SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA POMIARY PROMIENIOWANIA LABOLATORIUM MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH.

Grupa 2

Anczura Adam,

Domalik Dawid,

Łukasz Dul,

Grabowski Artur,

Karpeta Mateusz,

Kulesza Damian,

Łuszcz Jakub,

Matysek Małgorzata,

Orłowski Piotr,

Perkowski Mariusz,

Początko Marcin,

Umiński Piotr,

Włostowski Mateusz,

Woch Adam,

Zabrzycki Krzysztof

Żak Maciej.

Osoby obecne na zaliczeniu:

Anczura Adam,

Łukasz Dul,

Grabowski Artur,

Karpeta Mateusz,

Kulesza Damian,

Orłowski Piotr,

Perkowski Mariusz,

Początko Marcin,

Umiński Piotr,

Włostowski Mateusz,

Woch Adam,

Zabrzycki Krzysztof

Spis treści:

Pomiary osłabiania promieniowania beta.

1. Skład grupy.

Adam Anczura,

Jakub Orłowski,

Piotr Umiński,

Adam Woch.

2. Emisja cząstek beta.

Cząstki beta (elektrony i pozytony) są najczęściej emitowane bezpośrednio w wyniku rozpadu neutronu w jądrze:

lub rzadziej protonu:

W obydwu przypadkach produktem ubocznym jest jeszcze neutrino.

Elaktrony mogą być również emitowane wskutek konwersji wewnętrznej. Zjawisko to polega na wybijaniu elektronu z powłoki przez kwant gamma wypromieniowany z jądra.

3. Oddziaływanie promieniowania beta z materią.

Elektrony napotykając na warstwę materii mogą z nią oddziaływać w sposób trojaki:

• zderzając się sprężyście z elektronami na powłokach atomu; powoduje to zmianę kierunku prędkości nacierającego elektronu, jednakowoż nie zmniejsza jego energii,

• zderzając się niesprężyście; wytracenie energii następuje wówczas poprzez jonizację atomu lub jego wzbudzenie,

• emitując promieniowanie hamowania- elektron zwalniający w polu elektrostatycznym powłok atomu traci energię emitując falę elektromagnetyczną.

4. Wielkości charakteryzujące materiał jako osłonę.

Liniowy współczynnik absorpcji informuje jak bardzo osłabiane jest promieniowanie po przejściu przez jednostke grubości osłony.

Masowy współczynnik absprbcji określa o ile słabsze jest promieniowanie po przejściu przez jednostkę gęstości powierzchniowej osłony.

Grubość połówkowa jest to taka grubość osłony z danego materiału, która osłabia promieniowanie o połowę.

5. Pomiary.

Do pomiaru liczby rejestrowanych impulsów wykorzystany został licznik scyntylacyjny.

Pomiar promieniowania tła w „domku” pomiarowym wykonany był w czasie 1000s i wyniósł 213 impulsów.

Pomiary z materiałami osłon wykonywane były na przedziałach czasu 100s.

Charakterystyki pochłaniania.

Wartości własności absobcyjnych obliczono jako średnie po odrzuceniu pomiarów nie pozwalających aproksymować charakterystyk pochłaniania jako prostych.

W celu obliczenia masowych współczynników pochłaniania przyjęto następujące masy właściwe badanych materiałów:

• plexi 1,18 g/cm3

• miedź 8,92 g/cm3

• aluminium 2,79 g/cm3

	plexi	miedź	aluminium
liniowy współczynnik absorpcji [1/cm]	9,24	130,55	49,05
masowy współczynnik absorpcji [cm2/g]	7,83	14,64	17,58
grubość połówkowa [cm]	0,0762	0,0059	0,0186

6. Wnioski.

Spośród przebadanych materiałów najlepsze na osłony przed promieniowaniem beta okazała się plexi. Analizując wartości współczynników absorpcji można wnioskować, że im niższa liczba atomowa materiału osłony tym lepiej pochłania on promieniowanie beta. Nieznaczne niedokładności pomiarów mogły wyniknąć z nierównomiernej aktywności źródła, co jest konsekwencją statystycznego charakteru promieniotwórczego oraz z faktu, że tło w urządzeniu pomiarowym po założeniu osłon ma inną wartość niż tło zmierzone bez osłon.

Osłabienie promieniowania γ

1. Skład grupy.

Jakub Łuszcz,

Mateusz Włostowski,

Krzysztof Zabrzycki.

2. Krótki opis przeprowadzonego doświadczenia.

Doświadczenie polegało na badaniu zdolności tłumienia promieniowania γ przez trzy materiały. W tym celu umieszczono w urządzeniu próbkę promieniotwórczego cezu. Emitowane przez ten pierwiastek promieniowanie, przechodząc przez badany materiał ulegało osłabieniu a następnie było rejestrowane za pomocą licznika Geigera-Mullera.

3. Dane:

• gęstość żelaza = 7,9 g/cm³

• gęstość miedzi = 8,9 g/cm³

• gęstość mosiądzu = 8,5 g/cm³

4. Wyniki pomiarów.

• promieniowanie tła

Nr pomiaru	Czas pomiaru T [min]	Grubość warstwy x [mm]	Ilość impulsów N [imp]	Częstość impulsów	Odchylenie średnie	Błąd względny [%]
1	16,667	0	2163	129,78	2,790	2,150

• promieniowanie źródła bez osłon

Nr pomiaru	Czas pomiaru T [min]	Grubość warstwy x [mm]	Ilość impulsów N [imp]	Częstość impulsów	Odchylenie średnie	Błąd względny [%]
1	1,667	0	6135	3681	46,996	1,277

• promieniowanie zmierzone za osłonami z żelaza

Nr pomiaru	Czas pomiaru T [min]	Grubość warstwy x [mm]	Ilość impulsów N [imp]	Częstość impulsów	Odchylenie średnie	Błąd względny [%]
1	1,667	5,01	5000	3000	42,426	1,414
2	1,667	10,01	4097	2458,2	38,405	1,562
3	1,667	15,02	3368	2020,8	34,821	1,723
4	1,667	20,02	2791	1674,6	31,698	1,893
5	1,667	25,02	2322	1393,2	28,912	2,075
6	1,667	30,03	2001	1200,6	26,840	2,236
7	1,667	35,02	1616	969,6	24,120	2,488
8	1,667	40,01	1332	799,2	21,898	2,740
9	1,667	45	1104	662,4	19,936	3,010
10	1,667	49,99	1013	607,8	19,097	3,142




Rys.1. Charakterystyka ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy dla żelaza.




Rys.2. Charakterystyka ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy w skali półlogarytmicznej dla żelaza.

• promieniowanie zmierzone za osłonami z miedzi

Nr pomiaru	Czas pomiaru T [min]	Grubość warstwy x [mm]	Ilość impulsów N [imp]	Częstość impulsów	Odchylenie średnie	Błąd względny [%]
1	1,667	4,95	5113	3067,8	42,903	1,398
2	1,667	9,91	4016	2409,6	38,023	1,578
3	1,667	14,88	3346	2007,6	34,707	1,729
4	1,667	19,8	2663	1597,8	30,963	1,938
5	1,667	24,73	2168	1300,8	27,937	2,148
6	1,667	29,69	1829	1097,4	25,660	2,338
7	1,667	34,59	1610	966	24,075	2,492
8	1,667	39,52	1301	780,6	21,642	2,772
9	1,667	44,42	1043	625,8	19,377	3,096
10	1,667	49,36	916	549,6	18,159	3,304




Rys.3. Charakterystyka ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy dla miedzi.




Rys.4. Charakterystyka ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy w skali półlogarytmicznej dla miedzi.

• promieniowanie zmierzone za osłonami z mosiądzu

Nr pomiaru	Czas pomiaru T [min]	Grubość warstwy x [mm]	Ilość impulsów N [imp]	Częstość impulsów	Odchylenie średnie	Błąd względny [%]
1	1,667	4,93	5153	3091,8	43,071	1,393
2	1,667	9,78	4141	2484,6	38,610	1,554
3	1,667	14,6	3417	2050,2	35,073	1,711
4	1,667	19,36	2759	1655,4	31,516	1,904
5	1,667	24,13	2338	1402,8	29,012	2,068
6	1,667	28,87	1857	1114,2	25,856	2,321
7	1,667	33,63	1602	961,2	24,015	2,498
8	1,667	38,38	1371	822,6	22,216	2,701
9	1,667	43,09	1079	647,4	19,709	3,044
10	1,667	47,69	995	597	18,926	3,170




Rys.5. Charakterystyka ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy dla mosiądzu.




Rys.6. Charakterystyka ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy w skali półlogarytmicznej dla mosiądzu.

• wyznaczenie grubości połówkowej d_1/2

dla żelaza = 16,1 mm

dla miedzi = 15,6 mm

dla mosiądzu = 15,9 mm

• wyznaczenie liniowego współczynnika absorpcji 

dla żelaza = 0,04304 1/cm

dla miedzi = 0,04442 1/cm

dla mosiądzu = 0,04358 1/cm

• wyznaczenie masowego współczynnika absorpcji _m

dla żelaza = 0,005449 cm²/g

dla miedzi = 0,004991 cm²/g

dla mosiądzu = 0,005128 cm²/g

5. Wnioski.

• Z pomiarów wynika, że im większa grubość warstwy materiału badanego, tym coraz mniejsze natężenie promieniowania γ przez nie przenikające.

• Dla badanych materiałów, charakterystyki ilości zliczeń promieniotwórczych w zależności od grubości warstwy są niemal identyczne, podobnie jak liniowe współczynniki absorpcji i grubości połówkowe. Wynika z tego, że wszystkie badane materiały mają bardzo zbliżone właściwości osłabiania promieniowania γ.

• Z charakterystyk wynika, że promieniowanie γ jest bardzo przenikliwe i nawet grube warstwy materiału nie są w stanie całkowicie go zatrzymać. Dla wszystkich tych materiałów warstwa grubości około 5 cm, 6-krotnie osłabia to promieniowanie, ale dalej jest ono około 5-krotnie silniejsze niż promieniowanie tła.

Licznik Geigera-Mullera.

1. Skład grupy.

Damian Kulesza,

Małgorzata Matysek,

Marcin Początko.

2. Cel ćwiczenia.

Głównym celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową, zasadą działania i sposobem prowadzenia pomiarów przy użyciu licznika Geigera-Mullera. Należało w nim wyznaczyć obszar plateau oraz czas martwy licznika.

3. Budowa licznika G-M.

Licznik G-M jest jednym z najczęściej spotykanych detektorów promieniowania jądrowego. Główne elementy tego urządzenia to cylindryczna metalowa obudowa z okienkiem wykonanym z miki wypełniona gazem szlachetnym oraz parą gaszącą. Cylinder jest jednocześnie katodą licznika. Anoda zaś to zwykle rozpięty osiowo drut wolframowy.

4. Zasada działania.

Pomiar promieniowania jądrowego opiera się w tym liczniku o zjawisko jonizacji gazu przez to promieniowanie. Elektrody spolaryzowane napięciem rządu kilkuset woltów. Pojawienie się w takim polu elektrycznym cząstki lub promieniowania powoduje jonizację gazu. W wyniku tej jonizacji powstają elektrony, które są następnie przyspieszane w polu elektrycznym powodując dalszą jonizację gazu. Następuje zjawisko wyładowania lawinowego, które jest traktowane jako impuls i zliczane przez licznik.

4. Wyznaczenie obszaru plateau i charakterystyki licznika G-M.

Napięcie [V]	Ilość impulsów [imp/100s]
478	1903
480	13635
482	14854
484	14973
486	15109
488	15370
490	15218
493	15380
520	15537
560	16075
580	15974
584	16066
590	16416
594	16000
620	16316
650	16760
670	16618
700	17077
720	17257
740	17723
750	17749
770	18466
780	18874
790	19133
800	19826
810	20662




Obszar plateau dla badanego licznika zawiera się w przedziale 490-790V. Napięcie pracy licznika powinno znajdować się w środku przedziału plateau i wynosi ono:




Nachylenie względem osi x obszaru plateau obliczono w następujący sposób:




Załamanie wykresu widoczne w okolicy napięcia 585V wynika z krótkiego okresu pomiarowego przy jednoczesnym Nieustalonym procesie rozpadu promieniotwórczego.

5. Czas martwy.

Czas martwy licznika jest to czas trwania pojedynczego impulsu od wyładowania lawinowego do jego wygaśnięcia. Bardzo istotna sprawą jest aby czas ten był jak najkrótszy. Podczas badania wyznaczono go metodą dwóch źródeł.

Dane:

I_t=17,7 I₁=13060 I₂=13951 I₁₊₂=25891

Przy wszystkich pomiarach ustawiono napięcie U=650V




6. Wnioski.

Otrzymane wyniki badań nie odbiegają w znaczący sposób od wzorcowych. Charakterystyka licznika oraz wyznaczony obszar plateau przedstawiają rzeczywisty licznik. Drobne odchylenia wynikają z niedokładności pomiarów.

Pomiar skażeń powierzchniowych promieniowaniem α i β.

1. Skład grupy.

Dawid Domalik,

Łukasz Dul,

Artur Grabowski,

Mateusz Karpeta,

Mariosz Perkowski,

Maciej Żak.

2. Cel.

Celem badania było poznanie zasad działania urządzenia służącego do pomiaru skażenia powierzchniowego oraz metodologii jego pomiaru.

3. Skażenia oraz metodologia pomiaru.

Otwarte źródła promieniowania stwarzają niebezpieczeństwo skażenia najbliższego otoczenia. Dotyczy ono powietrza, wody, gleby oraz osób i urządzeń będących w niedalekiej odległości od źródła promieniowania. Skażenie powierzchniowe jest wynikiem osiadania pyłu cieczy lub opływu skażonym gazem. Podstawową metodą pomiarową takiego skażenia jest użycie monitora skażeń powierzchniowych wraz z kompletem sond, innych dla każdego rodzaju promieniowania. Czynnikami wpływającymi na pomiar jest zasięg stosowalności takiego urządzenia, stała czasowa, oraz rodzaj źródła promieniowania. Przyrządy możemy podzielić na przenośne oraz stacjonarne ( najczęściej spotykane w laboratoriach ). Najczęściej spotykane są monitory skażeń z sygnalizacją dźwiękową. W tych urządzeniach częstotliwość oraz głośność sygnalizacji dźwiękowej wzrasta wraz z siłą oraz bliskością promieniowania. W zastosowaniach laboratoryjnych sygnalizacja dźwiękowa jest zbędna, gdyż mamy określone źródło promieniowania. Do pomiarów użyty został monitor promieniowania wraz z sondami typu SGB-2p dla promieniowania β o powierzchni czynnej sondy 15cm² .
Do pomiaru promieniowania α, użyta została sonda scyntylacyjna typu SSA-1PW. Detektor (scentylator ) jest zasłonięty folią aluminiową o bardzo małej gęstości pozwalającej na przepuszczanie promieniowania α. Powierzchnia czynna tej sondy to ok. 85cm^2.

Przy pomiarze promieniowania β musi być nam znana wartość poziomu promieniowania tła (które nie jest wymagane przy pomiarze promieniowania α ). Pomiar ten wykonaliśmy poprzez celowanie sondą w otwartą przestrzeń. Wielkości skażenia tła nie powinny przekraczać odpowiednich poziomów. W Polsce zgodnie z zarządzeniem ogłoszonym w Dz.U. Nr 34/57 na podstawie zaleceń Międzynarodowej Komisji Ochrony radiologicznej. Przyjęto maksymalne dopuszczalne poziomy skażeń związanych powierzchni, których wartości są podane w następującej tabeli.

4. Pomiar - czynności.

Miejsce skażenia	Skażenia dopuszczalne
		Alfa [kBq/m^2]	Beta [kBq/ m^2]
Teren niekontrolowany i skażenia osobiste	1.85	18.5
Teren kontrolowany z wyjątkiem pracowni kat. III	3.7	37
Pracownie Kategorii II	37	370

Pomiar zaczynamy od nastawienia monitora na napięcie znamionowe zasilania sondy. Następnie sondę umieszczamy nad źródłem promieniowania. Dla sprawdzenia dokładności i sprawności urządzenia najpierw badamy źródło wzorcowe o znanych stablicowanych właściwościach. W naszym badaniu źródłem były płytki z napylonymi izotopami promieniotwórczymi. Ze względu na sporą czułość sondy, pomiar powinien trwać tak długo, aż będzie można z wymaganą dokładnością zmierzyć średnie natężenie promieniowania. Do tego celu służy wskaźnik stałej czasowej w obrębie wielkości 1, 3, 10, 30, 100 sekund. Ustalamy stałą czasową podczas skalowania urządzenia, wskazówka powinna być stabilna w obszarze 2,3 skali.

5. Pomiary - wyniki.

1. Promieniowanie β
   

• Wzorcowanie

Promieniowanie tła	Nt= 1.6 cps
Napięcie zasilania sondy	Uz=600 V
Próbka wzorcowa	Cs137
Czas połowicznego rozpadu	T1/2=30 lat
Powierzchnia źródła promieniowania	Sp= 144 cm^2
Aktywność źródła w czasie wytworzenia	A0 =732700 cz
Rok produkcji próbki	15.08.1978
Powierzchnia aktywna sondy	Ss= 15cm2

Aktywność źródła wzorcowego po 31 latach możemy obliczyć ze wzoru

A_wz=A₀·e^(-λt)=357982.55 [Bq]

gdzie: λ=ln2/T_1/2

Aktywność jednostkowa powierzchniowa źródła wzorcowego wynosi wg wzoru:

q_wz= A_wz/S_p =2485.98 [Bq/cm²]

Pomiar aktywności jednostkowej źródła wzorcowego obliczamy ze wzoru:

q_zm= (N_wz - N_t)/S_s=11.89 [Bq/cm²]

Współczynnik skalowania:

k= q_wz/q_zm = 209

Natężenie promieniowania dla poszczególnych próbek:

q_n= k (N_n - N_t)/S_s [Bq/cm²]

Źródło	Wzorzec Cs137	SR 90	TL260	C14
Nn [cps]	180	17	2.5	11.5
qn [kBq/cm^2]	2.485	214.5	12.54	137.94
współczynnik skalowania	209	209	209	209
krotność przekroczenia	1343.2	115945	6778	74562

1. Promieniowanie dla źródła α

Wielkości stałe:
napięcie zasilania sondy	Uz=1160 V
promieniowanie tła	Nt=0 cps
próbka wzorcowa	Pu-239
czas połowicznego rozpadu	T1/2=24400 lat
powierzchnia źródła promieniowania	Sp_wz= SpI=19,63 cm^2
	SpII= SpIII=3,14 cm^2
Aktywność źródła w czasie wytworzenia	A0=2270000 [Bq]
rok produkcji próbki	25.09.1978 r.
powierzchnia aktywna sondy	Ss=85cm^2

Aktywność źródła wzorcowego po 31 latach nie zmieniła się praktycznie wcale. Przyjmujemy A_wz=A₀.

Aktywność jednostkowa powierzchniowa źródła wzorcowego wynosi q_wz=115,6 [kBq/cm²], aktywność jednostkowej źródła zmierzona wynosi q_zm=82,35 [Bq/cm²]. Wszystkie próbki są zrobione z tego samego materiału, co próbka wzorcowa.

Źródło	Wzorcowe Pu-239	I	II	III
Nn [cps]	7000	5600	5200	850
qn [kBq/cm^2]	115,614	95,802	516,118	72,256
współczynnik skalowania	1404	1404	8774	8774
krotność przekroczenia	624 940	517 849	2 789 827	390 573

6. Podsumowanie i wnioski

Badanie odbyło się w bezpiecznych warunkach bez możliwości szkodliwego działania izotopów promieniotwórczych na badających

Promieniowanie α oraz β możemy względnie łatwo powstrzymać. Dla promieniowania α wystarczy zwykła kartka papieru, natomiast z β dobrze radzi sobie zwykła płytka plexi.

Wszystkie próbki są dość mocno napylone izotopami promieniotwórczymi.

5

---