Radioaktív sugárzások abszorpciója

Hasonló dokumentumok
Radioaktív sugárzások abszorpciója

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

LABORATÓRIUMI GYAKORLAT. Alfa-, béta-, gamma-sugárzások mérése

1. mérési gyakorlat: Radioaktív izotópok sugárzásának vizsgálata

2.2. Szórás, abszorpció

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Abszolút és relatív aktivitás mérése

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Magspektroszkópiai gyakorlatok

Radioaktív sugárzás elnyelődésének vizsgálata

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Ionizáló sugárzások dozimetriája

Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

9. Radioaktív sugárzás mérése Geiger-Müller-csővel. Preparátum helyének meghatározása. Aktivitás mérés.

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Atomfizika. Radioaktív sugárzások kölcsönhatásai Biofizika, Nyitrai Miklós

Megmérjük a láthatatlant

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Modern fizika laboratórium

Az atommag összetétele, radioaktivitás

I. DOZIMETRIAI MENNYISÉGEK ÉS MÉRTÉKEGYSÉGEK

3. GAMMA-SUGÁRZÁS ENERGIÁJÁNAK MÉRÉSE GAMMA-SPEKTROMETRIAI MÓDSZERREL

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

Röntgendiagnosztikai alapok

Detektorok. Siklér Ferenc MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet Budapest

-A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. -Nagyenergiájú ionizáló sugárzást kelt Az elnevezés: - radio

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Radiokémia. A) Béta-sugárzás mérése GM csővel

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Modern fizika vegyes tesztek

RADIOKÉMIAI MÉRÉS Laboratóriumi neutronforrásban aktivált-anyagok felezési idejének mérése

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Dozimetriai alapfogalmak. Az ionizáló sugárzás mérése

A felületi radioaktívszennyezettség-mérők mérési bizonytalansága

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei


Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

FIZIKA. Atommag fizika

Pató Zsanett Környezettudomány V. évfolyam

Pannon Egyetem Környezetmérnöki Tudástár Sorozatszerkesztő: Környezetmérnöki Szak XXVIII. kötet Dr. Domokos Endre

A Nukleáris Medicina alapjai

Röntgen-gamma spektrometria

1. Az ionizáló sugárzások és. az anyag kölcsönhatása. Prefixumok. levegőben (átlagosan) 1 ionpár keltéséhez 34 ev = 5.4 aj energia szükséges

Abszorpciós spektroszkópia

1. GM-CSŐ KARAKTERISZTIKÁJÁNAK VIZSGÁLATA, FELEZÉSI IDŐ MEGHATÁROZÁSA

Jelöljük meg a kérdésnek megfelelő válaszokat! 1, Hullámokról általában: alapösszefüggések a harmonikus hullámra. A Doppler-effektus

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

SUGÁRZÁS DETEKTÁLÁS - MÉRÉS SUGÁRZÁS DETEKTÁLÁS - MÉRÉS. A sugárzás mérés eszközei Méréstechnikai módszerek, eljárások

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

RADIOKÉMIA SZÁMOLÁSI FELADATOK Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Az Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzék módosításának eljárásrendjéről szóló 133/2010. (IV. 22.) Korm.

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (e) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: december 3. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Sugárvédelmi és dozimetriai gyakorlatok. Rakyta Péter. Bornemisza Györgyné. leadás időpontja: május 9.

1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása

Theory hungarian (Hungary)

Sugárvédelem alapjai. Nukleáris alapok. Papp Ildikó

Magas gamma dózisteljesítmény mellett történő felületi szennyezettség mérése intelligens

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

GÁZIONIZÁCIÓS DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató. Gyurkócza Csaba

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Hévíz és környékének megemelkedett természetes radioaktivitás vizsgálata

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Az expanziós ködkamra

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

RADIOKÉMIAI MÉRÉS. Laboratóriumi neutronforrásban aktivált-anyagok felezési idejének mérése. = felezési idő. ahol: A = a minta aktivitása.


1. Bevezetés. Mérésleí rás. A magkémia alapjai laboratóriumi gyakorlat

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

11. tétel - Elektromágneses sugárzás és ionizáló sugárzás kölcsönhatása kondenzált anyaggal, áthatolóképesség, záporjelenségek.

RADIOAKTÍV HULLADÉKOK MINŐSÍTÉSE A PAKSI ATOMERŐMŰBEN

Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban. Az ionizáló sugárzások biológiai hatása. A sugárhatás osztályozása. A sugárhatás osztályozása

Neutrinódetektorok és részecske-asztrofizikai alkalmazásaik

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika 2017 ősz

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása (2-34) 2. Fizikai dózisfogalmak. 3. A sugárzás mérése (42-47) Prefixumok

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

A radioaktív bomlás típusai

Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Modern Fizika Labor. 21. PET (Pozitron Annihiláció vizsgálata) Fizika BSc. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: nov. 15.

Átírás:

Radioaktív sugárzások abszorpciója Bevezetés A gyakorlat során különböző sugárforrásokat két β-sugárzót ( 204 Tl és 90 Sr), egy tiszta γ-forrást ( 60 Co) és egy β- és γ-sugárzást is kibocsátó preparátumot ( 137 Cs) valamint Geiger Müller (GM) számlálót és abszorber sorozatot használunk. A méréseket egy számítógépes szoftver (ST360) segítségével lehet elvégezni. A program kezeléséhez szükséges legfontosabb parancsok listája a mérőhelyen ki lesz függesztve, de bátran kérjük a gyakorlatvezető segítségét is. A mért adatokat a szoftver saját formátumában el is menti, ezt használhatjuk később a kiértékelésekhez. Az adatok feldolgozását érdemes a Microcal Origin, OpenOffice.org Calc vagy a Microsoft Excel programjaival végezni (ezek általában telepítve vannak a mérőgépeken is). Fontos tisztázni, hogy míg a számláló csak beütésszámot mutat (n, mértékegység nélkül), a valódi információt a számlálási sebesség (, 1/idő mértékegységben) adja, vagyis az egységnyi időre (általában tm 1 s-ra) eső átlagos beütésszám. A számolások során mindig ν-t kell használni. 1. A Geiger Müller számláló A Geiger Müller számláló a legegyszerűbb és legáltalánosabban használt sugárdetektor. A detektált sugárzás fajtáját és energiáját nem tudja meghatározni, a kapott beütésszámokban csak az összaktivitás tükröződik. A detektor egy külső fémburkolatból (általában egy zárt cső), egy belső szintén vezető szálból, a köztük lévő könnyen ionizálható gázból (pl. argon, neon) és a szükséges elektronikából áll. Használat során a burok és a belső szál rendre katódként és anódként szerepel, köztük jellemzően több száz, néha néhány ezer volt feszültség van. Amikor a radioaktív sugár ionizálja a gázt, a keletkező elektronok és kationok az anód, illetve a katód felé kezdenek mozogni (egyszerű Coulomb-kölcsönhatás). Az elektronok útközben további atomokat tudnak ionizálni, így gyorsan kialakul egy elektronlavina (a sokszorosítási tényező kb. 10 6 10 8 ). Az anódba csapódó elektronok kisülést okoznak, amit a számláló elektronika egy beütési eseménynek mutat. A lavinát a töltőgázban kis koncentrációban lévő fojtógáz (pl. szerves gőz, halogéngáz) fojtja el. Az elektronlavina kialakulása és az elfojtás között jellemzően 1 μs 1 ms idő telik el, ez a detektor holtideje (td). Ha ez idő alatt érkezik egy új részecske, azt a detektor nem fogja külön jelként érzékelni, így a mért beütésszám (n) mindig kisebb lesz, mint a detektort elérő részecskék száma (n0). Az ebből eredő torzulást az illetve, (1) egyenlettel tudjuk kiküszöbölni. A holtidőt legkönnyebben két elegendően nagy aktivitású sugárforrással lehet meghatározni. Ehhez meg kell mérni a két forrás által keltett számlálási sebességeket külön-külön (ν1 és ν2) illetve 1. oldal

együtt (ν1+2) is. A holtidő miatt: ν1+2 < ν1+ν2, hiszen gyakrabban fog előfordulni két forrás esetén, hogy az új ionizáló részecske akkor érkezik a detektorba, amikor az előző részecske által keltett elektronlavina még nem szűnik meg. Ezt kihasználva a holtidőt a következő kifejezéssel kapjuk:. (2) 2. Detektálási hatékonyság A mért beütésszám nem csak a holtidő miatt jóval kisebb, mint azt a minta aktivitása miatt várnánk. A detektálás hatékonysága négy fő tényezőtől függ: a detektor látószögétől, a forrás és a detektor között lévő anyag (pl. levegő) abszorpciójától, az előbb tárgyalt holtidőtől és a detektorban történő ionizáció valószínűségétől. Utóbbiról csak annyit érdemes most tudni, hogy általános GM-csövek esetében az α- és β-sugarak gyakorlatilag 100%-ban ionizálnak, a γ-fotonok viszont csak jóval kisebb mértékben. A detektor látószöge alatt azt értjük, hogy míg a radioaktív források jó közelítéssel gömbszimmetrikusan sugároznak, a detektor ebből csak egy kis részt (gömbcikket) lát. Ennek kétdimenziós metszetét mutatja az 1. ábra. A gömbcikk mérete a forrás és a detektor távolságától (d) illetve utóbbi ablakméretétől (általában az ablak kör alakú, jellemző paramétere a sugara: r) függ. Kis geometriai okoskodással könnyen belátható, hogy állandó méretű GM-csövet használva (általában ez az eset áll fenn): (1 ), (3) ahol ν a mért számlálási sebesség, ν0 pedig a 0 cm távolságra extrapolált számlálási sebesség (ekkor elvileg a teljes térszög felét látja a detektor). Amennyiben d jóval nagyobb, mint r, (3) kifejezés helyett egy egyszerűbb ~ -el is közelíthetjük a távolságfüggést. Fontos látni, hogy a gyakorlatban a távolságfüggést a látószög változása és a forrás és detektor közötti levegő abszorpciójának változása egyszerre határozza meg. Persze könnyen vagyunk, ha az egyik elhanyagolható a másikhoz képest. 2. oldal

3. Abszorpció α- és β-sugárforrás esetében a megfelelő sugár anyag kölcsönhatások jellege miatt a közepes vagy a maximális hatótávolság (ahol a beütésszám már csak a háttérsugárzásból, esetleg bomláskísérő sugárzásból származik) ad érdemi információt a sugárzásról, pl. ezzel meg lehet határozni a maximális β-energiát (2. ábra). A γ-sugárzások abszorpciója a jól ismert exponenciális törvényt követi: exp( ) exp(!" ), (4) # ahol n és n0 a szokásos számlálási sebességek, x az abszorber rétegvastagsága cm, vagy g/cm 2 felületi sűrűség egységben; μ a lineáris, ill. a tömegabszorpciós együttható cm -1, ill. cm 2 /g egységben; x1/2 pedig a felezési rétegvastagság cm, ill. g/cm 2 egységben (a két mértékegység között minden esetben az abszorbens sűrűségével (g/cm 3 ) tudunk váltani). Fontos megjegyezni, hogy x1/2 mind a sugárzás minőségétől, mind annak energiájától függ, így gyakran több exponenciális függvény összegét látjuk. γ-sugárforrásoknál főleg a Compton-szórás és a keletkező karakterisztikus röntgenfotonok miatt nem lehet pontos fizikai tartalmat tulajdonítani a felezési rétegvastagságoknak, bár ezeket különböző trükkökkel ki lehet küszöbölni. 3. oldal

2. ábra: Elektronok és β-részecskék energiája és hatótávolsága közötti összefüggés alumínium abszorber esetén Mérések, kiértékelés 1. Geiger-plató A detektor munkafeszültségének megállapítása céljából vegyük föl a detektor karakterisztikáját, azaz mérjük ki a számlálási sebesség vs. detektorra adott nagyfeszültség görbét a 60 Co sugárforrással: A nagyfeszültséget 0 V értéktől kezdve növeljük folyamatosan addig, amíg a detektor számlálni nem kezd (egy-két kósza beütésszámot még nem tekintünk számlálásnak). Ez a nagyfeszültségérték a detektor ún. indulási feszültsége. Az indulási feszültség alatti első 50 V-tal osztható nagyfeszültségértéktől kezdődően max. 1100V értékig emeljük a nagyfeszültséget 25 V-onként, és minden értéknél végezzünk 1 10 s-os mérést. Ábrázoljuk a mért adatokat, jelöljük meg a Geiger-platót az ábrán. A keresett munkafeszültség azon szakasz kb. felénél van, ahol a beütésszám nem változik jelentősen az emelkedő feszültséggel. Állítsuk a nagyfeszültséget az így meghatározott értékre. 2. Háttérmérés Távolítsuk el a radioaktív forrást a mérőtoronyból, és mérjük meg a hátteret 3 100 s-os mérésekkel. Becsüljük meg a háttérmérések alapján, mekkora sugárzás ér egy embert egy nap illetve egy év alatt! Hogyan viszonyul ez a hatósági korláthoz (elég durván közelítve azt mondhatjuk, hogy minden 4. oldal

beütés/s 3 10-4 msv/év effektív dózist okoz)? 3. Holtidő meghatározása Ehhez a feladathoz 2 db 90 Sr sugárforrást használjunk. Figyeljünk arra, hogy a források feliratos oldala alul legyen. Rakjuk az egyik forrást a lapra úgy, hogy a másik forrás később elférjen mellé (a mérés során nagyon fontos, hogy az adott sugárforrások mindig ugyanott legyenek!). Végezzünk egy 60 s-os mérést. (ν1) Helyezzük be a másik forrást is, majd mérjünk megint 60 s-ig (ν2). Az utolsó 60 s-os mérést már csak a második forrással hajtsuk végre (ν1+2). A (2) összefüggés segítségével határozzuk meg a detektor holtidejét. 4. A számlálási sebesség változása a távolsággal Végezzünk 20 s-os méréseket a 90 Sr sugárforrással minden polcon. Ábrázoljuk a holtidővel és háttérrel korrigált számlálási sebességek távolságfüggését. A grafikonokra illesztett (3) összefüggés alapján adjuk meg a detektor sugarát és a 0 cm távolságra átlagolt számlálási sebességet. 5. Abszorpció alumíniumban Helyezzük a sugárforrásokat felülről a második polcra (címkével lefelé). Rakjuk fölé egyenként az összes alumínium lemezt, és mérjük 20 s-ig a beütésszámokat. (Mérjünk egyet abszorber nélkül is (0 mg/cm 2 )!) Ábrázoljuk az abszorpciós görbéket a 90 Sr, 60 Co, 204 Tl, 137 Cs esetén (relatív beütésszám az Al rétegvastagságának fv.-ben. Értelmezzük a görbék alakját a β és γ-sugárzások anyagban történő abszorpcióját meghatározó tényezők figyelembe vételével. Az abszorpciós görbék segítségével becsüljük meg az egyes β-sugárzások hatótávolságát és ez alapján maximális β-energiát (2. ábra). 6. Abszorpció ólomban Helyezzük a 60 Co sugárforrást felülről a harmadik polcra (címkével lefelé). Rakjuk fölé egyenként az összes ólom lemezt (Q, R, S, T; illetve Q+R, R+S, S+T jelű), és mérjük 5x60 s-ig a beütésszámokat. (Mérjünk abszorber nélkül is (0 mg/cm 2 )!) Helyezzük a forrásra az ismeretlen vastagságú ólomlemezt, és ismételjük meg az 5x60 s mérést. Ábrázoljuk a mért számlálási sebességeket (háttérrel korrigálva) az ólom vastagságának függvényében! A mért pontokra illesszük a (4) összefüggést és határozzuk meg az ólom tömeg- és lineáris abszorpciós együtthatóját! Az eredményt adjuk meg cm 2 /g -ban és cm -1 -ben is! Az ólom sűrűsége 11,3 g/cm 3. (Megjegyzés: Az abszorpciós együttható energiafüggő. A 60 Co izotóp bomlásából két különböző energiájú gamma foton származik, 1.17 és 1.33 MeV energiával. A meghatározandó együttható a kettő átlagának, azaz 1.25 MeV-nek felel meg.) A kapott abszorpciós együttható segítségével határozzuk meg az ismeretlen ólomlemez vastagságát mm-ben! 5. oldal