 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Biologie | Chimie | Didactica | Fizica | Geografie | Informatica |
| Istorie | Literatura | Matematica | Psihologie |
UTILIZAREA DETECTORULUI GEIGER-MÜLLER SAU A DETECTORULUI CU SCINTILATIE PENTRU DETERMINAREA VARIATIEI CU DISTANTA A FLUXULUI DE RADIATII
Emiterea
spontana de radiatii alfa, beta si gamma de catre unele
nuclee se numeste radioactivitate naturala. Prin emiterea unei
particule alfa are loc o transformare a elementului dat intr-un alt element
pentru ca numarul de ordine al
elementului scade cu 2 unitati, iar cel de masa cu 4
unitati. Exemplu: 
. In general: ZAX 
24He + Z-2A-4
Y
In cazul emiterii de radiatii beta
numarul de masa A ramane constant, iar numarul de ordine Z
creste cu o unitate. Exemplu: 
In general: 
+ 
.
Particulele beta emise, nu se gasesc in nucleu, ele apar in timpul tranzitiei de la proton in neutron
si invers cand se emit si particule de masa si sarcina
zero numite neutrino si antineutrino. Exemplu: 
+ +10 β +
o.
La emisia radiatiilor gamma, numarul atomic si cel de masa raman constante, deoarece nucleul trece dintr-o stare excitata la una normala.
Daca la un moment dat t = 0, exista N0
nuclee radioactive, dintr-un element oarecare, atunci numarul de nuclee
ramase nedezintegrate N, dupa timpul t (in sec ) va fi: N = N0.e-
t, unde 
este constanta de
dezintegrare. Valoarea ei depinde numai de structura interna,
specifica fiecarui radionuclid, nu si de conditiile
exterioare. Legea de mai sus ne indica faptul ca numarul de
nuclee ramase nedezintegrate scad exponential cu timpul.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pentru a caracteriza stabilitatea nucleului se utilizeaza in
loc de , timpul de injumatatire T1/2. El reprezinta intervalul de timp in care
se dezintegreaza jumatate din numarul de nuclee
initiale, N 0/2 , deci
relatia va fi:
= N0.e- t 
T1/2 =
Timpul de injumatatire este
foarte diferit de la un nucleu la altul, fiind cuprins intre 109 ani si cateva
s (microsecunde).emple de timpi de
injumatatire
Fig. 11.1. Scaderea in timp a numarului de nuclee
instabile N0.
Alta
marime folosita in practica este activitatea unei
surse radioactive, notata cu 
si definita
ca numarul de dezintegrari care au loc intr-o secunda, intr- o
cantitate de substanta radioactiva. Activitatea este deci data de scaderea in timp a numarului de nuclee instabile N:
= -
= N
Activitatea se masoara in dezintegrari pe secunda . O dezintegrare pe secunda se numeste becqerel ( Bq). In practica e foloseste Curie, 1 Ci = 3,7 . 1010 dez/sec sau Bq.
Pentru a pune in evidenta si pentru a masura radiatiile nucleare se folosesc detectoare de radiatii Detectoarele de radiatii se bazeaza pe faptul ca radiatiile alfa, beta si gama produc direct sau indirect o cantitate de ioni prin mediile prin care trec. Nucleele care apar in urma dezintegrarii alfa si beta sunt in general excitate si revin instantaneu la starea fundamentala prin emisia de fotoni gamma. Exista insa si nuclee care raman in stare excitata un timp mai indelungat, stare metastabila. Aceste nuclee dau nastere la o radioactivitate gamma veritabila, caracterizata prin propria perioada. Un fascicul de radiatii emis de o sursa radioactiva, dupa ce a strabatut un mediu oarecare poate fi caracterizat prin viteza de numarare produsa intr-un detector adecvat:
V = 
Pentru cazul cand ne intereseaza mai mult efectele biologice produse de catre radiatiile, alfa, beta sau gama se folosesc alte marimi ca: doza de ioni (masurata in Röentgen), doza de energie absorbita ( masurata in Gray), sau doza biologica ( masurata in Sievert) etc.
La trecerea radiatiilor printr-un mediu oarecare ele sunt aborbite si intensitatea lor scade exponential cu distanta parcursa in mediu conform relatiei:
I
= Io.e -
unde I0 este intensitatea fluxului incident, I
intensitatea fluxului emergent, coeficientul de atenuare,
iar x
distanta parcursa prin mediul studiat.
Put 11.Puterea penetranta a radiatiilor:
Hartie Lemn Beton
Coeficientul
se poate determina
masurand vitezele de numarare ale contorului, V2 si V1, corespunzatoare grosimilor stratului parcurs x2 si x1, folosind expresia:
= k
Pentru a elimina valoarea constantei k, se
fac masuratori relative pentru doua materiale, cunoscand
coeficientul de atenuare al unuia dintre ele. Pentru fier = 0,455 cm-1,
iar pentru plumb = 0,3 cm-1.
Detectorii se clasifica dupa principiul lor de functionare. Un dectector este format din doua parti: a) un mediu in care radiatia produce un efect specific
(scintilatii, ionizari, efect fotoelectric sau efect Compton) si b) un sistem de inregistrare a efectului produs de radiatii.
Detectorii cu scintilatii se bazeaza pe aparitia de scintilatii in cristalele anorganice sau organice, atunci cind acestea sunt lovite de particulele respective. Fotonii scintilatilor sunt inregistrati cu ajutorul unui fotomultiplicator producandu-se un impuls de tensiune. Amplitudinea impulsului este proportionala cu numarul de scintilatii deci cu energia lor. Din acest motiv detectorul cu scintilatii se foloseste atat la numararea particulelor emise cat si la masurarea energiei lor. Detectorul Geiger- Muller este un detector cu ionizari in gaz. El este constituit dintr-un tub metalic - catodul- si un fir central-anodul- ambele fiind introduse intr-un cilindru de sticla, etans. Amestecul de gaze contine in general heliu sau argon plus vapori de alcool etilic. Datorita simetriei cilindrice, intensitatea campului in jurul anodului va scadea rapid odata cu distanta fata de aceasta. Intre cei doi electrozi se aplica o diferenta de potential relativ mare, pana la 2500 V. Radiatiile alfa si beta ionizeaza direct gazul din tub, pe cand radiatiile gama ionizeaza gazul indirect prin electronii secundari.
Schema detectorului (contorului) Geiger-Muller: ubul Geiger-Muller
|
Aparat de masura Sursa |
|
Utilizarea detectorului cu semiconductori "RADIATION ALERT".
Acest tip de detector portabil are tubul GM incasat in instrument. La intrarea unui flux de particule ionizante in tub, acesta va declansa un impuls electronic care este semnalizat prin aparitia unei lumini rosii si printr-un semnal sonor. Fondul cosmic existent permanet poate fi inregistrat in fiecare minut si are valori intre 5 - 25 impulsuri pe minut, depinzand de locatie si de altitudine. Se selecteaza nivelul de alerta la pozitia X1, iar daca numaratorul depaseste scala aparatului se trece la nivelurile superioare X10, X100. Semnalul sonor poate fi auzit actionand butonul ON/OFF/AUDIO. Se observa ca atat indicatorul vizual de pe ecran cat si cel audio diminueaza progresiv pe masura ce se trece la nivele superioare de alerta. Pentru a determina ce tip de radiatie (alfa, beta sau gamma) provine de la o anumita sursa, procedam astfel:
detectorul se pozitioneaza vertical cu partea din spate in apropierea sursei, iar daca se inregistreaza un semnal, el poate proveni de la radiatia gamma sau beta de energie mare (deoarece razele gamma de energie joasa si razele X cu energie de 10-40 keV nu pot penetra peretele tubului GM, dar pot patrunde prin fereastra).
Se plaseaza o folie de aluminiu intre instrument si sursa, iar daca indicatia ecranului se modifica, este vorba de radiatie beta. Majoritatea izotopilor contin atat radiatie gamma cat si beta.
Daca in pozitia de mai sus nu se inregistreaza semnal, se pozitioneaza instrumentul cu fereastra spre sursa. Semnalul inregistrat poate proveni in acest caz de la radiatie alfa, beta sau gamma de energie joasa. Daca se plaseaza o foaie de hartie intre fereastra si sursa, iar semnalul inceteaza, este vorba despre radiatie alfa.
Intervalul de operare al instrumentului: 0-50 mR/h = miliRőentgens per ora, sau 0-500 μSv/h = microSieverts per ora (gamma si X) si 0-50000 CPM = counts per minute (alfa si beta). Sensibilitatea instrumentului avand ca referinta izotopul 60Co este de 25 impulsuri/sec/1mR/h. Daca se utilizeaza pentru detectia 125 I, se recomanda 0.5 mCi sau mai mult. Nivelul minim detectie este in acest caz aproximativ 0.02 μCi .
Fig.11.3. a) Panoul frontal al detectorului de radiatii. b) Pozitionarea sursei de radiatii fata de detector.
Modul de lucru:
a) Indiferent ce tip de radiatie urmeaza a fi detectata, se va face o determinare initiala a fondului cosmic, adica numarul de impulsuri/100 secunde inregistrate de instrument in lipsa sursei studiate. La fiecare 100 secunde se noteaza valoarea (timp de cinci minute) si apoi se va face media, care reprezinta de fapt fondul cosmic. Determinarea numarului de particule radioactive care ajung la detector se face plasand sursa succesiv la diferite distante: 20 cm, 15 cm, 10 cm, 5 cm, 1 cm. Se inregistreaza de fiecare data numarul de impulsuri / 100 secunde, repetandu-se masuratorile de cateva ori si apoi se face media pentru fiecare distanta aleasa. Numarul de particule care provin exclusiv de la sursa se afla prin scaderea fondului cosmic din valoarea medie a impusurilor pentru fiecare distanta. Se va reprezenta grafic numarul de impulsuri provenite de la sursa, in functie de distanta, iar din grafic se va determina distanta de injumatatire. Se completeaza tabelul urmator:
|
Distanta sursa -contor cm |
Nr. impulsuri/100 sec Masurat Media |
Nr.imp./100sec provenite de la sursa (media) |
|
Infinita (fond cosmic) | ||
|
1cm | ||
|
5 cm | ||
|
10 cm.. |
b) Se
fixeaza distanta dintre sursa radioactiva si detector la
una din valorile de mai sus. Se introduc
pe rand, intre sursa si detector, placi de plumb de diferite
grosimi si se inregistreaza de fiecare data numarul de
impulsuri. Se va reprezenta grafic numarul de impulsuri provenite de la
sursa in functie de grosimea stratului de material absorbant, iar din
grafic se va determina distanta de injumatatire. Apoi se va
calcula coeficientul de atenuare μ conform relatiei X1/2 =
= 
.
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
