Содержание лабораторной работы



Скачать 91.28 Kb.
Дата27.04.2016
Размер91.28 Kb.
Просмотров16
Скачиваний0
Размер91.28 Kb.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ПРИРОДНОГО КАЛИЯ И РАСЧЁТ МОЩНОСТИ ДОЗЫ,

СОЗДАВАЕМОЙ ИМ В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА.

Содержание лабораторной работы

Цель работы – ознакомиться с простейшей методикой измерения малых активностей на примере природного калия.

Калий – один из широко распространённых элементов. Кроме основного стабильного изотопа 39К в природном калии содержится малая примесь (около сотой процента) радиоактивного изотопа 40К. Ядро 40К распадается, испуская электрон: 40К 40Са + ¯ + ν. Период полураспада 40К больше миллиарда лет, поэтому, несмотря на нестабильность, около 5% этого радиоактивного изотопа ещё сохранилось на Земле до настоящего времени. В результате, калий, находящийся в природе (в том числе, и в живых организмах), является слабо радиоактивным.

Для измерения этой активности в настоящей работе применяется простейший радиометр ДП-5. Как в любом радиометре, его основными частями являются датчик (счётчик Гейгера), усилитель электрических импульсов, регистрирующий прибор и блок питания. Однако при очень малых активностях регистрирующий прибор не даёт показаний (чувствительность его недостаточна). В этом случае электрические импульсы, возникающие в счётчике Гейгера, регистрируются «на слух» с помощью телефона. Каждый импульс даёт хорошо слышимый «щелчок». Для определения активности надо подсчитать число таких щелчков за известный промежуток времени t (в данной работе рекомендуется брать t = 5 мин = 300 сек).

Однако, число подсчитанных импульсов не равно числу бета-частиц, испущенных препаратом. Во-первых, необходимо учесть естественный фон радиации (щелчки в телефоне слышны и без всякого радиоактивного препарата). Во-вторых, далеко не все частицы, испускаемые препаратом, попадают в счётчик, большая их часть пролетает мимо; это значит, что надо учесть поправку на геометрию (её обозначают буквой ω; см. стр. 85 пособия «Свойства ионизирующих излучений»). Поэтому расчёт активности ведётся по формуле: , где Nп+ф – число импульсов от препарата совместно с фоном, а Nф - число импульсов от фона. При расположении приборов, заданном в нашей установке, поправка на геометрию ω равна 0,1. Нельзя изменять расположения приборов, потому что тогда значение ω будет другим; по этой же причине чашечку с калием надо ставить аккуратно, точно под окно счётчика.

Строго говоря, надо вносить ещё целый ряд поправок, но для простоты мы этим пренебрегаем.



Порядок выполнения работы

1.Ознакомившись с установкой, включить прибор, повернув переключатель (справа внизу) в положение “режим”. Выждав 30-50 секунд, ручкой “установка режима” отрегулировать напряжение питания таким образом, чтобы стрелка прибора стояла примерно посередине жирной чёрной линии, отмеченной треугольником на шкале прибора.

2. Перевести переключатель в положение “0,1” (крайнее правое). Убедиться, что в телефоне каждые несколько секунд слышны щелчки. Эти щелчки соответствуют импульсам тока от естественного фона радиации. Обратите внимание на то, что щелчки в телефоне идут далеко не равномерно. Несколько секунд может не быть ни одного щелчка, то есть в счётчик не попала ни одна частица, потом несколько подряд. В этом проявляется случайный (вероятностный) характер внутриатомных процессов. Поэтому, чтобы получить более надежные результаты, подсчёт необходимо вести достаточно долго (об этом подробнее сказано дальше).

3. В течение 5 минут подсчитать число импульсов (Nф). Рекомендуется каждый щелчок отмечать чёрточкой на листе бумаги, а затем подсчитать число чёрточек. Результат записать в таблицу 1.

4. Аккуратно поставить под окно счётчика чашечку с солью KCl (масса калия в навеске mK = 2 г). Подсчитать за 5 минут число импульсов от препарата плюс фон (Nп+ф); записать в таблицу 1.

5. Рассчитать активность препарата А и найти удельную активность калия по формуле: а = А / mК (массу брать в килограммах). Результаты занести в таблицу 1.


Таблица 1.

Число импульсов от фона, Nф

Число имп. от препарата + фон ,

Nп + ф



Время t,
секунд

Активность


А, Бк

Удельная


активность

а, Бк/кг





























Обработка результатов измерений
Р
асчёт мощности дозы, создаваемой калием в организме человека производится по формуле:

г
де М – масса тела, Wпогл – энергия излучения, поглощенная в тканях организма. Для β-излучения Wпогл равна общей энергии всех бета-частиц, потому что β-частицы полностью поглощаются внутри организма. Эта энергия равна числу бета-частиц Nβ, умноженному на среднюю энергию одной частицы Еср. Отсюда:

Но Nβ/t (число частиц, возникающих в единицу времени) по определению равно активности радиоактивного вещества А. С другой стороны, А = а · МK, где а – удельная активность калия; МK –масса калия в организме (в среднем 120 граммов = 0,12 кг). Отсюда получаем окончательную формулу для расчёта мощности эквивалентной дозы:

(Зиверт/с).

Для бета-частиц взвешивающий коэффициент WR = 1, поэтому эквивалентная доза в Зивертах равна дозе в Греях.

Для расчёта можно взять следующие данные: Еср = 1,4·10 Дж; масса тела человека 75 кг. Удельную активность подставляем из таблицы 1. Масса калия в организме МК = 0,12 кг.

Полученный результат интересно сравнить с величиной радиационного фона (для Петербурга Рфона ≈ 0,15 мкЗв·час-1). Для этого полученное значение мощности дозы, создаваемой калием, надо перевести в микроЗиверты·час-1; для этого цифру следует умножить на 3,6·109. Определить долю мощности эквивалентной дозы, создаваемой калием в организме человека от радиационного фона по формуле: (Рэкв / Рфона) · 100%. Результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2

Мощность эквивалентной дозы, создаваемой калием в организме человека



В Зв·сек- 1

В мкЗв·час-1

В % от

радиационного фона














Определение ошибки измерений
При аккуратном выполнении работы основная ошибка возникает вследствие случайного характера процессов радиоактивного распада. Чтобы получить достаточно достоверные результаты, надо подсчитать достаточно большое число импульсов – тогда случайные отклонения усреднятся, и ошибка будет невелика. На основании теории вероятностей было рассчитано число импульсов, которое необходимо подсчитать для обеспечения заданной ошибки измерений при разных значениях отношений Nп+ф к Nф. (таблица 3). По этой таблице можно оценить относительную ошибку (О.О.) результатов.
Таблица 3

Число импульсов, необходимое для получения заданной погрешности измерений, в зависимости от превышения скорости счета препарата над фоном.


Пр+ф


–––––

ф


Число импульсов, которое необходимо сосчитать для обеспечения погрешности не выше…

1%

5%

10%

20%

ф

пр+ф

ф

пр+ф

ф

пр+ф

ф

пр+ф

1,3

240000

350000

9500

14000

2400

3500

600

870

1,5

89000

163500

3600

6500

900

1600

225

400

1,7

47000

105000

2000

4000

470

1000

120

250

2,0

24000

68000

1000

2700

240

710

60

180

2,5













180

550







3,0

11000

46000

450

1800

115

450

30

110

3,5













90

390







4,0

5000

32000

200

1200

80

350







5,0

2000

23000

80

900

20

230

5

60

10,0

500

16000

20

650

5

160







20,0

150

13000

6

540

(1,5)

130







50,0

34

11900

(1,3)

480

(0,3)

120







100,0

11

11200

(0,4)

450

-

112








Пример расчёта. За пять минут было подсчитано 220 импульсов фона и 650 импульсов от препарата + фон. Отношение Nп+ф : Nф = 3. В соответствующей строке таблицы 3 видно, что для обеспечения относительной ошибки (О.О.) = 5% надо было бы подсчитать 450 импульсов фона (у нас 220, то есть меньше) и 1800 импульсов от препарата (у нас тоже меньше), а при О.О.=10% соответственно Nф = 115 и Nп+ф = 450 (у нас больше). Поэтому можно утверждать, что в нашем случае относительная ошибка больше 5%, но меньше 10% (5% < О.О. <10%). Примерно можно оценить О.О. как 8%.

В соответствии с данным примером оцените относительную ошибку по данным, которые получены при Ваших измерениях и сделайте соответствующий вывод в отчёте.


Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Таблицы №1,2 результатов измерений и расчетов, заполненные в ходе выполнения лабораторной работы.

2. Расчетные формулы и результаты расчетов, включая расчеты относительной ошибки измерений.

3. Заключение, в котором следует привести значения удельной активности природного калия и мощности дозы, создаваемой им в теле человека.



4. Сделайте вывод о значимости вклада излучения калия в радиационную нагрузку человека.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал