• Biotechnologia Gliwice 18.02.2006

• Wydział: AEiI

• Sekcja: 3

OZNACZANIE AKTYWNOŚCI, OKRESU PÓŁTRWANIA I MAKSYMALNEJ ENERGII PROMIENIOWANIA β

Marcin Wojtyczka

Dominika Sołtysik

• 1. Wstęp teoretyczny.

Promieniotwórczość jest zjawiskiem samorzutnego rozpadu niektórych jąder atomów. Nuklidy wykazujące promieniotwórczość naturalną (samoistną) mogą wysyłać podczas rozpadu trzy rodzaje promieniowania: ,  lub γ. Promienie  i  mają charakter korpuskularny i wykazują ładunek elektryczny, natomiast promieniowanie γ ma charakter promieniowania elektromagnetycznego. Na skutek takich własności promienie  i  ulegają odchyleniu w polu elektrycznym, a γ nie.

Zdolność do emisji promieniowania uwarunkowana jest trwałością danego jądra. W zależności od tego jądro rozpada się szybciej lub wolniej. Ilościowo szybkość rozpadu charakteryzuje okres półtrwania, czyli czas po jakim połowa jąder atomów w badanej próbce ulegnie rozpadowi. Czas ten jest charakterystyczny dla danego nuklidu.

W pomiarach radiochemicznych wykorzystuje się zdolność promieniowania do jonizacji materii (np. powietrza - zasada działania licznika Geigera - Müllera) lub zdolność do wzbudzania atomów (sonda scyntylacyjna).

• 2. Zasada pomiarów.

W ćwiczeniu wyznaczano okres półtrwania próbki  aktywnej poprzez pomiar liczby impulsów sondy scyntylacyjnej. Impuls powstaje gdy do sondy dotrze promieniowanie, wzbudzi scyntylator i spowoduje emisję światła. Błysk światła powoduje emisję elektronów z fotokatody powielacza. Sygnał ten jest wzmacniany w systemie dynod fotopowielacza, filtrowany i kierowany do rejestratora - licznika zliczającego impulsy. Sonda i próbka są umieszczone w osłonach ołowianych celem wyeliminowania wpływów zewnętrznych. Mimo tego przy braku próbki w sondzie rejestruje się słabe promieniowanie, nazywane promieniowaniem tła. Jest to promieniowanie kosmiczne. Dlatego przed przeprowadzeniem właściwych pomiarów należy zliczyć ilość impulsów tła i odjąć ją od wyników pomiarów próbki.

• 3. Opracowanie wyników pomiarów.

Detektor nie zlicza wszystkich rozpadów w próbce, ale jedynie te które do niego dotrą (próbka wysyła promieniowanie we wszystkich kierunkach). Część promieniowania jest poza tym gubiona w środowisku sondy i w samej sondzie. Dlatego przy wyznaczaniu aktywności A, czyli liczby rozpadów promieniotwórczych w ciągu sekundy, uwzględnia się szereg poprawek:

[1/s] (1)

n_p - zmierzona liczba impulsów próbki w ciągu 1 sekundy

n_t - liczba impulsów tła w ciągu 1 sekundy

 - stosunek kąta bryłowego, pod jakim widać okienko licznika z powierzchni próbki, do pełnego kąta bryłowego obliczany wg wzoru uproszczonego przy znanych parametrach: d - odległość próbki od sondy i R - promień sondy:

(2)

 - poprawka na zdolność rozdzielczą sondy

 - wydajność sondy na dany rodzaj promieniowania

K - poprawka na pochłanianie w powietrzu

P - poprawka na pochłanianie w próbce

q - poprawka na rozpraszanie zwrotne (odbicie od podkładki)

Czas półtrwania oblicza się ze wzoru:

[s] (3)

Gdzie N - liczba atomów substancji promieniotwórczej.

4. Wyniki pomiarów i obliczenia.

W ćwiczeniu pomiary prowadzono w czasie 100 sekund otrzymując wyniki :

Lp.	Pomiar tła Kt	Pomiar próbki Kp
1	26	1880
2	27	1885
3	22	2016
4	27	1991
5	24	1890
6	25	2015
7	22	2033
8	26	1936
9	27	1988
10	24	2006

Co daje średnią :

Ilość impulsów na sekundę otrzymamy dzieląc średnie wyniki przez czas pomiarów.

Wartość  obliczamy ze wzoru (dla progu numer 5) :

Wartości poprawek dla warunków ćwiczenia są następujące :

Obliczamy aktywność:

Liczbę atomów substancji promieniotwórczej oblicza się mnożąc ilość moli tej substancji przez liczbę Avogadro :

Stąd czas półtrwania wynosi :

Co stanowi około :

Dokładność pomiaru:

; n_d  p_róbki

5. Uwagi i wnioski.

• Na podstawie wyliczonego czasu półtrwania możemy zidentyfikować badaną substancję poprzez porównanie z danymi tablicowymi. Oczywiście takie wnioski możemy wyciągać jedynie w przypadku, gdy założone jest istnienie w próbce tylko jednego pierwiastka promieniotwórczego. Najbliższy otrzymanemu czas półtrwania ma izotop uranu ²³⁸U:

τ_{1/2 238U} = 4,46  10⁹ lat

• Możliwym źródłem błędów w pomiarach radiochemicznych jest zbyt mała zdolność rozdzielcza sondy. Ogranicza ona szybkość zliczania impulsów.

• Pewna niedokładność wyniku wynika z niedokładności wykonania pomiaru, a co za tym idzie wyznaczenia aktywności. Aby otrzymać dokładniejszą wartość A należałoby przeprowadzić większą ilość pomiarów dla znacznie dłuższego czasu. Poza tym wyniki byłyby dokładniejsze dla stałego poziomu promieniowania tła. W ćwiczeniu ilość impulsów tła wahała się od 22 do 27, co może powodować niedokładności.

• Z pomiarów liczby impulsów dla tła (tzw. biegu własnego licznika) wynika, że nieustannie jesteśmy narażeni na działanie promieniowania kosmicznego oraz promieniowania pochodzącego z naturalnych izotopów pierwiastków, występujących np. w glebie. Jednak natężenie tego promieniowania jest niewielkie.

• Obliczenie okresów półtrwania niektórych pierwiastków radioaktywnych oraz poznanie produktów ich rozpadu może być wykorzystane w datowaniu promieniotwórczym, co umożliwiło rozwój metod datowania, np. oznaczanie wieku geologicznego skał.

---