Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Включение лабораторной установки производится с разрешения преподавателя или инженера лаборатории.



Лабораторная работа № 411.

β -радиометрия объектов окружающей среды:

Определение содержания стронция-90, калия-40.

 

Цель работы:

1. Изучить

· - взаимодействие β -частиц с веществом;

· - способы защиты от β - излучения;

· - принцип действия β -радиометра;

· - методику приготовления проб для проведения измерений β –излучения радионуклидов;

2. Измеритьактивность проб по Sr-90+Y-90 и K-40.

3. Рассчитать удельные и объемные активности проб.

4. Решить задачу.

Указания по технике безопасности.

Включение лабораторной установки производится с разрешения преподавателя или инженера лаборатории.

2. В лабораторной работе используются очень хрупкие кюветы с порошками. Будьте осторожны!

 

Контрольные вопросы.

1. Природа β –излучения.

2. Законы смещения при β–распаде (для всех видов распада). Взаимопревращения протонов и нейтронов.

3. Ионизационные и радиационные потери β –излучения.

4. Пробег частицы в веществе. Максимальный пробег β –частиц.

5. Способы защиты от внешнего β -излучения.

6. Принцип действия β-радиометра .

7. Особенности приготовления проб для измерения β –излучения.

8. Принципы нормирования содержания Cs-137 и Sr-90 в продуктах питания.

9. Активность, объемная и удельная активность. Единицы измерения.

I. β-распад

β-излучение это поток β-частиц. β-частицами называют два вида элементарных частиц: электроны и позитроны . Они имеют одинаковые характеристики: массу, величину заряда, спин и т.д., отличаясь лишь знаком электрического заряда. Источниками β-частиц являются радиоактивные ядра, которые испытывают β-распад.

β-распад – самопроизвольное превращение ядра одного химического элемента в ядро другого химического элемента с тем же массовым числом А и с зарядовым числом, отличающимся от исходного на .

Периоды полураспада β -активных ядер лежат в широком интервале времен от 10 с до 2ּ1015 лет. Известны три вида бета-распада:

· электронный или - распад, при котором из ядра вылетает электрон и антинейтрино ( антинейтрино – элементарная незаряженная частица с массой покоя меньше, чем ) и образуется ядро с тем же массовым числом, но с увеличенным на единицу зарядовым числом ( ). Электрон и антинейтрино возникают в ядре в процессе радиоактивного превращения одного из нейтронов в протон

. (1)

Закон смещения для электронного распада имеет вид:

(2)

Примером этого вида распада является радиоактивное превращение :

, (3)

период полураспада Sr-90 равен 29,1 года, дочернее ядро Y-90 также является радиоактивным и тоже испытывает - распад:

, (4)

период полураспада Y-90 равен 64 часа. Электронный распад испытывают все естественные радионуклиды и большинство искусственных радионуклидов.

· позитронный или - распад, при котором из ядра вылетают позитрон и нейтрино , а новое ядро имеет зарядовое число на единицу меньше ( ). Позитрон и нейтрино возникают в результате превращения одного из протонов в нейтрон. Распад свободного протона невозможен энергетически, так как его масса меньше массы нейтрона. Внутри ядра такой процесс может идти за счет энергии ядра:

(5)

 

Вероятность этого процесса составляет доли процента. Позитронный распад испытывают некоторые искусственные радионуклиды. Закон смещения для позитронного распада:

(6)

· электронный захват или К-захват, при котором ядро захватывает электроны из электронной оболочки и испускает нейтрино. При этом внутри ядра один протон превращается в нейтрон:

(7)

Электронный захват испытывает радиоактивный изотоп калия К-40:

(8)

Период полураспада К-40 равен 1,26ּ109 лет. Наиболее вероятным является захват электрона из К-оболочки, которая расположена ближе всего к ядру. В этом случае электронный захват называют К-захватом.

При распаде некоторых β-активных ядер наблюдаются одновременно несколько конкурирующих процессов. Например, при распаде радионуклида К-40, доля которого в природном калии составляет 0,0118 %, наблюдается конкуренция - распада и К-захвата.

Так как при электронном и позитронном распаде из ядра вылетают две частицы, а распределение между ними общей энергии, выделяющейся при распаде, происходит статистически, то кинетическая энергия β -частицы может изменяться от нуля до некоторого предельного значения , характерного для рассматриваемого радионуклида. Значения максимальной энергии изменяются от 18 кэВ (для ) до 16,6 МэВ (для ). Средняя энергия β -частиц это энергия, которую имеет наибольшее число β –частиц, испускающихся при распаде данных радионуклидов. Таким образом спектр β –излучения – сплошной.

 

2. Взаимодействие β-частиц с веществом.

Прохождение β -излучения через вещество имеет ряд особенностей, основной причиной которых является то, что электрон и позитрон обладают малой массой. При каждом столкновении в веществе (как с атомными ядрами, так и с атомными электронами) β -частица может значительно изменять направление движения. Поэтому β -частицы движутся по ломаной траектории и им не свойственна определенная глубина проникновения в вещество. Из-за извилистости траектории глубина проникновения β -частиц в вещество меньше, чем средняя длина пробега.

Процессы прохождения через вещество позитронов и электронов примерно одинаковы. В дальнейшем для определенности рассматривается торможение электронов в веществе. Это оправдано еще и тем, что подавляющее большинство встречающихся в практике радиационного контроля β -активных ядер испытывает электронный распад.

При прохождении через вещество в результате взаимодействия с ядрами и атомными электронами β –частицы постепенно теряют свою энергию. Потери энергии β –частиц складываются из ионизационных и радиационных потерь.

Ионизационные потери возникают вследствие неупругого взаимодействия β–частицы с атомным электроном. Электрон, получив энергию, может покинуть атом (т.е. атом превращается в положительно заряженный ион). Если энергии β –частицы недостаточна для отрыва электрона от атома, атом переходит в возбужденное состояние (т.е. атом приобретает «лишнюю» энергию).

Радиационные потери обусловлены испусканием β –частицей тормозного рентгеновского излучения. Если любая заряженная частица двигается в электрическом поле, то на нее действует сила. Следовательно, частица движется с ускорением. Из электродинамики известно, что движущаяся с ускорением заряженная частица испускает электромагнитное излучение. Поэтому, если β –частицы пролетают вблизи ядра атома, они начинают испускать тормозное рентгеновское излучение. Установлено, что интенсивность тормозного рентгеновского излучения прямо пропорциональна квадрату зарядового числа атомного ядра, в поле которого движется частица, и обратно пропорциональна массе частицы:

(9)

По своему вкладу в потери энергии β –частиц ионизационные потери примерно на три-четыре порядка превосходят радиационные потери. Однако радиационные потери играют огромную роль в обнаружении и определении активности радионуклидов, β –распад которых не сопровождается испусканием γ-излучения. Например, обнаружение чистого β–излучателя Sr-90, попавшего внутрь организма человека, осуществляется по измерению тормозного рентгеновского излучения с помощью гамма-спектрометров излучения человека (СИЧ). Поскольку пробеги β –частиц в биологической ткани невелики, β –излучение не выходит из тела человека. Рентгеновское излучение пронизывает тело человека насквозь и его можно измерить. А затем рассчитать активность человека по Sr-90.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.