Politechnika Śląska w Katowicach

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM FIZYKI

Temat: Pomiar dawki promieniowania jądrowego na wybranych stanowiskach pracy

1. Cel ćwiczenia:

Pomiar dawki promieniowania jądrowego na stanowisku pracy. Określenie różnicy pomiędzy promieniowaniem wewnątrz sejfu, tuż przy zamkniętym sejfie i w pewnej odległości od sejfu.

1. Podstawy teoretyczne:

Rozpad promieniotwórczy- samoistne przekształcenie jądra jednego pierwiastka w jądro innego pierwiastka lub w jądro tego samego pierwiastka lecz w innym stanie energetycznym.

Wyróżnia się trzy rodzaje promieniowania:

• promieniowanie α- wyrzucenie cząstki α

• promieniowanie β- wyrzucenie pojedynczego elektronu

• promieniowanie γ- emisja fali elektromagnetycznej

Dawka pochłonięta- energia promieniowania jądrowego pochłonięta w jednostce masy napromieniowanej substancji. Jednostką dawki pochłoniętej w układzie Si jest jeden 1 grej [Gy]:

$$1\left\lbrack \text{Gy} \right\rbrack = \frac{1J}{1\text{kg}}$$

Moc dawki- promieniowanie pochłonięte w jednostce czasu. W układzie Si jest to grej na sekundę $\left\lbrack \frac{\text{Gy}}{s} \right\rbrack$

Inne dawki promieniowania:

• dawka ekspozycyjna- skutki wywołane danym promieniowaniem w jednostce objętości masy materii wyrażana w jednostce $\left\lbrack \frac{C}{\text{kg}} \right\rbrack$ (kulomb/kg)

• biologiczny równoważnik dawki pochłoniętej- iloczyn dawki pochłoniętej oraz współczynnika skuteczności biologicznej wyrażany w siwertach [Sv]

1. Stanowisko laboratoryjne:

Do przeprowadzenia użyto radiometru pokazującego moc dawki pochłoniętej w [mGy/h]. Moc dawki mierzono dla specjalistycznego sejfu zawierającego materiały radioaktywne.

1. Przebieg ćwiczenia:

Moc dawki zmierzono: przy otwartym sejfie, 1m i 2m od otwartego sejfu, bezpośrednio przed zamkniętym sejfem, przy stanowisku z promieniowaniem Beta, przy stanowisku bez promieniowania oraz w sejfie. Wyniki przedstawia tabela nr 1.

1. Opracowanie wyników:

Rozpatrywano dwa związki promieniotwórcze:

Pomiary przeprowadzono 25.03.2010r.

• Co-60 (kobalt), którego okres połowicznego rozpadu wynosi 5,27 lat otrzymano go 27.09.1991r.

Radioaktywność w chwili sporządzenia świadectwa 40,7 kBg.

• Tl-204 (tal), którego okres połowicznego rozpadu wynosi 3,78 lat otrzymano go 17.02.1993r.

Radioaktywność w chwili sporządzenia świadectwa 34 Bg.

Schemat rozpadu:

• Tl-204 (tal), którego okres połowicznego rozpadu wynosi 3,78 lat otrzymano go 17.02.1993r.

Radioaktywność w chwili sporządzenia świadectwa 34 Bg.

Średni czas życia dla talu (Tl-204) wynosi ok. 18 lat

Schemat rozpadu:

Radioaktywność w chwili sporządzenia pomiaru:

Korzystając ze wzoru: A= A₀ e^-λt

A₀ – radioaktywność w chwili t₀

λ − stała rozpadu – 1/τ [1/s]

τ - średni czas życia jądra atomowego [s]

e = 2,728272

t – okres połowicznego rozpadu [s]

Co-60:

τ = 0,7884*10⁹ [s]

λ = 1,27*10^-9

A=40,7*10³*2,728272^{-(1,27*10)(0,7884*10)}

A=40,7*10³*2,728272^-1

A=40,7*10³*0,367

A=14,92*10³

A=14,92 [kBq]

Tl-204:

τ = 0,567648*10⁹ [s]

λ = 1,76*10^-9

A=34*2,728272^{-(1,76*10)(0,567648*10)}

A=34*2,728272^-1

A=34*0,367

A=12,49 [Bq]

1. Moc dawki:

przy otwartym sejfie:

0, 23[μSv/h] = 0, 23 • 10⁻⁴[rem/h]

wewnątrz otwartego sejfu:

1, 5[μSv/h] = 1, 5 • 10⁻⁴[rem/h]

1m od otwartego sejfu:

0, 45[μSv/h] = 0, 45 • 10⁻⁴[rem/h]

2m od otwartego sejfu:

0, 44[μSv/h] = 0, 44 • 10⁻⁴[rem/h]

przy zamkniętym sejfie:

0, 42[μSv/h] = 0, 42 • 10⁻⁴[rem/h]

stanowisko z promieniowaniem:

0, 4[μSv/h] = 0, 4 • 10⁻⁴[rem/h]

stanowisko bez promieniowania:

0, 37[μSv/h] = 0, 37 • 10⁻⁴[rem/h]

Aby obliczyć równoważnik dawki pochłoniętej należałoby wymnożyć moc dawki pochłoniętej ze współczynnikiem skuteczności biologicznej. Z uwagi na nieznajomość zawartości sejfu został on pominięty.

1. Moc dawki pochłoniętej dla dłuższego okresu:

Na podstawie wyników dawki pochłoniętej obliczono moc dawki dla dłuższych okresów:

• Dawka tygodniowa:

przy otwartym sejfie:

0, 23 • 40 = 9, 2[μSv/tydz.rob.]

wewnątrz otwartego sejfu:

1, 5 • 40 = 60[μSv/tydz.rob.]

1m od otwartego sejfu:

0, 45 • 40 = 18[μSv/tydz.rob.]

2m od otwartego sejfu:

0, 44 • 40 = 17, 6[μSv/tydz.rob.]

przy zamkniętym sejfie:

0, 42 • 40 = 16, 8[μSv/tydz.rob.]

stanowisko z promieniowaniem:

0, 4 • 40 = 16[μSv/tydz.rob.]

stanowisko bez promieniowania:

0, 37 • 40 = 14, 8[μSv/tydz.rob.]

• Dawka trzymiesięczna:

przy otwartym sejfie:

0, 23 • 12 = 2, 76[μSv/3mies.rob.]

wewnątrz otwartego sejfu:

1, 5 • 12 = 18[μSv/3mies.rob.]

1m od otwartego sejfu:

0, 45 • 12 = 5, 4[μSv/3mies.rob.]

2m od otwartego sejfu:

0, 44 • 12 = 5, 28[μSv/3mies.rob.]

przy zamkniętym sejfie:

0, 42 • 12 = 5, 04[μSv/3mies.rob.]

stanowisko z promieniowaniem:

0, 4 • 12 = 4, 8[μSv/3mies.rob.]

stanowisko bez promieniowaniem:

0, 37 • 12 = 4, 44[μSv/3mies.rob.]

• Dawka roczna:

przy otwartym sejfie:

0, 23 • 48 = 11, 04[μSv/r.rob]

wewnątrz otwartego sejfu:

1, 5 • 48 = 72[μSv/r.rob]

1m od otwartego sejfu:

0, 45 • 48 = 21, 6[μSv/r.rob]

2m od otwartego sejfu:

0, 44 • 48 = 21, 12[μSv/r.rob]

przy zamkniętym sejfie:

0, 42 • 48 = 20, 16[μSv/r.rob]

stanowisko z promieniowaniem:

0, 4 • 48 = 19, 2[μSv/r.rob]

stanowisko bez promieniowania:

0, 37 • 48 = 17, 76[μSv/r.rob]

Obliczenia wykonano przy założeniu, że:

- tydzień składa się z 40 roboczogodzin

- miesiąc składa się z 4 tygodni roboczych

- rok składa się z 48 tygodni roboczych

1. Prezentacja pomiarów w postaci tabeli:

Pomiar mocy dawki pochłoniętej [μSv/h]

Przy otwartym sejfie	0,23
wewnątrz otwartego sejfu	1,5
1m od otwartego sejfu	0,45
2m od otwartego sejfu	0,44
przy zamkniętym sejfie	0,42
stanowisko z promieniowaniem	0,4
stanowisko bez promieniowania	0,37

Tab. 1

Aby zamienić jednostki (z mikro sivertów na godz., na remy na godz.) należy wykonać równanie:

x[μSv/h] = x•10⁻⁴[rem/h]

1. Wnioski:

Sejf zatrzymuje większość promieniowania. Wraz ze wzrostem odległość od sejfu otwartego spada moc dawki pochłoniętej. Dla zmniejszenia mocy dawki pochłoniętej przedostającej się do otoczenia należałoby zwiększyć grubość ścian sejfu lub przestawić sejf w mniej dostępne miejsce. Jeżeli nie narażamy się na bezpośrednie działanie promieniowania to zmierzone moce dawki mieszczą się w granicach dawek dopuszczalnych.

Pomiary mogą być niedokładne z powodu błędów popełnionych przez przeprowadzającego pomiary. Z powodu zmian odległości radiometru od sejfu, niedokładności urządzenia pomiarowego jak i błędów konstrukcyjnych.