ORIENTAČNÍ STANOVENÍ HMOTNOSTNÍ AKTIVITY

    Materiální zajištění

1. Radiometr RP 114 včetně příslušenství (etalon,kolimační clona,stojánek)
2. vzorky uranylové soli a hrubé mouky
3. misky z inertního materiálu (vůči dekontaminačním prostředkům)
4. rozebíratelné olověné stínění
5. měřítka (drátky)

    Vlastní postup při cvičení

1. Zkontrolovat stav baterií
2. Provést kontrolu správnosti měření pomocí etalonu ⁹⁰Sr
3. Změřit hodnotu pozadí (v laboratoři  a v olověném stínění)
4. Vysypat vzorky na připravené misky (dodržet číselné označení na miskách a baňkách)
5. Provést vlastní měření a jeho vyhodnocení u těchto konkrétních vzorků:

Vz.č.0             2 g uranylové soli                    0 g hrubé mouky

Vz.č.1             0 g uranylové soli                   10 g hrubé mouky

Vz.č.2             1 g uranylové soli                     9 g hrubé mouky

Vz.č.3             2 g uranylové soli                   18 g hrubé mouky

Vz.č.4             2 g uranylové soli                     8 g hrubé mouky

Vz.č.5             3 g uranylové soli                    27 g hrubé mouky

Vz.č.6             4 g uranylové soli                    36 g hrubé mouky

Vz.č.7             5 g uranylové soli                    45 g hrubé mouky

6. Všechna měření provádět jak pro součet beta + gama (vysunutá clona), tak i pro

samostatné záření  gama (zasunutá clona).

7. Měříme ve dvou vzdálenostech, které nastavíme pomocí drátku (měřítka), umístěného na  stojanu radiometru ( 3 a 15 cm ).
8. Po skončení měření vzorky vrátit do skleněných baněk.
9. Provést vyhodnocení měření.

     10.  Přepočítat plošnou aktivitu na hmotnostní aktivitu dle tab.č. 2.

Metoda nasycené vrstvy

Zákonitosti získané z výše uvedených experimentů jsou prakticky využitelné při speciálním využití radiometru RP 114. Při metodě nasycené vrstvy umisťujeme sondu do stojánku nad vzorek; filtrační clona je otevřena, detekuje se především záření beta.

Maximální dosah (dolet)částic v prostředí o hustotě 1 g .cm^-3 je přibližně 1 cm .

Připravíme-li vzorek ve vrstvě silné přibližně 1 cm nebo větší, dochází k nasycení počtu částic beta vysílaných z jeho povrchu (přesněji procházejících  jeho povrchem i z hlubších vrstev). Při dalším zvyšování tloušťky vrstvy vzorku již počet částic vysílaných povrchem nevzrůstá, částice z hlubších vrstev povrchu nedosáhnou. Tloušťku vrstvy vzorku pro měření není nutno přesně dodržovat, stačí zabezpečit dosažení nasycené vrstvy. Jednotlivé geometrie měření se liší velikostí misky pro vzorek – v závislosti na druhu a množství vzorku lze použít misky o průměrech od 4 cm do 21 cm ; dále vzdáleností  3 cm nebo 15 cm mezi povrchem vzorku a povrchem sondy (povrchem umělohmotné skříňky). Měření, tj. odečet údaje U, provádíme při nastavení FUNKCE Bq.cm^-2 . 1 a otevřené cloně. Hmotnostní aktivitu a_m [MBq.kg^-1] vypočteme vynásobením U příslušným převodním faktorem (tab.1) :

                                                a_m = f . U                                                  (2)

Dosažení shody naměřených údajů se skutečností vyžaduje :

a)  Dodržení standardní geometrie měření;

b)  Homogenní rozdělení radionuklidů v měřeném vzorku;

      Tato metoda je proto vhodná pro vzorky, v nichž homogenní rozdělení existuje (např. roztoky),   

       nebo je možno homogenizaci provést (pastovité, sypké materiály).

      Homogenní  rozdělení radioaktivních látek v celém objemu vzorku je velice důležité – signál   

      detektoru a tím i údaj přístroje je dán především plošnou aktivitou povrchových vrstev (první    

      milimetry), neboť jimi vysílané záření je relativně nejméně pohlcováno.

      Není-li měrná aktivita povrchových vrstev stejná jako měrná aktivita celého vzorku dochází   

      k chybným výsledkům;

c)   Je třeba, aby energie záření beta měřených radionuklidů byly blízké hodnotám použitým

      při kalibraci (střední energií záření beta směsi štěpných produktů E _stř. = 0,3-0,4 MeV)

Metoda gama

Při této metodě je filtrační clona zasunuta, tj. aktivita je měřena prostřednictvím vysílaného záření gama. Měření opět provádíme při nastavení FUNKCE Bq.cm^-2 . 1 nebo FUNKCE Bq.cm^-2 . 100 a výpočet pomocí rovnice 2. Při použití FUNKCE Bq.cm^-2 . 100 nejprve násobíme přímo vykazovaný údaj hodnotou 100 a teprve takto získaný údaj použijeme k výpočtu.

Pronikavost záření gama je podstatně větší než záření beta. Signál v detektoru proto vzrůstá, ne ovšem přímo úměrně s objemem  (hmotností) měřeného vzorku.

Nároky na homogenitu vzorku jsou podstatně menší. Postačí, aby aktivita byla rozložena přibližně rovnoměrně v celém objemu vzorku. Používáme vzorky v objemech 1 litr (průměr nádoby 14 až 16 cm ) nebo 10 litrů (vědro). Sondu umisťujeme ve vzdálenosti 3 až 4 cm od povrchu vzorku.

Metoda je vhodná pro kusové, nesnadno homogenizovatelné vzorky.

Získání správných výsledků vyžaduje :

a)   Dodržení geometrie měření;

b)   Alespoň přibližně rovnoměrné rozdělení radioaktivních látek v měrném materiálu;

c)   Hustotu materiálu blízko hodnotě 1 kg .l^-1.

d)   Na jednu radioaktivní přeměnu ve vzorku musí být emitován v průměru 1 foton záření gama;

       touto metodou nelze měřit radionuklidy emitující pouze záření beta.

Tab. 1.  Hodnoty převodních faktorů f a minimální detekovatelné plošné a měrné aktivity pro 

jednotlivé geometrie měření

Sledování vlivu kovového stínění na ABSORPCI  ionizujícího záření

Potřeby : Zdroj ionizujícího záření

               Měřič povrchové kontaminace RDS-80

               Destičky z mědi ,hliníku a olova stejné tloušťky

Obecně se na absorpci podílí celá řada faktorů. Jsou to zejméne druh a energie ionizujícího záření, plošná hmotnost čela detektoru a druh a hustota stínících kovů. Jejich působení nemá lineární charakter. Lze pouze přibližně definovat závislost pro koeficient absorpce K.  Do aktivní části detektoru radiometru proniká méně fotonů (částic) n_x ve srovnání s emitovaným počtem fotonů (částic) zdroje n₀.

K  ≈  n_x  .   n₀^-1                                                                                                          (5)

Z výše uvedeného je patrné, že tuto hodnotu stanovíme nejlépe experimentálně jako graf závislosti aktivity na tloušče vrstvy (počtu destiček). Mezi detektor a zdroj ionizujícího záření  vkládejte postupně destičky z mědi, hliníku a olova o stejné tloušťce a různém počtu. Zapisujte hodnoty plošné aktivity.V diskusi zhodnoťte,jaký vliv na absorbci záření  má druh materiálu a tloušťka vrstvy.

Sledování vlivu vzdálenosti detektoru od zdroje ionizujícího záření, stanovení faktoru geometrie měření

Ionizující záření se z bodového zdroje šíří všemi směry do prostoru v podobě kulové geometrie. Při měření detekujeme pouze část této geometrie. Prostorový úhel α vymezený vzdáleností h bodového zdroje záření a poloměrem r detektoru (mm) se vyjadřuje faktorem geometrie měření ω. Navíc v reálné praxi změnou vzdálenesti detektoru od zdroje ionizujícího záření dochází též k zvýšené interakci s atomy plynů obsažených ve vzduchu. a atomy stěny detektoru.

Plocha, na kterou se záření rozprostře roste se čtvercem vzdálenosti a tak také se čtvercem vzdálenosti klesá intenzita záření. Při představě bodového zdroje a jednoduchých interakčních procesů fotnového záření (částice po interakci zanikne a nedojde k uvolnění sekundární ionizující částice) dochází k poklesu přímo úměrně s druhou mocninou (čtvercem) vzdálenosti. Obecně se však na tomto jevu podílí celá řada faktorů. Jsou to zejméne druh a energie ionizujícího záření, plošná hmotnost čela detektoru a druh a hustota stínících plynů. Jejich působení nemá lineární charakter. Lze pouze přibližně definovat závislost pro faktor geometrie měření ω.  Koeficient absorpce K se projeví jen při větších vzdálenostech.

ω = 0,5 . (1 – cos α) . K                                                                                           (6)

K  ≈  n_x  .   n₀^-1                                                                      (7)       

Z výše uvedeného je patrné, že tuto hodnotu stanovíme nejlépe experimentálně jako graf závislosti aktivity na vzdálenosti od zdroje. Výsledky grafu porovnáme s výpočtem.

Potřeby : Zdroj záření gama

                Zdroj záření beta                                                                                                                                                                                  

                Měřič povrchové kontaminace RDS-80

                Stojánek

 Postupně vzdalujte po 1 cm detektor od zdroje ionizujícího záření a zapisujte hodnoty povrchové aktivity pro vzdálenost 1 – 5 cm . Sestrojte graf. Výsledky zhodnoťte v diskusi.

Sledování vlivu rozdílné objemové hmotnosti materiálu na absorPci ionizujícího   záření

Potřeby : Zdroj ionizujícího záření

                Měřič povrchové kontaminace RDS-80

                Různé materiály  (umělá hmota ,dřevo,kůže ,různé kovy) stejné tloušťky.

                Laboratorní váhy

Mezi detektor a zdroj ionizujícího záření vkládejte postupně jednotlivé materiály a zaznamenávejte hodnoty povrchové aktivity. Ze podílu hmotnosti a celkové plochy destiček vypočtěte plošnou hustotu materiálu. V diskusi zhodnoťte schopnost různých materiálů absorbovat ionizující záření. Sestrojte graf závislosti aktivity a plošné aktivity na plošné hustotě, představované jednotlivými materiály.

Stanovení samoabsorPce ionizujícího záření v sypkém materiálu

Při stanovení aktivit vzorků kontaminovaných radionuklidy emitujícími záření o nízkých energiích, zejména zaření beta může být určitý počet částic absorbován v samotné hmotě vzorku. Vliv tohoto faktoru je třeba eliminovat. Jednou z možností je definovat „nasycenou vrstvu“. Výpočet by byl velmi obtížný, proto se nejčastěji volí grafická metoda. Na osu y vynášíme plošnou aktivitu v závislosti na síle vrstvy definované plošnou hmotností mg . cm^-2

Potřeby : Sypké materiály smíšené s uranylovou solí

                Měřič povrchové kontaminace RDS-80

                Laboratorní váhy s přesností 0,01 g              

                Misky

Materiál postupně přidávejte do misky, zjistěte hmotnost a zaznamenávejte plošnou aktivitu. Pokračujte tak dlouho, až u 3 za sebou jdoucích hmotností nedochází k nárustu plošné aktivity. Přepočtem z tvaru misky (válec o známé ploše základny) určete, od jaké tloušťky vrstvy (výšky válce) se povrchová aktivita nemění. Sestrojte graf závislosti plošné aktivity na tloušťce vrstvy. V diskusi porovnejte různé materiály.

Radiometr RDS 80

RDS 80 je digitální ruční radiometr - měříč aktivity (četnosti imlulsů) a plošné aktivity. Je řízen mikroprocesorem. Rozhraní je představováno tlačítkem a LCD displejem. RDS 80 je určen pro použití personálem, který potřebuje při práci měřit kontamonované povrchy včetně možnosti nasazení při abnormálních podmínkách kontaminace. Měřič umožňuje uložení dat do své paměti.Vydává alarm při překročení stanovené úrovně kontaminace.

Obr. 9: RDS 80

Charakteristika :

Měření kontaminace v imp.s^-1 (CPS)  nebo Bq.cm^-2.

Detektor  je okénková GM-trubice

Detekované záření    α  o energii > 2 MeV

                                  β   o energii > 100 keV

                                  γ a X  o energii 5 keV až 1,3 MeV

Měřící rozsah je 1 až 100 000 imp.s^-1 nebo 0,01 až 100 000 Bq.cm^-2.

Údaj povrchové aktivity (Bq.cm^-2) konfigurovatelný pro různé nuklidy

Detekční plocha RDS-80 je 15,5 cm²

Aplikace :

Monitorování kontaminace v laboratořích při práci s otevřenými radioaktivními zářiči

a  v polních podmínkách

Zobrazení a změna úrovně alarmu (ALArL)*

Jedná se o konfigurovatelnou funkci se 3 možnostmi:

Konfigurace 1: úroveň alarmu je zobrazena a může být změněna pomocí tlačítka

Konfigurace 2: aktuální úroveň alarmu je zobrazena, ale nemůže být změněna pomocí tlačítka na přístroji

Konfigurace 3: Funkce je deaktivována

Zobrazení a změna specifického koeficientu izotopu (iSotco)*

Jedná se o konfigurovatelnou funkci se 3 možnostmi:

Konfigurace 1: specifický koeficient izotopu je zobrazen a může být změněn pomocí tlačítka

Konfigurace 2: aktuální specifický koeficient izotopu je zobrazen, ale nemůže být změněn pomocí tlačítka na přístroji

Konfigurace 3: Funkce je deaktivována

 Test baterie a displeje (diAG)*

Funkce stavu baterie a testu displeje může být aktivována nebo deaktivována. Je-li deaktivována, nebude zobrazována v menu přístroje.

Vypnutí přístroje: Stiskněte tlačítko (asi 5 vteřin) až se ozve dlouhé pípnutí a na displeji se objeví „off“.Uvolněte tlačítko a stiskněte ho znovu, dokud nezazní dlouhé pípnutí a displej nezhasne.

Statistický praskot On/Off a High/Low (cHirP)*

Funkce statistického praskotu může být aktivována nebo deaktivována (cHr oF). Pokud je aktivována, má četnost praskotu dvě hladiny: vysokou (cHr Hi) a nízkou (cHr Lo). Při nastavené vysoké hladině (implicitní stav) emituje každý impuls z G.M trubice pípnutí. Při nízké hladině je četnost dělena 16. 

Zobrazení aktuálního stavu statistického praskotu:

Aktivujte menu a rolujte v něm dokud:

-  se na displeji nezobrazí cHirP.            

Stiskněte tlačítko a podržte ho, dokud nezazní dlouhý tón.

Zobrazí se aktuální stav (cHr oF, cHr Hi nebo cHr Lo).

Změna stavu statistického praskotu:

Při zobrazeném aktuálním stavu statistického praskotu stiskněte znovu tlačítko a podržte ho, dokud nezazní dlouhé pípnutí.

-  na displeji se objeví první volba: cHr oF (bliká)

Rolujte v možnostech, dokud se nezobrazí požadovaná hodnota a potvrďte ji dlouhým stiskem tlačítka.

-          ozve se dlouhé pípnutí a displej se vrátí do menu statistického praskotu cHirP.