Защита населен. Электронный курс. Поляков / Лабораторные + Практические Занятия Защита населения Поляков / лабор. раб.- СРП-68

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКО – РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Методические указания к лабораторной работе

«Измерение и оценка мощности экспозиционной дозы, создаваемой материалами природной среды с помощью прибора сцинтилляционного геологоразведочного СРП-68”

По дисциплине “Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность”

Разработал ст. пр. Жаравович Е.В.

Рецензент ст. пр. Поляков А.Г.

ст. пр. Фойницкая И.Н

Утверждено на заседании кафедры “Безопасность жизнедеятельности”

Могилѐв 2008

Измерение и оценка мощности экспозиционной дозы, создаваемой материалами природной среды с помощью прибора сцинтилляционного геологоразведочного СРП-68

Цель работы:

1 – ознакомиться с назначением, устройством и принципом работы прибора СРП-

68

2 – произвести измерения и оценку мощности экспозиционной дозы в пробах природной среды.

Приборы:

Прибор сцинтилляционный геологоразведочный СРП – 68 – 01

Материалы:

1 – галька

2 – речной песок

3 – гравий

1 Порядок выполнения работы

1.Проработать теоретическую часть

2.Ознакомиться с прибором СРП – 68 – 01

3.Произвести измерения мощности экспозиционной дозы в предложенных

образцах

4.Оформить отчѐт

2 Теоретическая часть

2.1 Краткие теоретические сведения.

Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. В ядре сосредоточена почти вся масса атома. Ядра состоят из двух типов

элементарных частиц: протонов и нейтронов, объединѐнных общим названием – нуклоны. Протон представляет собой ядро простейшего атома – водорода. Нейтрон – электрически нейтральная частица. Положение атома в периодической таблице Менделеева определяется зарядовым числом ядра Z, которое равно количеству протонов. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом А. Различные типы ядер называют нуклидами. В ядрах одного и того же химического элемента число нейтронов может быть различным. Ядра, различающиеся числом нейтронов, называют изотопами.

Пример:

168О, 178О, 188О.

Ядра с одинаковыми А, но различными Z – изобарами.

Пример:

4018Ar, 4020Са.

Ядра, содержащие одинаковое число нейтронов, но разное число протонов

называются изотопами. Примеры:

136С, 147N.

Наконец, ядра, отличающиеся периодом полураспада – изомерами.

Ядра атомов могут быть не устойчивыми и подвергаться распаду с испусканием определѐнных частиц. При этом может изменяться как массовое А, так и зарядовое Z

N=N0e-λt

число нуклида. Интенсивность распада не поддаѐтся управлению и определяется исключительно индивидуальными свойствами самих радионуклидов.

Если в начальный момент времени в веществе содержалось N0 атомов данного типа, а спустя время t их число уменьшилось и стало равным N, то число не распавшихся ядер к моменту времени t:

, где λ – постоянная распада, имеющая своѐ индивидуальное значение для данного радионуклида.

Время Т, в течении которого количество радионуклидов уменьшится вдвое,

называется периодом полураспада.

Т=ln2/λ

Радиоактивный распад сопровождается различными процессами в веществе. При этом выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и др. Распад ядер сопровождается излучением, которое имеет сложный состав. По проникающей способности радиоактивное излучение делится на три различных вида:

α - излучение – это поток положительно заряженных частиц. Установлено, что α – частицы представляют собой ядра гелия He, α - частицы обладают низкой проникающей способностью и поглощаются алюминиевой пластинкой толщиной до 0,05 мм. Схема α -

распада имеет вид:

АZX → A-4Z-2Y + 42He

Пример:

23892U→23490Th + 42He

α - распад наблюдается только у тяжѐлых ядер (А>200, Z>82).

β - излучение – это поток электронов или позитронов. β - излучение обладает большей проникающей способностью, чем α – излучение и поглощается алюминиевой пластинкой толщиной 1,5 мм. Известно три вид β – превращения:

1.электронный (β– распад)

2.позитронный (β+ распад)

3.электронный захват (К - захват).

В первых двух процессах ядро испускает электрон (позитрон) и нейтральную частицу – электронное антинейтрино (электронное нейтрино), масса покоя которого равна

0.Схемы β - распада имеют вид:

1.AZX → AZ+1Y + 0-1e + ύ0

2.AZX → AZ-1Y + 0+1e + υ0 , где 0-1e – электрон, 0+1e – позитрон, ύ0 – антинейтрино,

υ0 – нейтрино.

Примеры: 9038Sr → 9039Y+ βˉ+ ύ0 ; 2211Na → 2210Ne + β+ + υ0

При К – захвате ядро поглощает один из электронов атомной оболочки (чаще из К -

оболочки) и протекает по схеме:

AZX + 0-1e → AZ-1Y + υ0

Пример:

4019K + 0-1e → 4018Ar + υ0

γ - излучение ядер заключается в самопроизвольном испускании ядром γ - кванта. Этот процесс происходит без изменения A и Z, поэтому γ - излучение не является самостоятельным типом радиоактивности, а только сопровождает α и β - распад. γ - излучение обладает наибольшей проникающей способностью по сравнению с α и β - излучениями. В воздухе величина пробега γ - излучения – 100 м.

Взаимодействие излучения с веществом сопровождается проникновением на разную глубину и передачей определѐнного количества энергии, а также различным пространственным распределением этой энергии.

Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаѐт тканям.

Количество переданной энергии называют дозой.

Если радиоактивные вещества выпали на поверхность земли, то для жителей этой местности доза внешнего α - излучения значительна лишь на открытых участках кожи, на которые оседает радиоактивная пыль. Жизненно важные органы при этом α - излучением не затрагиваются. Доза внешнего β - излучения также быстро уменьшается в направлениях покрытых осевшей радиоактивной пылью одежды и открытых участков кожи в глубь организма.

Облучение же γ - квантами всего организма достаточно равномерно. Именно для γ - и рентгеновского облучения в воздухе введено понятие экспозиционной дозы.

Экспозиционная доза – это доза гамма или рентгеновского излучения, при поглощении которого в воздухе создаѐтся определѐнное количество пар ионов.

В СИ единицей экспозиционной дозы является доза квантового излучения, под воздействием которого в 1 кг воздуха возникает суммарный заряд ионов одного знака, равный 1 Кл.; т.е. 1 Кл/кг. Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген, причѐм

1 Кл/кг = 3876 Р.

Рентген – такая доза облучения рентгеновским или гамма излучением, при которой суммарный заряд, что возникает в 1см3 ~ 0,001293 г воздуха образует приблизительно – 2,08·109 пар ионов.

Уровень радиации может изменяться во времени, поэтому вводят понятие мощности экспозиционной дозы – это доза в единицу времени. В СИ это

1 А/кг = 1 Кл/кг с, так как 1 А = 1 Кл/с.

Внесистемная единица мощности экспозиционной дозы рентген в час (Р/ч), рентген в минуту (Р/мин), рентген в секунду (Р/с). Экспозиционная доза характеризует радиационную обстановку независимо от свойств облучаемых объектов.

3 Назначение, устройство и принцип действия прибора сцинтилляционного геологоразведочного СРП – 68 – 01

Прибор сцинтилляционный геологоразведочный СРП – 68 – 01 предназначен для поиска радиоактивных руд по их гамма – излучению и для радиометрической съѐмки местности, а также для радиометрического опробования карьеров и горных выработок.

Приборы СРП – 68 сохраняют работоспособность в интервале температур – 20 до +50 0С и относительной влажности воздуха до 90% при температуре +30 0С, а также в условиях механических нагрузок: вибрация в диапазоне частот 10 – 70 Гц.

3.2. Технические данные 3.2.1. Приборы СРП – 68 позволяют проводить измерение потока гамма –

излучения в пределах от 0 до 10000 с-1 и мощности экспозиционной дозы в пределах от 0 до 215 пА/кг (от 0 до 3000 мкР/ч) P.S 1 пА – 10-12 А

3.2.2. Диапазон измерений регистрируемого потока гамма – излучения разбит на следующие поддиапазоны:

от 0 до 100 с-1 от 0 до 300 с-1

от 0 до 1000 с-1 от 0 до 3000 с-1

от 0 до 10000 с-1

Диапазон измерений мощности экспозиционной дозы гамма – излучения прибора СРП – 68 – 01 разбит на следующие поддиапазоны:

от 0 до 2,15 пА/кг (от 0 до 30 мкР/ч),

от 0 до 7,17 пА/кг (от 0 до 100 мкР/ч), от 0 до 21,5 пА/кг (от 0 до 300 мкР/ч), от 0 до 71,7 пА/кг (от 0 до 1000 мкР/ч), от 0 до 215 пА/кг (от 0 до 3000 мкР/ч).

Примечание.

1. Приборы отградуированы в единицах “с-1” и “мкР/ч”.

2. Градуировка прибора производится по образцовым два разряда источникам радия – 226.

3.Нижний порог дискриминации гамма – излучения по энергии находится в пределах от 1,5 до 3,5 кэВ для СРП – 68 – 01.

4.Предел допускаемой основной погрешности измерений приборов равен, мкР/ч:

∆= ± (0,1 Ах + 0,015 Ак),

где	Ах – расчѐтное значение измеряемого параметра, мкР/ч;
	Ак – конечное значение предела измерения, мкР/ч.

5.Время установления рабочего режима не превышает 1 мин с момента включения прибора.

6.Приборы СРП – 68 сохраняют работоспособность при следующих климатических

ипосле механических воздействий:

рабочий и придельный интервал температур, 0С (от –20 до +50 0С);

относительная влажность воздуха, %	(90 при температуре 30 0С);
вибрация в диапазоне частот, Гц	(10	– 70);
одиночные удары длительностью, мс	(6 –	12,5);

4.Состав изделия

Состав прибора СРП – 68 – 01 приведен в таблице

Таблица 1 - Состав прибора СРП – 68 – 01

Обозначение	Наименование		Кол-во	Примечание
ЖШ	Пульт РПГ 4 – 01		1
2.702.167
ЖШ	Блок детектирования		1
2.329.523	БДГ 4 – 01
е Т 4.070.012	Комплект	запасных	1
	частей
	Комплект
е Т 4.072.007	инструмента	и	1
	принадлежностей

5. Устройство и принцип работы

5.1. Принцип работы.

Приборы сцинтилляционные геологоразведочные СРП – 68 представляют собой измерители потока и мощности экспозиционной дозы гамма – излучения.

Принцип работы приборов основан на преобразовании физической информации в электрические сигналы с последующим измерением их параметров. Функцию преобразователя выполняет сцинтилляционный детектор, состоящий из кристалла NaI (TI) в качестве сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя в качестве преобразователя световых величин в электрические.

Аналоговые импульсные сигналы, снимаемые с фотоэлектронного умножителя, после усиления отделяются от шумов и преобразуются в последовательность логических сигналов, средняя частота повторения которых пропорциональна измеряемой физической величине. Эта последовательность поступает на интегрирующий линейный измеритель средней скорости счѐта, показания которого выводятся на стрелочный прибор. Шкала стрелочного прибора отградуирована в единицах потока и мощности экспозиционной дозы гамма – излучения.

5.2. Основные особенности инструкции Приборы СРП – 68 выполнены на полупроводниковых приборах с применением

интегральных микросхем.

По функциональному назначению в приборах СРП – 68 можно выделить следующие узлы:

-высоковольтный преобразователь;

-узел фотоэлектронного умножителя;

-усилитель;

-дискриминатор;

-линия;

-согласующий каскад;

-делитель частоты;

-нормализатор амплитуды;

-измеритель средней скорости счѐта;

-стабилизатор напряжения питания;

-вспомогательные устройства;

-блок питания.

Конструкция

Конструктивно приборы СРП – 68 оформлены в виде двух блоков – блока детектирования и измерительного пульта, соединѐнных кабелем. В блоках детектирования размещены:

-узел фотоэлектронного умножителя;

-усилитель;

-дискриминатор.

Визмерительном пульте размещены:

-стабилизатор напряжения питания;

-согласующий каскад;

-делитель частоты;

-нормализатор амплитуды;

-измеритель средней скорости счѐта;

-вспомогательные устройства;

-блок питания.

Корпус блоков детектирования представляет собой цилиндр, внутри которого расположены шасси с элементами электрической схемы.

В средней части блока детектирования расположены фотоэлектронный умножитель и кристалл NaI (TI), оптический контакт между которыми осуществляется с

помощью кремнийорганической смазки. ФЭУ и кристалл помещены внутри разборного светозащитного кожуха, одновременно являющегося магнитным экраном, который отделѐн от корпуса блока детектирования амортизатором – гофрированной резиновой прокладкой. Электрическая связь ФЭУ с остальной частью схемы осуществляется через панель, в непосредственной близости от которой распаян резисторный делитель высокого напряжения.

По длине шасси блока детектирования за узлом фотоэлектронного умножителя расположены:

-плата, на которой размещены эмиттерный повторитель; усилитель, дискриминатор и микропереключатель;

-блок выпрямителя высокого напряжения;

-трансформатор преобразователя напряжения.

На панели корпуса закреплены:

-измерительный стрелочный прибор;

-органы управления;

-неподвижная плата с дозирующими конденсаторами;

- откидная плата, на которой размещены стабилизатор напряжения, согласующий каскад, делитель частоты, нормализатор амплитуды, измеритель средней скорости счѐта и часть вспомогательных устройств; переменные резисторы подстройки градуировки.

На лицевой стороне панели нанесена гравировка режимов работы при различных положениях соответствующих переключателей, а также пределов измерения, причѐм чѐрным цветом обозначены значения, соответствующие измерению потока гамма – излучения, а красным – мощности экспозиционной дозы. На боковой стенке панели расположены гнѐзда для подключения головного телефона и ввода кабеля.

Подготовка к работе

Перед началом работы с прибором необходимо:

1.ознакомиться с устройством прибора;

2.извлечь пульт и блок детектирования из укладочного ящика;

3.перевести переключатель режима работы в положение ВЫКЛ;

4.проверить, находится ли стрелка измерительного прибора на нуле, в противном случае установить еѐ на нулевую риску корректором, предварительно отвернув заглушку на панели пульта;

5.отвернув винты, открыть крышку батарейного отсека и вставить комплект элементов питания, соблюдая полярность, согласно маркировке на дне кожуха пульта, после чего затянуть винты крышки отсека.

Нарушение полярности подключения элементов питания может привести к выходу из строя прибора.

Порядок работы. Подготовка к измерениям

Исходное положение переключателя пределов измерения – “10 т с-1” (“3 т мкР/ч” для СРП – 68 – 01), переключателя режима работы – ВЫКЛ. Для приведения прибора в рабочее состояние необходимо следующее:

1)включить прибор, переведя переключатель режима работы в положение БАТ. По показанию стрелочного прибора определяют напряжение батарей питания, которое должно находиться в пределах от 6,5 до 15 В (предел измерения 15 В). Если напряжение батареи питания составляет менее 6,5 В – сменить элементы питания;

2)перевести переключатель режима работы в положение “5 В”. В этом положении стрелочным прибором контролируется выходное напряжение стабилизатора, которое должно составить 5 ± 0,3 В (предел измерения 10 В). Измерения могут быть начаты не менее чем через минуту после включения прибора;

3)перевести переключатель режима работы в положение “5”. При этом показание стрелочного прибора соответствует мощности экспозиционной дозы или потока гамма –

излучения в месте расположения блока детектирования, в зависимости от положения переключателя пределов измерения. Постоянная времени измерения равна 1 с;

4)снять крышку контрольного источника, зафиксировать на фланце контрольного источника держатель, входящий в комплект поставки прибора. С помощью держателя присоединить блок детектирования к пульту прибора, ориентируя метку на корпусе блока детектирования к контрольному источнику. Перед проверкой прибора СРП – 68 – 01 необходимо предварительно снять резиновый колпачок с блока детектирования. С помощью переключателя пределов измерения установить поддиапазон, соответствующий максимальному в пределах шкалы отклонению стрелки измерительного прибора. Записать показания прибора;

5)отсоединив блок детектирования, проконтролировать уровень фона в месте проведения измерений. Показания прибора при присоединѐнном блоке детектирования к контрольному источнику за вычетом фона должно соответствовать указанному в паспорте на прибор;

6)присоединить вновь блок детектирования к контрольному источнику. После успокоения стрелки нажать кнопку КОНТР на пульте прибора. Показания не должны уменьшиться более чем на 10%;

7)после проведения экспериментов закрыть контрольный источник крышкой.

6. Экспериментальная часть

6.1. Проведение измерений Переключатель пределов измерения перевести в положение, соответствующее

требуемому пределу. Для прибора СРП – 68 – 01 используются пределы, выраженные в мкР/ч. Предел измерения следует выбирать так, чтобы показания прибора были не менее 30% всей шкалы.

В зависимости от величины измеряемой мощности экспозиционной дозы или плотности потока гамма–излучения необходимо с помощью переключателя рода работы установить постоянную времени измерения 2,5 или 5 с. При постоянной времени 5 с величина статических флуктуаций снижается, то есть повышается точность отсчѐта, однако вместе с этим повышается инерционность прибора. Погрешность отсчѐта можно существенно снизить, вычислять показания в данной точке как среднее арифметическое из 5 – 10 отсчѐтов за 30 – 60 с наблюдения. Соответствие показаний прибора СРП – 68 – 01 наблюдающейся в данной точке мощности дозы, указанной в паспорте, действительному значению чувствительности этих приборов имеет место для спектра радия – 226, находящегося в равновесии с продуктами его распада при направлении потока гамма – излучения, перпендикулярном оси блока детектирования.

6.2. Произвести измерения с предложенными образцами аналогично п. 6.1.

Требования к отчету

1.Цель выполнения работы

2.Назначение прибора

3.Данные экспериментов представлять в табличном виде

4.Расчѐты

5.Выводы

Контрольные вопросы

1.Строение атома. Массовое и зарядовое числа.

2.Что такое нуклиды, изотопы, изобары, изомеры, изотоны.

3.Период полураспада и закон радиоактивного распада.

4.Виды радиоактивного излучения.

5.Схемы α и β распадов.

6.Понятие экспозиционной дозы и еѐ единицы измерения.

7.Мощность экспозиционной дозы и еѐ единицы измерения.

8.Назначение прибора СРП – 68 – 01

9.Принцип работы прибора.

Литература

1.Приборы сцинтилляционные геологоразведочные СРП – 68. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 0,280,004 ТО.

2.Савенко В.С. “Радиоэкология”.