• Save
Promieniowanie wokół nas
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Promieniowanie wokół nas

on

  • 1,058 views

 

Statistics

Views

Total Views
1,058
Views on SlideShare
985
Embed Views
73

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
0

1 Embed 73

http://brainstorm.scienceontheweb.net 73

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Promieniowanie wokół nas Presentation Transcript

  • 1. Wykrywanie i badanie podstawowych właściwości promieniowania jonizującego
  • 2. zestawienie urządzenia umożliwiającegopomiar promieniowania jonizującegoprzeprowadzenie pomiarów radioaktywnościprzedmiotów i substancji które spotykamy wnaszym otoczeniuzbadanie podstawowych własnościpromieniowania jonizującego
  • 3. Promieniotwórczość to zdolność jąder atomowych do rozpadupromieniotwórczego, który polega na emisji cząstek alfa, cząstekbeta oraz promieniowania gamma.Rodzaje promieniowania: alfa – emisja jądra helu 4He beta – emisja elektronu gamma – wysokoenergetyczne promieniowanie elektromagnetycznePromieniowanie towarzyszące przemianom jądrowym przechodzącprzez substancję ośrodka powoduje jonizację (wybijanie elektronówz atomów). Promieniowanie to, po przekroczeniu pewnegopoziomu, ma szkodliwy wpływ na żywe organizmy.Odkrywcą zjawiska promieniotwórczości był Henri Becquerel.Badania promieniotwórczości prowadziła także Maria Skłodowska-Curie, która jest patronką naszej szkoły 
  • 4. Ludzkie zmysły nie są wstanie wykryć obecności promieniowaniajonizującego. Przyrządem jakim posłużyliśmy się do pomiarów jestlicznik Geigera.Pozwala on zliczyć cząstki jonizujące gaz wewnątrz tuby, niepozwala jednak na określenie energii tych cząstek i rodzajupromieniowania Schemat budowy naszego zestawu pomiarowego: TUBA SBM-2o KOMPUTER + OPROGRAMOWANIE GENERATOR KONSOLA WYSOKIEGO WZMACNIACZ IMPULSÓW POMIAROWA NAPIĘCIA COACHLAB II+ 400V
  • 5. (schemat narysowany w CircuitMaker)
  • 6. Złącze do CoachLab bateria 9VSBM-20 transformator
  • 7. SBM-20 to radziecka tuba występująca m.in. w dozymetrze Biełła Wybraliśmy ją ze względu na dobrze znaną charakterystykę oraz zakres pomiarowy pozwalający wykryć promieniowanie tła Umożliwia pomiar promieniowania gamma oraz w nieznacznym stopniu – beta. Promieniowanie alfa nie jest w stanie przeniknąć przez metalowe ścianki tuby Tuba działa przy napięciu 350-475V katoda - metalowy cylinder Konstrukcja tuby: anoda – cienki drutmieszanina gazów pod niskim ciśnieniem: Ne + Br2+Ar
  • 8. Gdy przez tubę przelatuje cząstka jonizująca, jonizuje ona gaz wewnątrz tuby. Po zjonizowaniu gazu pomiędzy elektrodami tuby przepływa prąd, który możemy zmierzyć. Wyładowanie zostaje szybko zgaszone, aby możliwa była rejestracja kolejnej cząstki. Charakterystyka tuby pozwala nam określić równoważnik dawki pochłoniętej, którego jednostką jest siwert (Sv). Równoważnik dawki pochłoniętej - jest to ilość energii, którą deponuje cząstka w materii żywej (tkance, organie), przez którą przechodzi, z uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje promieniowania. Liczba impulsów zliczonych przez tubę w ciągu 40 s odpowiada dawce wyrażonej w rem/h (100 rem ≈ 1Sv) dla tuby: N zliczeń (w czasie 40 s) = N rem/h moc równoważnika dawki pochłoniętej: H = N/100 Sv/hWzględna niepewność pomiarowa
  • 9. 6000 5000 4000liczba zliczeń (N) 3000 2000 1000 0 254 304 354 404 454 504 554 napięcie U (V)
  • 10. Liczba impulsów informuje nas o natężeniu promieniowania (liczbie rejestrowanychcząstek w określonym czasie)Ponieważ zjawisko promieniotwórczości ma charakter statystyczny, większądokładność otrzymuje się po dłuższym czasie pomiaru.Przykładowy wykres U(t) (impulsy napięcia rejestrowane przez COACH)Naszym zadaniem było zliczyć wszystkie pionowe kreski – każdaodpowiadała jednej cząstce przechodzącej przez tubę. W tym celu dane zCOACH zostały zapisane w pliku tekstowym i przetworzone przez programliczący
  • 11. Każdy pomiar obarczony jest niepewnością pomiarową. W celu obliczenia niepewnościpomiarowych w naszym projekcie będziemy wykorzystywać następujące metody (wzależności od potrzeb): Jako niepewność standardową pomiarów liczby zliczeń impulsów (N), oraz szybkości liczby zliczeń ( ) na podstawie jednego pomiaru można przyjąć odpowiednio: Niepewność pomiarowa średniej arytmetycznej z większej ilości pomiarów o takim samym czasie trwania jest równa: Często w naszych doświadczeniach zdarza się konieczność odejmowania wpływu tła od wyniku pomiaru. Niepewność w takim wypadku jest sumą geometryczną niepewności standardowych tła oraz pomiaru i wyraża się wzorem:
  • 12. Na promieniowanie tła, czyli promieniowanie na które jesteśmy narażeni wkażdym momencie naszego życia składa się: promieniowanie kosmiczne promieniotwórczość naturalna - źródłem są izotopy występujące w powietrzu oraz skorupie ziemskiej – głównie radon promieniotwórczość sztuczna – pochodząca z działalności człowiekaPromieniowanie tła różni się w zależności od czasu i miejsca pomiaruAnalizując pomiary promieniowania tła przekonaliśmy się o jegoprzypadkowym charakterze – tylko długie, uśrednione pomiary dająwiarygodne rezultaty.Pomiary przeprowadzano w pokoju domu mieszkalnego z dobrąwentylacją, a czujnik znajdował się na wysokości 1m od podłogi. Jedna seriapomiarów trwała łącznie 4000 sekund.
  • 13. Pomiar promieniowania tła
  • 14. 250 RÓWNOWAŻNIK MOCY DAWKI: 200 (0,14 ± 0,09) µSv/hliczba zliczeń (N) 150 PO ROKU PRZEBYWANIA W TYM 100 POKOJU OTRZYMAMY DAWKĘ: 50 (1,2 ± 0,7) mSv 0 1 2 3 4 5 6 7 8 W POLSCE STATYSTYCZNA DAWKA W numer pomiaru (każdy 500s) CIĄGU ROKU POCHODZĄCA OD szara gruba linia na wykresie przedstawia wartość średnią PROMIENIOWANIA TŁA WYNOSI: liczby zliczeń wraz z niepewnością pomiarową 1,5 - 3,5 mSv cps = liczba zliczeń na sekundę
  • 15. Elektrody spawalnicze TIGG – zawierają 2% toru
  • 16. KCl – sól używana jako substytut soli kuchennej(NaCl) – zawiera izotop K-40
  • 17. Warto zauważyć, że producent nie informuje o radioaktywności produktuKoszulka żarowa (Auera) do lamp gazowych - zawieratlenek toru ThO2
  • 18. Badanie próbki popiołu z węgla kamiennego
  • 19. Badanie próbki kurzu i pyłu z piwnicy
  • 20. szkło uranowe - zawiera około 2% związków uranu (np. Na2U2O7)
  • 21. liczba zliczeń ilość badanej stosunek promieniowania obiekt badania w próbki próbki do promieniowania tła 40 sekund koszulka Auera 1szt./3g 2960 20 211 KCl 27g 160 3 11 elektroda TIGG 1szt./2,5g 40 2 2,8 szkło uranowe 3,1g 41 3 2,9 popiół 500g 10 1 0,7kurz i pył węglowy 100g 8 1 0,5 tło - 14 1 1
  • 22. KCl zamknięte w szklanej kolbie.Nawet w takim opakowaniu licznikpokazuje 6 zliczeń ponad tło.
  • 23. Przeprowadzone przez nas pomiary wykazały, że przedmioty będąceźródłem promieniowania o rejestrowanym natężeniu możemy bezproblemu nabyć np. w sklepie budowlanym, czy też turystycznym.Węgiel służący do ogrzewania domów również wykazuje większąaktywność niż tło.Radioaktywny potas K-40 zawiera wiele produktów spożywczych jak isam człowiek. Przedmioty te nie wykazują dużej aktywności promieniotwórczej Nie są to przedmioty codziennego użytku, kontakt z nimi jest mocno ograniczony w czasie i zwykle nie jest bezpośredni (np. koszulkę wkłada się do lampy, która absorbuje większość promieniowania, elektrodami spawamy przez krótki okres czasu)
  • 24. Zakładając, że w przybliżeniu w każdej elektrodzie jest tyle samo atomów izotopów promieniotwórczych toru, możemy pokazać, że zależność natężenia promieniowania wykrywanego przez licznik od ilości atomów izotopów emitujących promieniowanie jest liniowa: 4.5 4 3.5 3 2.5cps 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 ilość elektrod
  • 25. Użyliśmy źródła w postaci koszulki Auera zwiniętej w walec o rozmiarach tuby SBM20Zbadaliśmy zależność natężenia promieniowania , od odległości tuby od źródła r. 25 Źródło promieniowania Natężenie promieniowania I (zliczenia/czas) r 20 SBM-2o 15 10 5 0 0 0.2 0.4 0.6 odległość 1/ r (1/cm)WNIOSEK z pomiarów:Natężenie promieniowania jest wprost proporcjonalne do 1/r.
  • 26. Użyliśmy źródła w postaci zwiniętej w kulkę (ok. 1,5 cm średnicy) koszulki AueraZbadaliśmy zależność natężenia promieniowania I, od odległości tuby od źródła r. 14 12 r 10 natężenie I (N/s) SBM-2o 8 6 4 2 0 0 0.1 0.2 2 (1/cm2) 0.3 odległość 1 / rWNIOSEK z pomiarów:Natężenie promieniowania jest wprost proporcjonalne do 1/r2.
  • 27. Wiązka promieniowania o natężeniu 0 przechodząc przez materię ulegaosłabieniu. Natężenie promieniowania po przejściu przez warstwę ogrubości x wyraża się wzorem:gdzie µ jest liniowym współczynnikiem pochłaniania i charakteryzujemateriał pochłaniający. Współczynnik ten jest zależny od rodzajuośrodka i energii promieniowania.Mając do dyspozycji: źródło promieniowania złożone z czterech koszulek Auera blaszki ołowiane kartki papierupróbowaliśmy oszacować liniowy współczynnik pochłaniania dla ołowiu ipapieru
  • 28. W celu wyeliminowania osłabieniax (cm) Liczba zliczeń N ln(N) geometrycznego, źródło było w stałej 0 2647 7,88 odległości od detektora promieniowania. 0,02 743 6,61 Kolejne warstwy materiału 0,03 661 6,49 absorbującego były wkładane pomiędzy 0,05 610 6,41 źródło i tubę. Wpływ powietrza na 0,07 571 6,35 osłabienie natężenia został pominięty. 0,08 551 6,31 Tabela obok przedstawia wyniki 0,1 543 6,30 pomiarów. 0,12 517 6,25 0,15 514 6,24ANALIZA WYKRESÓW Z NASTĘPNYCH SLAJDÓW:Zauważamy, że do wszystkich punktów pomiarowych nie da się dopasować jednejprostej. Pomiary powtórzyliśmy 4 razy uzyskując zbliżone rezultaty.Już cienka warstwa ołowiu mocno osłabia promieniowanie (czerwona prosta), a dalszyspadek natężenia wymaga grubszej warstwy ołowiu (niebieska prosta).Oznacza to, że mamy do czynienia z co najmniej dwiema energiami kwantówpromieniowania gamma. Promieniowanie o niższej energii jest całkowicie tłumione jużw cienkiej warstwie ołowiu, a przez grubsze warstwy przechodzi promieniowanie owyższej energii.Musimy rozpatrywać dwa współczynniki absorpcji dla promieniowania o różnychenergiach.
  • 29. 8.5 8 7.5ln(N) 7 6.5 6 5.5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 x (cm)
  • 30. Przyjmujemy, że dla grubości x = 0,3mm promieniowanie o niższej energii jest całkowicie tłumione .Korzystając z danych z poprzedniej tabeli rysujemy wykres: 6.6 y = -3.608x + 6.5996.55 Z wykresu odczytujemy µ = 3,6cm-1 6.5 Jest to liniowy współczynnik absorpcji dla promieniowania o wyższej energii.6.45 Dzięki znajomości tego 6.4 współczynnika, możemy obliczyd ilośd6.35 zliczeo N dla mniejszego x, a następnie odejmując od zmierzonego N wyznaczyd 6.3 liczbę zliczeo tylko dla promieniowania6.25 o mniejszej energii. 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.099 Obliczone wartości przedstawia wykres8 obok. Możemy na jego podstawie podad7 y = -236.5x + 7.868 liniowy współczynnik absorpcji dla6 promieniowania o niższej energii.54 µ = 240 cm-13210 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035
  • 31. liczba 8.5x (cm) ln(N) zliczeń N 8 0 2955 7,991254 0,1 1935 7,567863 0,2 1220 7,106606 7.5 ln(N) 0,3 790 6,672033 0,4 715 6,572283 7 0,5 650 6,476972 0,6 620 6,429719 6.5 0,7 585 6,371612 0,8 550 6,309918 6 0,9 540 6,291569 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 525 6,263398 x (cm)
  • 32. Przyjmujemy, że dla grubości x = 3 mm promieniowanie o niższej energii jest całkowicie tłumione . Korzystając z danych z poprzedniej tabeli rysuję wykres: 6.76.65 Z wykresu µ = 0,6 cm-1 6.6 Jest to liniowy współczynnik absorpcji6.55 y = -0.574x + 6.796 dla promieniowania o wyższej energii. 6.56.45 Dzięki znajomości tego 6.4 współczynnika, można obliczyd ilośd6.35 6.3 zliczeo (N) promieniowania o mniejszej6.25 energii. 6.26.15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 9 8 Obliczone wartości przedstawia wykres y = -10.95x + 7.636 obok. Można na jego podstawie podad 7 liniowy współczynnik absorpcji dla 6 promieniowania o niższej energii. 5 µ = 11 cm-1 4 3 2 1 0
  • 33. 3000 3000 Papier Ołów 2500 2500 2000 2000liczba zliczeń (N) liczba zliczeń (N) 1500 1500 1000 1000 500 500 0 0 0 0.05 0.1 0.15 grubość ołowiu x(cm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 grubość (x [cm])
  • 34. brainstorm.scienceontheweb.net„Liczniki promieniowania” E. Funfer, H. Neuert; PWN 1960http://and.elektroda.eu/elektronika/proste/dozymetr/http://hepwww.rl.ac.uk/ukdmc/radioactivity/Th_chain/Th232.html#chttp://www.atom.edu.pl/index.php/bezpieczenstwo/male-dawki-promieniowania.htmlhttp://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/ElemTab/z82.htmlhttp://pl.wikipedia.org/wiki/O%C5%82%C3%B3whttp://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie jonizującehttp://www.evs.anl.gov/pub/doc/Thorium.pdfhttp://pl.wikipedia.org/wiki/Siwerthttp://www.pj.ifd.uni.wroc.pl/pliki/cw_1/Instrukcja_1_2_2011.pdfhttp://www.randomuseless.info/spectra/results/mantles/index.html