощности экспозиционной дозы от расстояния до источника и толщины защитного слоя.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторная установка состоит из дозиметра ДРГЗ-02, включающего измерительный блок (1), и блок детектора (2), закрепленный на штативе (3); источника b-излучения (4), линейки (5) и набора картонных кружков (6), используемых в качестве защитного материала (рис.1)

Рис.1. Схема лабораторной установки.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.Установить переключатель рода работ в положение «ВЫКЛ», а переключатель диапазонов в положение «Уст. Нуля», ручку «Уст. Нуля» в любое положение.

2. Включить дозиметр в сеть и перевести переключатель рода работ в положение «накал». Выждать 2-3 минуты; стрелка микроамперметра должна установиться в пределах закрашенного сектора шкалы.

3. Перевести переключатель рода работ в положение «Ток. Стаб.». Выждать 3-4 минуты; стрелка микроамперметра должна установиться в пределах 1-1, 2 по нижней шкале.

4. Поставить переключатель рода работ в положение «Анод», выждать 3 минуты; стрелка микроамперметра должна установиться в пределах 0, 6-0, 8 по нижней шкале.

5. перевести переключатель рода работ в положение «изм.».

6. Закрыть затвор детектора, т.е. повернуть световой затвор по стрелке до упора.

7. Ручкой «уст. Нуля» установить стрелку микроамперметра на 0.

8. Перевести переключатель диапазонов в положение 0, 1.

9. Открыть световой затвор детектора, повернув против стрелки до упора.

10. Отметить показание дозиметра и занести его в строку «ФОН» табл. 1 и 2.

11. Диапазон шкалы рентгенметра переключить на 100 или 30. Снять крышку с контрольного источника и поднести его к торцу детектора. Показание рентгенметра занести в таблицу 1.

12. Последовательно отодвигая источник на расстояние 1.2, 3.4.5 и 10 см, отметить показания рентгенметра и занести их в табл.1.

13. Мощность М₁ экспозиционной дозы источника излучения равна разности между показанием Р₁ рентгенметра и фоном. Результаты вычислений занести в таблицу 1.

14. Построить график зависимости мощности экспозиционной дозы излучения источника от расстояния до дозиметра.

15. Поместить источник на столе

16. На источник положить один бумажный кружок, на кружке разместить детектор и измерить мощность дозы, результаты занести в таблицу 2.

17. Добавляя по одному бумажному кружку, провести измерения до тех пор, пока излучение не достигнет уровня фона. Результаты занести в таблицу 2.

18.Вычислить мощность дозы источника М₂=Р₂-ФОН. Результаты занести в таблицу 2.

19. Построить график зависимости мощности экспозиционной дозы от толщины защитного слоя.

Таблица 1

Таблица 2

20. Сделать вывод о зависимости мощности экспозиционной дозы излучения источника от расстояния до дозиметра и от толщины защитного слоя.

Отчет о проделанной работе сдать преподавателю.