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



Hasonló dokumentumok
SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

Atommag, atommag átalakulások, radioaktivitás

A Geiger-Müller számlálócső és alkalmazásai Engárd Ferenc okl.villamosmérnök - blackbox@engard.hu

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

A talliummal szennyezett NaI egykristály, mint gammasugárzás-detektor

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

GÁZIONIZÁCIÓS DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató. Gyurkócza Csaba

Magfizika. (Vázlat) 2. Az atommag jellemzői Az atommagok rendszáma Az atommagok tömegszáma Izotópok és szétválasztásuk Az atommagok mérete

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

3. RADIOAKTÍV MINTÁK AKTIVITÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA

Tamás Ferenc: Természetes radioaktivitás és hatásai

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Fukusima: mi történt és mi várható? Kulacsy Katalin MTA KFKI Atomenergia Kutatóintézet

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

2. Melyik az, az elem, amelynek harmadik leggyakoribb izotópjában kétszer annyi neutron van, mint proton?

Biofizika tesztkérdések

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

FIZIKA PRÓBAÉRETTSÉGI EMELT SZINT. 240 perc

Modern műszeres analitika számolási gyakorlat Galbács Gábor

b) Adjunk meg 1-1 olyan ellenálláspárt, amely párhuzamos ill. soros kapcsolásnál minden szempontból helyettesíti az eredeti kapcsolást!

A DIFFÚZIÓS KÖDKAMRA ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI A KÖZÉPISKOLAI MAGFIZIKA OKTATÁSBAN

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Diagnosztikai röntgen képalkotás, CT

1. Atomspektroszkópia

RADIOAKTÍV GYÓGYSZERKÉSZÍTMÉNYEK. Radiopharmaceutica

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 9. mérés: Röntgen-fluoreszcencia analízis április 22.

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK, MŰSZEREK Meteorológia-gyakorlat

HEVESY GYÖRGY ORSZÁGOS KÉMIAVERSENY

FIZIKA Tananyag a tehetséges gyerekek oktatásához

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

19. Az elektron fajlagos töltése

NEM A MEGADOTT FORMÁBAN ELKÉSZÍTETT DOLGOZATRA 0 PONTOT ADUNK!

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

5. Pontszerű és merev test egyensúlya, egyszerű gépek.

Kondenzátorok. Fizikai alapok

MUNKAANYAG. Macher Zoltán. Járművek villamossági berendezéseinek, diagnosztikája és javítása I. A követelménymodul megnevezése: Gépjárműjavítás I.

10. évfolyam, negyedik epochafüzet

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Hidraulika. 5. előadás

5. modul Térfogat és felszínszámítás 2

A 2007/2008. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatlapja. KÉMIÁBÓL I. kategóriában ÚTMUTATÓ

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

Gamma-spektrometria HPGe detektorral

RADIOLÓGIAI TÁJÉKOZTATÓ

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Feladatok GEFIT021B. 3 km

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Cserenkov-sugárzás, sugárzás,

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

MUNKAANYAG. Danás Miklós. Elektrotechnikai alapismeretek - villamos alapfogalmak. A követelménymodul megnevezése:

HUMÁN TÉRBEN TAPASZTALHATÓ SUGÁRZÁSOK ÉS ENERGIASKÁLÁK RADIATIONS IN HUMAN SPACE AND ENERGY SCALES

b./ Hány gramm szénatomban van ugyanannyi proton, mint 8g oxigénatomban? Hogyan jelöljük ezeket az anyagokat? Egyforma-e minden atom a 8g szénben?

A testek részecskéinek szerkezete

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

RÖNTGEN-FLUORESZCENCIA ANALÍZIS

KÖZLEKEDÉSI ALAPISMERETEK (KÖZLEKEDÉSTECHNIKA)

Fizika 2. Feladatsor

Méréssel kapcsolt 3. számpélda

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

EMELT SZINT SZÓBELI MINTATÉTELSOR ÉS ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

HŐTERMELŐKRŐL KAZÁNOKRÓL BŐVEBBEN

AZ ÉGÉSGÁTLÁS KÖRNYEZETI HATÁSAINAK VIZSGÁLATA

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI FELVÉTELI FELADATOK 2002.

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM SUGÁRVÉDELMI SZABÁLYZAT

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

3. gyakorlat. Félvezető eszközök jellemzőinek vizsgálata a hőmérséklet függvényében

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 30%.

Elektrokémiai preparátum

Áramvezetés Gázokban


Munkafüzet megoldások 7. osztályos tanulók számára. Makara Ágnes Bankáné Mező Katalin Argayné Magyar Bernadette Vépy-Benyhe Judit

1. MINTAFELADATSOR KÖZÉPSZINT

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Slovenská komisia Fyzikálnej olympiády 49. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2007/2008

Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Mikroelektronikai és Technológia Intézet. Mikro- és nanotechnika (KMENT14TNC)

Biofizika és orvostechnika alapjai

Ellenőrző kérdések Vegyipari Géptan tárgyból a vizsgárakészüléshez

Eszközök: Két egyforma, könnyen mozgó iskolai kiskocsi rugós ütközőkkel, különböző nehezékek, sima felületű asztal vagy sín.

A megnyúlás utáni végső hosszúság: - az anyagi minőségtől ( - lineáris hőtágulási együttható) l = l0 (1 + T)

Laboratóriumi technikus laboratóriumi technikus Drog és toxikológiai

(3) (3) (3) (3) (2) (2) (2) (2) (4) (2) (2) (3) (4) (3) (4) (2) (3) (2) (2) (2)

A VÍZ OLDOTT SZENNYEZŐANYAG-TARTALMÁNAK ELTÁVOLÍTÁSA IONCSERÉVEL

Ph Mozgás mágneses térben

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Az Orvosi Fizika Szigorlat menete a 2012/2. tanévtől

Elektromos áram, áramkör, ellenállás

Átírás:

9. Radioaktív sugárzás mérése Geiger-Müller-csővel. Preparátum helyének meghatározása. ktivitás mérés. MÉRÉS CÉLJ: Megismerkedni a radioaktív sugárzás jellemzésére szolgáló mértékegységekkel, és a sugárzás mérésének legegyszerűbb módszerével a Geiger-Müller-csővel történő mérés esetével. ELMÉLETI ISMERETEK radioaktív anyag bomlásakor a keletkező részecske véletlenszerűen, bármely irányban egyforma valószínűséggel repül ki. mennyiben a sugárzó anyagot pontszerűnek tekintjük, akkor a forrástól R távolságra az egységnyi idő alatt mérhető beütésszámot () a következő egyenlettel számíthatjuk ki: = k ( ) (9.) R ahol k egy konstans, ami a sugárzás típusától és mérőműszer tulajdonságaitól (felület, hatásfok), valamint a preparátum aktivitásától (bomlás/s) függ. 9.. bomlás mennyiségi jellemzői: bomlás és egyben a sugárzás intenzitását a bomlási sebességgel jellemezhetjük, amelyet aktivitásnak nevezünk. z aktivitás megmutatja, hogy másodpercenként hány atommag bomlik el, illetve hány részecske szabadul ki az atommagból. Képlete = (9.) t z aktivitás mértékegysége: becquerell, jele Bq = /s. Régebbi egység a curie (Ci) = 37 GBq. radioaktív magok bomlására jellemző- anyagi minőségtől függő - mennyiség a T f felezési idő, amely megmutatja, hogy adott számú, bomlatlan atommagok száma mennyi idő alatt feleződik meg. Mértékegység lehet: másodperc (s), perc(min), óra(h), nap(d), év(y, mivel a bomló magok belső szerkezetétől függően a felezési idő értéke tág határok között (másodperc tört részétől év milliárdokig) változhat. 9.. radioaktív bomlás differenciális és integrális törvényei bomlási törvény differenciális alakja a radioaktív izotóp aktivitása, T f felezési ideje és a bomlatlan magok száma (vagy a bomló izotóp m tömege) között teremt függvénykapcsolatot az alábbi összefüggés szerint: = t vagy az izotóp m tömegével kifejezve: 0, 693 =, (9.3) T f 0, 693 m =, (9.4) T M f

9.3. gyakorlat eszközei: Geiger-Müller-cső radioaktív anyagok sugárzásának detektálására a GM-csőben közvetlenül, vagy közvetve- azok ionizáló képességét használják fel. GM-cső általában -3 cm átmérőjű fém-, vagy üveghenger, amelynek tengelyében vékony, 0,05-0, mm átmérőjű fémszál van kifeszítve. hengert kb.,3 0 4 Pa nyomású r-gázzal töltik meg (számlálógáz) amely 0% többatomos gőzt (alkoholt, étert), vagy újabban halogén (Cl, Br) és gázt tartalmaz (kioltógáz). G-M-cső működése a következő: a radioaktív sugárzás hatására a csőben levő számlálógázban ionok keletkeznek. (γ-sugárzás esetében a cső falából kiváltott elektronok is szerepet játszanak.) keletkezett primer elektronok az elektromos térben az anód felé mozogva akkora sebességre tesznek szert, hogy újabb ütközéssel elektronokat szakítanak le a számlálógáz atomjairól, amelyek felgyorsulva megismétlik a folyamatot, így a pozitív töltésű szálra (anódra) elektronlavina kerül. lavina kifejlődése közben sok atom gerjesztődik. Ezek energiafeleslegüket fotonok kibocsátásával adják le, amelyek szintén elektronlavinát váltanak ki. Végeredményben egy radioaktív részecske által kiváltott lavina kb. 0-6 s alatt szétterjed a pozitív szál mentén és az eredetileg jelenlevő elektronok számától függetlenül közel azonos számú elektron ér el az anódhoz. (http://pegazus.phys.klte.hu/~ptarjan/fizikatsz/jegyzetek/kornylabor.doc) 9.. GM-cső elvi kapcsolása 9.. GM-cső karakterisztikája pozitív ionok az elektronokénál lényegesen kisebb sebességgel haladva eljutnak a negatív elektródhoz (katódhoz), rekombinálódnak, semleges állapotba kerülnek (9.. ábra). z elektronlavina fennmaradását a nagy relatív molekulatömegű gőz, ill. a halogén gáznak az ionokat rekombináló (kioltó) hatása akadályozza meg. Így minden egyes detektált részecske esetén egy-egy feszültségimpulzus keletkezik, amelyeket elektronikus úton, adott ideig számlálva a sugárzás intenzitásával arányos beütésszámot kapunk. részecskék egyedi energiája GM-csővel közvetlenül nem határozható meg, mivel a beérkező részecskék energiájától függetlenül közel azonos nagyságú impulzusok keletkeznek (közel azonos számú elektron jut az anódhoz). GM-cső csak egy minimális feszültségnél kezd számlálni. Ez az U i indulási feszültség. Halogén töltésű csöveknél ez 300-700 V, szerves gázzal töltötteknél 00-400 V között van. z indulási feszültségnél valamivel nagyobb feszültséget használva, az időegység alatt észlelt impulzusszám () a feszültséggel közel arányosan nő egy bizonyos U k könyökponti feszültség, az un. Geiger-küszöb eléréséig (U ), majd a feszültség értékét növelve, a beütésszám közel állandó marad. Ez a kb. 00-00 V feszültség-intervallum a plató hossza. Ennek közepére szokás választani a cső üzemi

feszültségét. feszültséget tovább növelve az időegységre jutó impulzusszám rohamosan emelkedik, megindul az önálló gázkisülés (U ),. ( cső begerjed ) feloldási idő. feloldási idő amely általában a GM-cső és a számláláshoz szükséges erősítő és impulzusszámláló közös jellemzője - azt az időtartamot jelenti, amely szükséges ahhoz, hogy egy részecske beérkezése után az anódfeszültség ismét úgy fel tudjon nőni, hogy a következő beérkező részecske a számláló berendezés érzékenységi küszöbénél nagyobb feszültséget hozzon létre. Ez az idő kb. 5-50 µs. Ez limitálja felülről a mérhető legnagyobb intenzitást (beütés/s), ami 5000 00 000 imp/s. 9.4. mért intenzitás függése a minta és a detektor távolságától radioaktív anyag bomlásakor a keletkező részecske véletlenszerűen, bármely irányban egyforma valószínűséggel repül ki. mennyiben a sugárzó anyagot pontszerűnek tekintjük, akkor a forrástól r távolságra az egységnyi idő alatt mérhető beütésszámra () a következő összefüggést írhatjuk fel: k r =, (9.5) ahol - sugárforrás aktivitása (bomlás/s), k egy konstans, a sugárzás típusától, a mérőműszer tulajdonságaitól függ. Három alkalmazási példa következik. 9.4.. Sugárzó preparátum helyének meghatározása Legyen egy sugárzó preparátum (Pr) egy hengeres dobozba zárva, számunkra ismeretlen (dobozon belüli) elhelyezkedéssel. sugárzási forrás helyét egy tengely mentén meghatározhatjuk (9.5.) alapján, két helyen (a doboz két oldalánál) mért beütésszám (, ) segítségével: Pr d- = k, = k (9.6.a,b) ( d ) hol d a doboz hossza, a preparátum ismeretlen távolsága a doboz falától. két beütésszám hányadosa: Kifejezve a keresett távolságot: ( d ) =. (9.7) d =, (9.8) + vagyis sem a preparátum aktivitásának, sem a k konstans értékének ismeretére nincs szükség az ismeretlen távolság meghatározásához. 3

9.4.. Sugárforrás aktivitásának meghatározása Ha rendelkezésre áll egy ismert aktivitású izotóp, akkor GM- számláló segítségével az () alapján egy, az ismerttel azonos izotóp, aktivitását meghatározhatjuk a beütésszámok (, ) és a számláló-sugárforrás távolságok (R, R ) mérésével: R R =. (9.9) 3. preparátumok sugárzásától kapható sugárdózisok becslése különböző radioaktív sugárzásokat hatásaik alapján osztályozhatjuk. biológiai hatás nagymértékben függ a sugárzás által deponált energiától, így az elnyelt dózis, azaz az egységnyi tömegre jutó, elnyelt energiamennyiség: E D e =, (9.0) m ahol E a szövet által elnyelt energia, m az elnyelő szövet tömege. z energiadózis mértékegysége a gray (Gy): J = Gy kg radioaktív sugárzás biológiai hatása függ azonban a sugárzás fajlagos ionizáló képességétől, amely a β- és γ- sugaraknál kisebb, mint pl. az α-sugárzásnál. Így a hatás pontosabb jellemzését biztosítja a biológiai egyenérték dózis: H = Q, (9.) D e amelynek egysége a sievert (Sv), Q a relatív biológiai effektivitás (RBE), értéke a β- és γ- sugárzásra:, az α-sugárzásra, nehéz ionokra: 0, a lassú (gyors) neutronokra: 5 (0). kapott sugárdózis függ: - a sugárzó anyag aktivitásától, - az elnyelődő részecskék egyedi energiájától, - a sugárforrástól mért távolságtól, - a besugárzás idejétől, - a személy és a preparátum közötti anyagoktól (védőburkolat, ruházat, levegő, stb.), valamint a személynek a sugárzásra merőleges felületének nagyságától, - a sugárzást elnyelő szerv vagy szervek tömegétől (lokális dózis esetén), vagy a személy teljes tömegétől (egésztest-dózis esetén). Mindezek figyelembevételével egy adott anyagú és aktivitású preparátumtól óránként kapható dózist az () összefüggéshez hasonlóan fejezhetjük ki: D t K r =, (9.) ahol K a sugárzó anyagra jellemző, ún. dózisállandó. K értéke néhány izotópra: 4

Sugárzó izotóp µ Sv m K GBq óra a 8 37 Cs 79,9 60 Co 305 4 K 33 háttérsugárzásból bennünket érő óránkénti sugárdózis átlagos értéke Magyarországon 0, µsv, vagyis 0,88 msv évente, a külső és belső (szervezetünk kálium tartalma!) sugárdózis együttesen,4 msv. Egy röntgenvizsgálatkor kapott sugárdózis kb. 0,4 msv. ESZKÖZÖK, MÉRÉS MEETE - Geiger-Müller-számláló (kézi) tápegységgel - Ólomtorony, - különböző radioaktív preparátumok - mérőszalag 9.3. Preparátumok konzervdobozban 9.4. Preparátumok tárolása 9.5. Geiger-Müller-számláló+tápegység 9.6. Geiger-Müller számláló (kézi) mérés menete:. Tanulmányozzuk a mérőberendezés működését és kezelését a gyári leírás alapján. készüléket bekapcsoljuk és kb. perces bemelegedési idő után megkezdjük a mérést. 5

. Mérjük meg a doboz hosszanti tengelyének két átellenes pontjában az időegység alatti beütésszámokat (, ) és a doboz hosszát (d)! Ismételjük meg a mérést a hosszanti tengelyre és egymásra merőleges további két irányban! Minden mérési pontban legalább 0 független mérés beütésszám-átlagával számítsuk ki (9.8) formula alapján mindhárom irányban a preparátum távolságát a doboz falaitól! Készítsünk vázlatos rajzot a minta helyéről! FELDTOK, EREDMÉYEK KIÉRTÉKELÉSE. Mérje meg és jegyezze fel a háttérsugárzás értékét! Minden további mérésnél ennek értékét vonja le a mért beütésszámokból!. Határozza meg a radioaktív sugárzó anyag (béta- és gamma sugárzó 37 Cs ) helyét a leírtak alapján! 3. Határozza meg a kiadott preparátumok ( 37 Cs, 90 Sr) aktivitását GM számláló segítségével! Mérje meg az etalon és az ismeretlen aktivitású preparátumok esetén is adott távolságban (R, R ) az időegység alatti beütésszámokat (, ), majd (9.9) összefüggés alapján, az etalon sugárforrások aktivitásának ismeretében számítsa ki a keresett aktivitásokat! 4. Becsülje meg a (9.0) összefüggés alapján, a felhasznált izotópoktól egy óra alatt kapott sugárdózist, ha feltesszük, hogy azoktól átlagosan méter távolságban tartózkodtunk! Számítsa ki, hogy legalább mekkora távolságban lenne az óránként kapott többlet sugárdózis a háttérsugárzásból származó dózisnál kisebb! 5. Értékelje a kapott eredményeket! TÁBLÁZTTERV α S α KÉRDÉSEK. Fogalmazza meg az aktivitás definícióját és adja meg a mértékegységét!. Fogalmazza meg és írja fel a bomlási törvény differenciális alakját! 3. Ismertesse a GM-cső felépítését, működését! 4. Mit jelent ez a szó, hogy rekombináció? 5. Mekkorára választják egy GM-cső üzemi feszültségét? 6. Mit jellemez, mit ír le a feloldási idő? 7. Milyen összefüggéssel számoljuk a részecskeszámot, ha pontszerű a preparátum? 8. Hogyan határozza meg egy ismeretlen izotóp aktivitását, ha van egy ismert aktivitású izotóp? 9. Fogalmazza meg az elnyelt dózis definícióját, és adja meg mértékegységét! 0. Melyik sugárzási formának nagyobb, és melyiknek kisebb a fajlagos ionizáló képessége, és mi az egysége?. Miért használunk radioaktív minták tárolására ólomtornyot?. Mitől függ a kapott sugárdózis? 3. Mennyi Magyarországon évenként a háttérsugárzásból bennünket ért sugárdózis? 4. Becsülje meg a (9.0) összefüggés alapján, a felhasznált izotópoktól egy óra alatt kapott sugárdózist, ha feltesszük, hogy azoktól átlagosan méter távolságban tartózkodtunk! émet Béla, Szász János Pécs, 008. március 8. 6