16

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего образовательного профиля

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра

экспериментальной физики

атмосферы

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

по дисциплине

“Методы и средства гидрометеорологических измерений”.

Направление - Гидрометеорология

Специальность - Метеорология

Санкт - Петербург

2004

УДК 551. 508

«Измерение радиоактивности». Лабораторная работа № 16 по дисциплине “Методы и средства гидрометеорологических измерении”. – С.-Петербург.: РГГМУ, 2004, 16 с.

Описание лабораторной работы содержит теоретические сведения, посвященные вопросу измерения радиоактивности, и перечень практических операций, выполняемых студентами. Особое внимание уделяется единицам измерения радиоактивности. Работа приобретает тем большую актуальность, что в настоящее время на территории России находится достаточно много загрязненных участков.

Автор благодарит ассистента А.Г. Саенко и лаборанта В.С. Макарова за помощь в постановке лабораторной работы.

Составитель: Григоров Н.О., доцент . Редактор: Кузнецов А.Д., профессор.

 Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), 2004.

Единицы измерения радиоактивности

Радиоактивное излучение возникает при распаде ядер. Жесткая радиация облучает тела, вызывая изменения в веществе, из которого они состоят. Поэтому есть несколько величин, описывающих радиоактивное излучение. Некоторые из них относятся к собственно радиоактивным материалам, другие описывают изменения в облучаемом веществе. Перечислим их.

1. Радиоактивность (А). Это количество ядерных распадов, происходящих в образце радиоактивного вещества за одну секунду. Разумеется, величина А зависит от природы радиоактивного вещества и от его количества. Радиоактивность измеряется в беккерелях (Бк):

1 Бк = 1 с^-1

Это единица СИ. Но для практического использования она слишком мала. Ею пользуются только тогда, когда радиоактивность вещества заведомо мала - например, при описании радиоактивности продуктов питания, воды или неактивных материалов (песка, почвы и т.п.).В этом случае используют понятие удельной активности, измеряемой в беккерелях на килограмм, или объемной активности, измеряемой в беккерелях на литр. Для описания радиоактивных веществ пользуются другой единицей, называемой кюри (Ки). Один кюри - это радиоактивность одного грамма радия. Известно, что за одну секунду в одном грамме радия происходит 3.7 · 10¹⁰ ядерных распадов. Следовательно, можно установить соотношение:

1 Kи = 3.7 · 10¹⁰ Бк

Когда исследуется радиоактивное заражение местности, используется такая единица, как кюри на квадратный километр (Kи/км²).

2. Поглощенная доза Д. Это отношение энергии (W), поглощенной облучаемым телом, к массе этого тела ( m ):

Д = W/m

Разумеется, поглощенная доза измеряется в джоулях на килограмм. Такая единица получила название грей ( Гр ):

1 Гр = 1 Дж/кг

3. Экспозиционная доза J. Это отношение заряда (Q), образующегося в сухом воздухе при облучении, к массе сухого воздуха ( m ):

J = Q/m

Экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм, или в рентгенах (р):

1 р = 2.58·10^-4 Кл/кг

(Множитель 2.58·10^-4 появляется при переводе единиц заряда в систему СИ и объема воздуха в массу).

Можно легко установить следующее соотношение:

1 р = 8.77·10^-3 Гр

Обычно используют такие единицы, как рентген в час (миллирентген в час, микрорентген в час ).

4. Мощность дозы Д^· . Это отношение поглощенной дозы ко времени поглощения ( τ ):

Д^· = Д/ τ

Можно связать мощность дозы с радиоактивностью:

Д^· = К·А/r

где r - расстояние между облучающим радиоактивным веществом и облучаемым телом, К – ионизационная постоянная, коэффициент, характеризующий радиоактивное вещество. Приведем величину К для некоторых изотопов.

Таб.1.

Изотоп	Co60	J137	Cs134	U238
К, дж·м^2/кг	1·10^-16	1,71·10^-17	6,8·10^-17	6,9·10^-19

При исследовании радиоактивного заражения местности по принятому стандарту измерения проводятся на высоте 1.5м от земной поверхности. Тогда:

Однако наиболее важным является воздействие радиации на организм человека. Поэтому введена еще одна, пятая единица.

5. Эквивалентная доза Д_э. Это поглощенная доза, умноженная на коэффициент (k_e), зависящий от вида излучения. Соответствующая единица получила название зиверт (Зв):

D_э = k_e∙D

Значение коэффициента k_e приведено в таблице 2.

Таб.2.

Вид излучения	Рентгеновское излучение, γ – лучи, β – лучи	Быстрые нейтроны, α – лучи	Осколки деления
ke зв/Гр	1	10	20

Как видно из таблицы, наиболее опасными являются осколки деления ядер.

Для описания радиоактивности местности используются дольные единицы - миллизиверт, микрозиверт (мЗв, мкЗв), а для определения мощности дозы - миллизиверт в час, микрозиверт в час (мЗв/час, мкЗв/час). Можно легко установить соотношение:

100 мкР/час = 1мкЗв/час,

100 мР/час = 1мЗв/час.

Теперь рассмотрим существующие нормы по основным единицам радиоактивности.

По отношению к радиоактивному облучению население делится на три следующие группы.

1. Специалисты - люди, работающие с радиоактивными веществами и проходящие частый медицинский контроль.

2. Люди, иногда работающие с радиоактивными веществами.

3. Все остальное население.

Нормы для этих групп населения различны. Поскольку первая группа проходит частый медицинский осмотр, причем у врачей существует по отношению к ним радиационная настороженность, то для этой группы нормы самые высокие. Для второй группы нормы приняты в десять раз меньше, для третьей – в сто раз меньше, чем для первой. В таблице 3. приведены нормы для этих трех групп.

Таб.3.

Группа населения	A, Ки/км^2	D^·, мкр/час	D^·e, мкЗв/час
1	100	32500	325
2	10 - 20	3250	32
3	1 -2	325	3
Естественный фон	0,1 ÷ 0,02	10 ÷ 20	~ 0,1 - 0,2

Здесь же, в табл. 3 приведены величины естественного радиационного фона. Он может быть различным в разных районах. Так например, скальные породы (мрамор, гранит и т.д.) содержат радиоактивные изотопы, поэтому радиоактивный фон в скалистой местности несколько повышенный, до 0,3 - 0,4 мкЗв/час. Это не является опасным. Однако, если мощность дозы превышает 0,60 мкЗв/час (60 мкр/час), метеоролог-наблюдатель обязан известить об этом органы власти.

Примерное значение удельной активности для пищевых продуктов составляет 100 - 200 Бк/кг. Не допускается применение пищевых продуктов с удельной активностью более 1 КБк/кг по β-излучению и 0,1 КБк/кг по α-излучению. Для строительных материалов (песок, щебень и т.д.) допустимые значения составляют не более 4 кБк/кг.