Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 4 часть 2
Определение удельной и объемной активности в твердых и жидких пробах
Цель работы: изучить характеристики приборов комбинированных РКСБ-104 и РКС-107 и научиться с их помощью измерять удельную и объемную активность в твердых и жидких пробах.
1.Теоретическая часть
Радиоактивность – это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер в более устойчивые, которое сопровождается испусканием ионизирующего излучения.
Ионизирующее излучение – это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов.
К ионизирующим относятся альфа-, бета- и гамма-излучения.
Активность A - это физическая величина, характеризуемая числом распадов (-dN) в данном количестве N ядер в единицу времени dt:
Если N - число нераспавшихся радиоактивных ядер в момент времени t, то активность можно выразить так:
,
где: - постоянная радиоактивного распада, которая характеризует вероятность распада одного ядра за одну секунду и выражается в с-1.
Единица активности в системе СИ - 1 Беккерель (1 Бк), что соответствует 1 распаду в секунду. Внесистемная единицу активности - 1 Кюри (1 Ки).
1 Кюри - это величина активности, которая соответствует количеству распадов в 1 г радия () за 1 секунду.
1 Ки=3.71010 Бк.
Понятия радиоактивность и активность являются качественной и количественной характеристиками образцов.
Удельная активность - это отношение активности радионуклида, содержащегося в пробе, к массе этой пробы:
;
Единицы удельной активности: 1 Бк/кг или 1 Ки/кг.
Объемная активность - это отношение активности радионуклида, содержащегося в образце, к объему образца:
;
Объемная активность обычно измеряется в Ки/л.
Поверхностная активность - это отношение активности радионуклида, содержащегося в образце, к площади поверхности образца:
;
Поверхностная активность используется как характеристика загрязненности территорий, пострадавших в результате аварии на ЧАЭС.
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ
2.1 Прибор РКСБ-104 предназначен для индивидуального использования населением с целью контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях. Он выполняет функции дозиметра и радиометра и обеспечивает возможность измерения:
Основные технические данные и характеристики.
1. Диапазон измерений мощности полевой эквивалентной дозы гамма-
излучения - 0.1 - 99.99 мкЗв/ч.
2. Диапазон измерений плотности потока бета-излучения с поверхности - 0.1 -99.99 1/(с×см2) или 6 - 6000 1/(мин×см2).
3. Диапазон измерений удельной активности бета-излучающих радионуклидов - 2×103 - 2×106 Бк/кг или 5.4×10-8 - 5.4×10-5 Ки/кг.
4. Диапазон энергии регистрируемых излучений:
бета-излучения - 0.5 - 3.0 МэВ;
гамма-излучения - 0.06 - 1.25 МэВ.
5. Пределы допускаемых значений основной погрешности измерений:
мощности полевой эквивалентной дозы - до 40 %;
плотности потока бета-излучения - до 60 %;
удельной активности - до 60 %.
6. Время измерения:
мощности полевой эквивалентной дозы - 28 или 280 секунд;
плотности потока бета-излучения - 18 или 180 секунд;
удельной активности - 40 или 400 секунд.
2.2 РКС-107
1.НАЗНАЧЕНИЕ
Прибор предназначен для индивидуального контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях. Он выполняет функции дозиметра и радиометра и обеспечивает возможность измерения:
· мощности эквивалентной дозы в точке поля гамма-излучения (далее именуется мощностью полевой эквивалентной дозы);
· плотности потока бета-излучения с поверхности, загрязненной радионуклидами стронция-90 + иттрия-90;
· удельной активности радионуклида цезий-137 в водных растворах;
· индикации о превышении величиной мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения пороговых значений, равных 0.6 и 1.2 мкЗв/ч.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
2.1 Диапазон измерений:
· Мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения - 0.1-999 мкЗв/ч.
· Плотности потока бета-излучения с поверхности, загрязненной радионуклидами стронция-90 + иттрия-90 - 0.1-999 1/(с·см2).
· Удельной активности радионуклида цезий-137 - 2-9990 Бк/г.
2.2 Диапазон энергии регистрируемого гамма-излучения - 0.0595-1.25 МэВ.
2.3 Пределы допускаемых значений основных относительных погрешностей измерений:
· Мощности полевой эквивалентной дозы гамма-излучения - ± 30 %.
· Плотности потока бета-излучения с поверхности - до 45 %.
· Удельной активности радионуклида цезий-137 - до 35 %.
2.4. Время установления рабочего режима прибора не превышает (в начале каждого диапазона измерений):
Исходные данные: овсяная крупа.
3. ХОД РАБОТЫ
3.1.Измерение удельной активности с помощью прибора РКСБ-104
-Снять заднюю крышку-фильтр прибора. Для этого необходимо сместить вниз запирающую защелку и, подав на себя верхнюю часть крышки-фильтра, извлечь ее осторожным движением вверх.
- Установить движки кодового переключателя S4 следующим образом:
S4.1, S4.3, S4.6, S4.7 в положение “0”;
S4.2, S4.4, S4.5, S4.8 в положение “1”, как показано на рисунке12.
-Перевести органы управления прибора тумблера S2 в верхнее положение
(“MESS”), а тумблер S3 в нижнее положение (“х0.001 х0.001 х20”).
-Заполнить измерительную кювету (половину упаковки, в которую вкладывается прибор) чистой в радиационном отношении водой до метки буртика внутри кюветы.
-Установите прибор на кювету.
- Включите прибор для чего переведите тумблер S1 (красного цвета) в верхнее положение (“EIN”).
- После остановки подсчета импульсов, примерно через 400 секунд, записать полученный результат в строку “Аф” таблицы 1.
-После снятия показания произвести кратковременное выключение и новое
включение прибора тумблером S1.
- Повторить измерение 4 раза. Результаты заносим в строку “Аф” таблицы 1.
- Выливаем воду и заполняем кювету исследуемым веществом до той же метки. Вновь устанавливаем прибор на кювету и повторяем измерения 4 раза. Результаты заносим в строку “Ап” таблицы 1.
Таблица 1 - Результаты измерений
|
№ п/п |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Аф |
284 |
252 |
276 |
266 |
|
Ап |
289 |
282 |
286 |
306 |
-Выключаем прибор, для чего переведите тумблер S1 (красного цвета) в ниж-
нее положение (“AUS”).
3.2 Измерение удельной активности с помощью прибора РКС-107
-Снимите заднюю крышку-фильтр.
-Заполняем измерительную кювету (половину упаковки прибора) заведомо
чистой в радиационном отношении водой до метки - буртика внутри кюветы;
устанавливаем прибор на кювету, как это показано на рисунке.
- Включаем прибор кнопкой “ВКЛ”. Нажимаем кнопку “РЕЖИМ”, устанавливаем
указатель режима работы прибора в положение "Бк/г х 10" - нижнее положение на индикаторе.
-Нажимаем кнопку “ПУСК”. Через (240±6.0) с снимаем отсчет фонового показания прибора и записываем результат умноженный на 10 в таблицу 4.5 в строку Аф.
-Повторяем измерения 4 раз, записываем результаты умноженные на 10 в таблицу 4.5 в строку Аф.
-Выключаем прибор и снимите его с кюветы.
-Выливаем воду из кюветы, просушите ее и заполните исследуемым водным
раствором до той же метки. Вновь установите прибор на кювету, включите в режим "Бк/г х 10", нажатием кнопок “ВКЛ”, “РЕЖИМ” - дважды и “ПУСК”. Через (2406.0)с снимаем отсчет показания прибора и записываем результат умноженный на 10 в таблицу 4.5. в строку Ап.
-Повторяем измерения исследуемой пробы 4 раза, записываем результаты умноженные на 10 в таблицу 4.5 в строку Ап.
- Выключаем прибор и снимите его с кюветы.
Таблица 4.5 - Результаты измерений
|
№ п/п |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Аф |
8,1 |
8,5 |
8,1 |
8,5 |
|
Ап |
9,5 |
9,1 |
9,8 |
8,4 |
4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1 Статистическая обработка результатов полученных прибором РКСБ – 104
4.1.1 Оцениваем по Q-критерию значимость сомнительных результатов каждого ряда измерений полученных с помощью приборов:
;
где: X 1 - сомнительный результат;
X2 - результат, который ближе всего к X1 по значению;
R - размах варьирования - разность между предельными значениями определяемой величины, т.е. максимальным и минимальным значениями.
QАф=
Т.к. Qтаб. =0.77, при Р=0,95, n=4, то все значения оставляем.
QАn=;
Т.к. Qтаб. =0.77, при Р=0,95, n=4, то все значения оставляем.
4.1.2 Находим средние значения для каждого ряда, учитывая только значимые результаты:
;
где: Хi - каждый значимый результат;
n - количество значимых результатов.
ХАф =;
ХАn =;
4.1.3 Оцениваем воспроизводимость значений каждого ряда и находим дисперсии:
;
где: Хi - каждое измеренное значение;
Х - среднее значение;
n - число измерений.
SАф =13,8;
S Аn =10,56;
Дисперсии:
;
;
4.1.4 Оценить надежность средних результатов каждого ряда;
t1,2(при n-1=3)=3,18 - коэффициент нормированных отклонений;
Доверительные границы: ;
µ ф =269,5±21,94;
µn =290,75±16,79;
4.1.5 Находим погрешности измерения каждого ряда.
4.1.6 Суммарная средняя погрешность измерений :
;
.
4.1.7 Рассчитываем величину удельной активности Аm бета-излучающих радионуклидов в пробе (в беккерелях на килограмм) по формуле:
Am = K2 (Aпср - Афср),
где К2 - пересчетный коэффициент Для Сs-137 К=20. (для К-40 К1=5,85).
Am = 20(290,75-269,5)=425 Бк/кг;
4.2 Статистическая обработка результатов полученных прибором РКС – 107
4.2.1 Оцениваем по Q-критерию значимость сомнительных результатов каждого ряда измерений полученных с помощью приборов:
;
где: X 1 - сомнительный результат;
X2 - результат, который ближе всего к X1 по значению;
R - размах варьирования - разность между предельными значениями определяемой величины, т.е. максимальным и минимальным значениями.
QАф=;
Т.к. Qтаб. =0.77, при Р=0,95, n=4, то все значения оставляем.
QАn=;
Т.к. Qтаб. =0.77, при Р=0,95, n=4, то значение 8,4 убираем.
4.1.2 Находим средние значения для каждого ряда, учитывая только значимые результаты:
;
где: Хi - каждый значимый результат;
n - количество значимых результатов.
ХАф =;
ХАn ==9,47;
4.1.3 Оцениваем воспроизводимость значений каждого ряда и находим дисперсии:
;
где: Хi - каждое измеренное значение; Х - среднее значение; n - число измерений.
SАф =0,23;
S Аn =0,35;
Дисперсии:
;
;
4.1.4 Оценить надежность средних результатов каждого ряда;
t1(при n-1=3)=3,18, (при n-1=2)=4,3 - коэффициент нормированных отклонений;
Доверительные границы: ;
µ Aф =8,3±0,366;
µAn =9,47±0,87;
4.1.5 Находим погрешности измерения каждого ряда.
4.1.6 Суммарная средняя погрешность измерений :
;
.
4.1.7 Рассчитываем величину удельной активности бета-излучающих радионуклидов в беккерелях на грамм:
А = ( АПср - АФср) / 1,
где АПср - среднее значение полученное при измерении пробы (Бк/г);
АФср - среднее фоновое значение (Бк/г), 1 - константа, которая применяется при определении удельной активности соединений цезия. (для калия 3,42)
Am = (9,47-8,3)=1,17 Бк/г;
Am = 1,171000 =1170Бк/кг;
4.1.8 Определение критерия Фишера для двух приборов: РКС-107 и РКСБ-104 (или Сосна).
Определяем критерий Фишера для 2-й серии измерений (без задней) крышки фильтра обоих приборов (РКС-107 и РКСБ-104). Берем значение S22 =111,5 (для РКСБ) и значениеS22 =0,1225 (для РКС), соблюдая условие :
=910
Вывод: При измерении удельной активности радионуклида Сs-137 (или К-40) были получены следующие результаты:
Прибор РКСБ -104:
Am = 425 Бк/кг;
Прибор РКС-107:
Am = 1170 Бк/кг;
Показания приборов не совпадают: это обуславливается погрешностью измерения и погрешностью приборов.