Wydział : GGiOŚ	Imię i nazwisko :				rok I	Grupa 1A			Zespół 2
PRACOWNIA FIZYCZNA WFiIS AGH	Temat ćwiczenia : Dozymetria promieniowania γ							Ćwiczenie nr: 96
Data wykonania:		Data oddania:	Zwrot do poprawy:	Data oddania:			Data zaliczenia:			Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z podstawami dozymetrii promieniowania jonizującego. Porównanie własności absorpcyjnych promieniowania gamma różnych materiałów

2. Część teoretyczna

a) Prawo rozpadu promieniotwórczego:

Jest to zależność określająca szybkość ubywania pierwotnej masy substancji zbudowanej z jednego rodzaju cząstek, która ulega naturalnemu, spontanicznemu rozpadowi.Prawo ma zastosowanie w rozpadzie promieniotwórczym ciał, ale w ogólności dotyczy wielu procesów fizycznych. Prawo to głosi, że jeśli prawdopodobieństwo rozpadu cząstek tworzących substancję jest dla każdej z nich jednakowe i niezależne oraz nie zmienia się w czasie trwania procesu rozpadu, to ubytek masy substancji w niewielkim odcinku czasu można wyrazić wzorem:

Po scałkowaniu:

gdzie:

m - masa substancji ulegającej rozpadowi,

λ - stała rozpadu charakterystyczna dla danego izotopu lub substancji,

t - czas,

m₀ - masa początkowa substancji w momencie t = 0

m(t) - masa substancji w czasie t.

Prawo rozpadu naturalnego ma zastosowanie do cząstek elementarnych, jąder atomowych i substratów reakcji chemicznych, które zachodzą zgodnie z kinetyką pierwszego rzędu.

Prawo rozpadu naturalnego zastosowane do opisu zachowania izotopów promieniotwórczych znane jest jako prawo rozpadu promieniotwórczego lub prawo przemian promieniotwórczych a samo równanie jako równanie rozpadu promieniotwórczego.

b) Rozpad β i jego rodzaje. Jądra atomowe powstałe w skutek rozpadu. Wychwyt K

Rozpad beta - jeden ze sposobów rozpadu jądra atomowego. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma

Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β⁻ i rozpad β⁺

Rozpad β⁻ polega na przemianie jądrowej, w wyniku której neutron zostaje zastąpiony protonem. Oddziaływanie ma miejsce poprzez emisję bozonu pośredniczącego W⁻ przez jeden z kwarków d neutronu. W⁻ rozpada się następnie na elektron i antyneutrino elektronowe według schematu:

W rezultacie w wyniku rozpadu beta minus powstaje elektron i antyneutrino elektronowe. Rozpad β⁻ może zachodzić również dla swobodnego neutronu.

Rozpad β⁺ polega na przemianie protonu w neutron wewnątrz jądra. Reakcja zachodzi poprzez emisję bozonu W⁺, który rozpada się na pozyton oraz neutrino elektronowe. Ogólne równanie tej przemiany ma postać:

gdzie X i Y są jądrami - początkowym i końcowym, A oznacza liczbę nukleonów w jądrze a Z - liczbę protonów w jądrze początkowym.

Wychwyt K - polega na pochłonięciu przez jądro atomowe elektronu z powłoki elektronowej atomu dla której maksymalne prawdopodobieństwo napotkania elektronu wypada w najmniejszej odległości od jądra (jest to tzw. powłoka K, skąd pochodzi nazwa przemiany).

c)Definicja pojęć: dawka, równoważnik mocy dawki.

Dawka - zasadnicza ilościowa charakterystyka promieniowania jonizującego pochłoniętego przez organizmy żywe. Zwykle wyrażana w siwertach (jednostka SI) lub rentgenach (jednostka pozaukładowa). Badaniem metod pomiaru i określania dawek zajmuje się dozymetria. Wielkość dawek promieniowania mierzy się za pomocą dozymetrów.Dozymetria wyróżnia wiele rodzajów dawek, różniących się definicją czy zakresem stosowalności

Równoważnik mocy dawki - mierzony w Siewertach. 1 Siewert (1Sv) jest to dawka

absorbowana dowolnego rodzaju promieniowania jonizującego, która wywołuje

identyczny skutek biologiczny jak dawka absorbowana 1 Gy promieniowania X

lub gamma. Równoważnik mocy dawki promieniowania X(gamma) w zależności od aktywności źródła można określić za pomocą poniższego wzoru (zakładamy, że, że źródło promieniowania jest punktowe):

gdzie :

D/t - równoważnik mocy dawki (wyrażony w μSv/h)

A - aktywność źródła w bekerelach

r - odległość mierzona od punktowego źródła promieniowania w metrach

- odległość zerowa

- odległość rzeczywista źródło - dozymetr

t - czas w godzinach

- stała charakterystyczna dla danego izotopu promieniotwórczego

d) Pojęcie aktywności źródła promieniowania

Jest to tempo rozpadu jąder promieniotwórczych

e)Prawo absorpcji promieniowania γ w materii. Współczynnik absorbcji.

Absorbcja promieniowania - pochłanianie energii fal w układach materialnych. Dla różnych rodzajów promieniowania mechanizm absorpcji jest odmienny. W wielu przypadkach absorpcja ma charakter rezonansowy.

Współczynnik absorpcji - Jest to odwrotność grubości warstwy po przejściu której światło ma e-krotnie mniejsze natężenie. Jednostką jego jest odwrotność metra (m⁻¹).

f.) Naturalne tło promieniotwórcze i przyczyny jego występowania.

Promieniowanie tła jest kombinacją efektów promieniowania kosmicznego, promieniotwórczości naturalnej oraz promieniotwórczości sztucznej. Źródłem promieniowania tła są izotopy promieniotwórcze znajdujące się w atmośferze i

skorupie ziemskiej. Jest to spowodowane głównie wszechobecnością radioizotopów różnych pierwiastków w przyrodzie oraz promieniowaniem kosmicznym. Naturalne promieniowanie jonizujące środowiska jest jednym z czynników powodujących mutacje w genach organizmów żywych, czyli jednym z czynników ewolucyjnych, którym zawdzięczamy różnorodność fauny i flory.

g) Do czego służy dozymetr?

Dozymetr to przyrząd do pomiaru dawek promieniowania jonizującego i aktywności

promieniotwórczej preparatów. Dozymetr służy do wyznaczana dawek promieniowania, związany z emisją cząstek alfa, cząstek beta oraz promieniowania gamma niektóre dozymetry są również wrażliwe na promieniowanie rentgenowskie lub promieniowanie neutronowe.

h) Rodzaje promieniowania jonizującego. Osłony , jakie powinno się stosować w celu ochrony człowieka przed tym promieniowaniem

Wszystkie rodzaje promieniowania, które wywołują jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej. Za promieniowanie elektromagnetyczne jonizujące uznaje się promieniowanie, którego fotony mają energię większą od energii fotonów światła widzialnego.

Osłony przed promieniowaniem alfa - promieniowanie to nawet w powietrzu ma bardzo mały zasięg i nie wymaga stosowania dodatkowych osłon. Wystarczy odsunięcie się od źródła tego promieniowania, podczas manipulacji korzystanie z manipulatorów czy stosowanie rękawiczek (ze względu na większą gęstość tego materiału niż powietrza zasięg cząstek alfa jest jeszcze mniejszy, rzędu milimetra)..

Osłony przed promieniowaniem beta - Zasięg cząstek beta w powietrzu jest rzędu metrów i zależy od energii elektronów, zatem stosowanie osłon jest konieczne. Jednak nie nadają się na nie materiały ciężkie jak ołów. Osłona wykonana z ołowiu zatrzyma elektrony, jednak stanie się źródłem wtórnego promieniowania rentgenowskiego, przed którym należałoby się dodatkowo osłaniać. Jako materiały osłonne przed promieniowaniem beta stosuje się więc materiały lekkie (pod względem liczby atomowej); typowymi są szkło organiczne, inne tworzywa sztuczne, szkło zwykłe, aluminium. Wymagana grubość osłony, jeżeli ma ona całkowicie pochłaniać promieniowanie, jest warunkowana maksymalną energią cząstek beta, przed jakim ma chronić personel. Z tablic lub wykresów należy odczytać maksymalny zasięg elektronów o tej energii w danym materiale i uczynić osłonę o grubości równej tej liczbie bądź większej. przed promieniowaniem gamma

Promieniowanie gamma, w odróżnieniu od cząstek alfa i beta nie ma "zasięgu maksymalnego" w żadnym materiale. Stosowana osłona zgodnie z prawem pochłaniania osłabia wiązkę tym bardziej im jest grubsza. Tak materiały lekkie jak i ciężkie są w stanie zapewnić daną krotność osłabienia, różnić się będą jednak grubością. Typowymi materiałami osłonowymi są ołów, uran zubożony, stal, beton. Ze względu na to, że nie tylko najcięższe materiały jak ołów stanowią skuteczną osłonę przed promieniowaniem gamma (jedynie mniejsza ich grubość wystarcza do takiej samej osłony wykonanej z materiałów lżejszych), osłony często wykonywane są z powszechniejszych i tańszych materiałów. Gdy tylko pozwalają na to warunki eksploatacyjne i techniczne (np. wolne miejsce na odpowiednio grubszą osłonę) stosuje się często, zwłaszcza na osłony stałe, różnego rodzaju betony, stanowiące tani i łatwy w stosowaniu budowlany materiał konstrukcyjny.

---