Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Счетчик регистрирует бета частицы радиоактивного препарата

Счетчик регистрирует бета частицы радиоактивного препарата

1.81. На покоившуюся частицу массы m в момент t=0 начала действовоать сила, зависящая от времени по закону F=b*t(tao-t), где b — постоянный вектор, tao — время , в течение которого действует данная сила. Найти:

a)импульс частицы после окончания действия силы;
b)путь, пройденный частицей за время действия силы.

Счетчик Гейгера, установленный вблизи препарата радиоактивного изотопа серебра, регистрирует поток бета-частиц. При первом измерении поток Ф1 частиц был равен 87 с^ –1, а по истечении времени t=1 сут поток Ф2 оказался равным 22 с^-1. Определить период полураспада Т1/2 изотопа. Определить активность А фосфора 32Р массой m – 1 мг.


1.81. На покоившуюся частицу массы m в момент t=0 начала действовоать сила, зависящая от времени по закону F=b*t(tao-t), где b — постоянный вектор, tao — время , в течение которого действует данная сила. Найти:

a)импульс частицы после окончания действия силы;
b)путь, пройденный частицей за время действия силы.

Ион (греч. ιόν — «идущий») — электрически заряженная частица (атом, молекула), образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов атомами или молекулами.

Вот KMA затруднил(ся)(ась?) с решением задачи:

Счетчик Гейгера, установленный вблизи препарата радиоактивного изотопа серебра, регистрирует поток бета-частиц. При первом измерении поток Ф1 частиц был равен 87 с^ –1, а по истечении времени t=1 сут поток Ф2 оказался равным 22 с^-1. Определить период полураспада Т1/2 изотопа

Счетчик Гейгера регистрируют пролет сквозь него заряженной частицы, если ее энергия превышает энергию ионизации газа в счетчике. При облучении счетчика гамма-излучением образуются заряженные частицы с энергией, достаточной для срабатывания счетчика — это комптоновские электроны, электрон-позитронные пары или осколки фоторасщепленных ядер или выбитые ядра.

В задаче неявно подразумевается, что счетчик регистрирует все распады в образце (в реальных экспериментах это не так, приходится учитывать эффективное сечение счетчика и телесные углы видности его из радиоактивного образца).
Закон распада N(t)=No*exp(-t/T)=No*2^(-t/Thl), Т – время жизни, Тhl – период полураспада, No – начальное количество радиоактивных атомов в образце. Т и Тhl связаны формулой: Т=Тhl*ln(2).
Скорость изменения N: dN/dt=-No*exp(-t/T)/T, -dN/dt принято называть активностью образца, измеряется в Кю (Кюри), размерность ее – распад/секунда.
Далее, зная активность в начале измерений, и спустя время, из системы 2 уравнений с двумя неизвестными найдем No, T, и, окончательно, Thl.

…Определить активность А фосфора 32Р массой m – 1 мг

Количество атомов (молекул) в образце, масса образца, и молекулярная масса связаны соотношением: N=m*NA/M, NA – постоянная Авогадро, период полураспада фосфора взять из справочника.

В задачах такого сорта также полезно указать точность оценки (измерения) периодов полураспада и др. определяемых величин, так как распад статистический процесс (при этом в задачах почему-то задаются численные данные для малых N, что породит очень большую относительную ошибку), так, я думаю, преподавателям это понравится.
Общий подход к оценке ошибки для статистических процессов с независимыми событиями: D=sqrt(N)/N, D – относительное значение ошибки.

Свойства ионизирующих излучений взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. В ве­ществе быстрые заряженные частицы взаимодействуют с элект­ронными оболочками и ядрами атомов. В результате взаимодей­ствия с быстрой заряженной частицей электрон получает до­полнительную энергию и переходит на один из удаленных от ядра энергетических уровней или совсем покидает атом. В первом случае происходит возбуждение, во втором — ионизация атома.

При прохождении вблизи атомного ядра быстрая частица испытывает торможение в его электрическом поле. Торможение заряженных частиц сопровождается испусканием квантов тормоз­ного рентгеновского излучения. Наконец, возможно упругое и неупругое соударение заряженных частиц с атомными ядрами.

Длина пробега частицы зависит от ее заряда, массы, началь­ной энергии, а также от свойств среды, в которой частица движется. Пробег увеличивается с возрастанием начальной энер­гии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной энергии массивные частицы обладают меньшими ско­ростями, чем легкие. Медленно движущиеся частицы взаимо­действуют с атомами более эффективно и быстрее растрачивают имеющуюся у них энергию.

Проникающую способность бета-частиц обычно характеризуют минимальной толщиной слоя вещества, полностью поглощающего все бета-частицы. Например, от потока бета-частиц, максималь­ная энергия которых 2 МэВ, полностью защищает слой алюминия толщиной 3,5 мм.

Альфа-частицы, обладающие значительно большей массой, чем бета-частицы, при столкновениях с электронами атомных обо­лочек испытывают очень небольшие отклонения от своего перво­начального направления и движутся почти прямолинейно. Про­беги альфа-частиц в веществе очень малы. Например, у альфа-частицы с энергией 4 МэВ длина пробега в воздухе примерно 2,5 см, в воде или в мягких тканях животных и человека — сотые доли миллиметра.

Благодаря небольшой проникающей способности альфа- и бета-излучения обычно не представляют большой опасности при внешнем облучении. Плотная одежда может поглотить значитель­ную часть бета-частиц и совсем не пропускает альфа-частицы. Однако при попадании внутрь человеческого организма с пищей, водой и воздухом или при загрязнении радиоактивными вещест­вами поверхности тела альфа- и бета-излучения могут причинить человеку серьезный вред.

Нейтроны, не имеющие электрического заряда, при движении в веществе не взаимодействуют с электронными оболочками атомов. При столкновениях с атомными ядрами они могут вы­бивать из них заряженные частицы, которые ионизируют и воз­буждают атомы среды.

Гамма-кванты взаимодействуют в основном с электронными оболочками атомов, передавая часть своей энергии электронам — это явления фотоэффекта (см. § 58), эффекта Комптона (см. § 63) или рождения электронно-позитронных пар (см. § 90). Во­зникающие быстрые электроны производят ионизацию атомов среды.

Пути пробега гамма-квантов и нейтронов в воздухе измеря­ются сотнями метров, в твердом веществе — десятками сантимет­ров и даже метрами. Проникающая способность гамма-излуче­ния увеличивается с ростом энергии гамма-квантов и умень­шается с увеличением плотности вещества-поглотителя. В табли­це 5 приведены в качестве примера значения толщины слоев воды, бетона и свинца, ослабляющих потоки гамма-излучения различ­ной энергии в десять раз.

Потоки гамма-квантов и нейтронов — наиболее проникающие виды ионизирующих излучений, поэтому при внешнем облучении они представляют для человека наибольшую опасность.

Поглощенная доза ионизирующего излучения. Универсальной мерой воздействия любого вида излучения на вещество является поглощенная доза излучения, равная отношению энергии, передан­ной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества:

За единицу поглощенной дозы в СИ принят грей (Гр). 1 Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего из­лучения 1 Дж:

1 Гр=1 Дж/1 кг=1 Дж/кг

Отношение поглощенной дозы излучения ко времени облу­чения называется мощностью дозы излучения:

Единица мощности поглощенной дозы в СИ — грей в секун­ду (Гр/с).

Эквивалентная доза. Поглощенная доза D, умноженная на коэффициент качества k, характеризует биологическое действие поглощенной дозы и называется эквивалентной дозой Н:

Единицей эквивалентной дозы в СИ является з и вер т (Зв). 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой поглощенная доза равна 1 Гр и коэффициент качества равен единице.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Основа физического воздействия ядерных излучений на живые организ­мы — ионизация атомов и молекул в клетках.

При облучении человека смертельной дозой гамма-излучения, равной 6 Гр, в его организме выделяется энергия, равная при­мерно:

E=mD=70 кг  6 Гр=420 Дж.

Такая энергия передается организму человека одной чайной ложкой горячей воды. Поскольку эта энергия мала, естественно предположить, что тепловое воздействие ионизирующей радиации не является непосредственной причиной лучевой болезни и гибели человека. Действительно, основной механизм биологического воз­действия ионизирующей радиации на живой организм обуслов­лен химическими процессами, происходящими в живых клетках после их облучения.

Организм млекопитающего состоит примерно на 75% из воды. При дозе 6 Гр в 1 см 3 ткани происходит ионизация примерно 10 15 молекул воды. Процессы ионизации и химических взаимодей­ствий продуктов ионизации происходят в клетке за миллионные доли секунды. Биохимические изменения в клетке, обусловленные образованием новых молекул, чуждых нормальной клетке, начи­наются сразу после момента облучения, но не завершаются за короткое время. Некоторые следствия биохимических измене­ний в клетке проявляются уже через несколько секунд после облучения, другие могут привести к гибели клетки или ее рако­вому перерождению через десятилетия.

Одним из первых следствий действия облучения на живую клетку является нарушение ее функции деления как самой слож­ной функции. Поэтому в первую очередь нарушаются функции органов и тканей организма, в которых происходит деление клеток, образование новых клеток.

Острое поражение. Острым поражением называют повреж­дение живого организма, вызванное действием больших доз облу­чения и проявляющееся в течение нескольких часов или дней после облучения. Первые признаки общего острого поражения организма взрослого человека обнаруживаются, начиная пример­но с 0,5—1,0 Зв. Эту эквивалентную дозу можно считать порого­вой для общего острого поражения при однократном облучении. При такой эквивалентной дозе начинаются нарушения в работе кроветворной системы человека. При эквивалентных дозах об­лучения всего тела 3—5 Зв около 50% облученных умирает от лучевой болезни в течение 1—2 месяцев. Главной причиной гибели людей при таких дозах облучения является поражение костного мозга, приводящее к резкому снижению числа лейкоци­тов в крови. При дозах облучения в 10—50 Зв смерть наступает через 1—2 недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. Эти кровоизлияния происходят в результате гибели клеток слизистых оболочек кишечника и желудка.

Отдаленные последствия облучения. Значительная часть по­вреждений, вызванных радиацией в живых клетках, является необратимыми. Эти повреждения увеличивают вероятность воз­никновения различных заболеваний, из которых наиболее опасны раковые заболевания. Средняя продолжительность времени от момента облучения до гибели от лейкоза составляет 10 лет.

Вероятность возникновения ракового заболевания увеличи­вается пропорционально дозе облучения. Эквивалентная доза облучения 1 Зв в среднем приводит к 2 случаям лейкоза, 10 слу­чаям рака щитовидной железы, 10 случаям рака молочной железы у женщин, 5 случаям рака легких на 1000 облученных. Раковые заболевания других органов под действием облучения возникают значительно реже.

Ядерные взрывы. Ядерные взрывы, производимые с 1945 г. в атмосфере и под водой, привели к загрязнению атмосферы Земли и земной поверхности радиоактивными продуктами деле­ния ядер урана. Среди продуктов деления ядер урана наиболь­шую роль в длительном облучении играют радиоактивные изотопы стронция-90 и цезия-137 с периодами полураспада около 30 лет. Эти изотопы усваиваются из почвы растениями, затем с пищей попадают в организм человека и надолго задерживаются в его тканях и органах, подвергая организм внутреннему об­лучению.

Биологическое влияние малых доз излучения. Приносят ли дозы ионизирующего излучения, сравнимые с естественным фо­ном, какой-то ущерб здоровью человека? На этот вопрос невоз­можно дать точный и однозначный ответ, подобно тому, как нельзя дать однозначный ответ на вопрос о влиянии на орга­низм человека обычного солнечного света. Солнечный свет, без­условно, необходим человеку, без него жизнь на Земле невоз­можна. Но ультрафиолетовое излучение Солнца может вызвать ожог кожи, быть причиной заболеваний кожи и крови.

Аналогична картина и с естественным фоном ионизирующей радиации. С одной стороны, человек как вид появился на Земле в результате эволюции живой природы. Необходимыми условиями эволюции являются изменчивость и естественный отбор. Изменчивость есть следствие мутаций генов, а одним из факторов, вызывающих мутации, является естественный фон ионизирующей радиации. По современным представлениям, без участия естест­венного радиационного фона, вероятно, не было бы и жизни на Земле в настоящем ее виде. Поэтому нет оснований сетовать на судьбу, что нам досталась планета, содержащая в себе радио­активные изотопы. Не будь радиоактивности и космического излучения, видимо, не было бы и человека на Земле.

Но может быть, естественный фон ионизирующей радиации был полезным для эволюции жизни на ранних этапах ее разви­тия, но вреден сейчас? Против такого предположения свиде­тельствует ряд фактов. Опыты с растениями показали, что ес­ли их практически полностью защитить от внешнего ионизирующего излучения, удалить из почвы естественные радиоактивные изотопы, то развитие растений замедляется, их продуктивность снижается. Многократно повторенные опыты показали, что не­большие дозы излучения, сравнимые с уровнем естественного фона, стимулируют развитие растений. Сходные результаты полу­чены и в опытах на животных. Безвредность малых доз облу­чения для человеческого организма подтверждается исследова­ниями средней продолжительности жизни людей в зависимости от уровня естественного фона ионизирующей радиации.

Предельно допустимые дозы. Люди некоторых профессий под­вергаются дополнительному облучению ионизирующей радиацией. Это врачи-рентгенологи, работники атомных электростанций, уче­ные и технический персонал, работающие в области ядерной физики и физики элементарных частиц, космонавты. Полностью устранить дополнительное действие ионизирующей радиации на их рабочих местах оказывается невозможным. Поэтому нужно было определить допустимую границу дополнительной дозы облу­чения.

Предельно допустимой дозой (ПДД) облучения для лиц, про­фессионально связанных с использованием источников ионизи­рующей радиации, является 50 мЗв за год. Этот уровень облучения был принят за допустимый на том основании, что он близок к уровню естественного радиационного фона в некоторых местах на Земле и никаких отрицательных последствий для человека при действии таких доз не обнаружено. Санитарными нормами установлен допустимый уровень разового аварийного облучения для населения—0,1 Зв. Это примерно равно дозе фонового облучения человека за всю жизнь.

В качестве предельно допустимой дозы систематического об­лучения населения установлена эквивалентная доза облучения 5 мЗв за год, т. е. 0,1 ПДД.

За все время жизни человека (70 лет) допустимая доза облучения для населения составляет 5 мЗв/год-70 лет= =350 м3в=0,35 Зв.

Радиофобия. Паническую боязнь любого ионизирующего из­лучения в любом количестве называют радиофобией (от греч. phobos — страх). Неразумно выбегать из комнаты, в которой ра­ботает счетчик Гейгера и регистрирует естественный радиоак­тивный фон. Он лишь регистрирует то, что есть в природе. Неразумно пугаться радиоактивного препарата, от которого счет­чик регистрирует 100 или даже 1000 импульсов в минуту. Нужно понимать, что такой препарат не более опасен, чем любой человек, так как в теле человека происходит примерно 5-Ю 5 распадов в минуту. Скорость счета счетчика почти не увеличивается при приближении к нему человека не потому, что человек не радиоак­тивен, а лишь потому, что практически все бета-частицы, ис­пускаемые радиоактивными ядрами в теле человека, поглощаются в тканях его организма.

Радиофобия в настоящее время распространилась на телеви­зор как источник рентгеновского излучения и на самолет как транспортное средство, выносящее человека в верхние слои ат­мосферы, где более высок уровень космического излучения. Те­левизор действительно является источником рентгеновского излу­чения, но очень мягкого и малой мощности. При ежедневном просмотре телевизионных программ по три-четыре часа в день за год будет получена доза порядка 10 -5 Зв. Это в 100—200 раз меньше уровня естественного фона. Полет в современном самолете на расстояние 2000 км обусловливает примерно такое же облуче­ние, т.е. одну сотую долю среднего значения уровня естествен­ного облучения в год.

Уменьшение дозы излучения при необходимости работы с источником ионизирующего излучения может быть осуществлено тремя путями: увеличением расстояния от источника; уменьше­нием времени пребывания около источника; установкой экрана, поглощающего излучение. При удалении от точечного источника доза излучения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.

4. Содержание заданий

2. Какое ядро образуется в результате: альфа-распада изотопа урана ; электронного бета-распада изотопа водорода

3. Какое ядро образуется в результате: альфа-распада изотопа азота ; позитронного бета-распада изотопа меди ?

. В результате каких радиоактивных распадов плутоний превращается в уран , а натрий — в магний ? Запишите реакции распа­да.

5. Написать реакции альфа-распада урана и бета-распада свинца

6. Допишите ядерные реакции:

7. При облучении изотопа меди протонами реакция может идти несколькими путями: с выделением одного нейтрона; с выделением двух нейтронов; с выделением протона и нейтрона. Ядра каких элементов образу­ются в каждом случае? Запишите реакции распада.

8. Радиоактивный марганец получают двумя путями. Первый путь состоит в облучении изотопа железа дейтронами, второй — в облучении изотопа железа нейтронами. Написать ядерные реакции.

9. При бомбардировке железа нейтронами образуется бета-радиоактивный изотоп марганца с атомной массой 56. Написать реакцию по­лучения искусственно радиоактивного марганца и реакцию происходящего с ним последующего бета-распада.

10. При бомбардировке изотопа бора альфа-частицами образуется

изотоп азота Какая при этом выбрасывается частица? Изотоп азота

является радиоактивным, дающим позитронный распад с излучением ней­трино. Написать реакции.

11. Сколько атомов полония распадается за сутки из 10 6 атомов, если период полураспада его равен 138 суткам?

12. Период полураспада изотопа стронция составляет 51 сутки. Сколько ядер изотопа испытает распад за 102 суток, если начальное число радиоактивных ядер 10 9 ?

13. Сколько радиоактивных ядер изотопа массой m=10 -4 кг останет­ся в образце через 7 суток?

14. Лучше всего нейтронное излучение ослабляет вода (в 4 раза лучше бетона и в 3 раза лучше свинца). Толщина слоя половинного ослабления ней­тронного излучения для воды равна 3 см. Во сколько раз ослабит нейтронное излучение слой воды толщиной 30 см?

15. Гамма-излучение лучше всего поглощает свинец (в 1,5 раза лучше стальной брони и в 22 раза лучше воды). Толщина слоя половинного ослаб­ления гамма-излучения для свинца равна 2 см. Какой толщины нужен слой свинца, чтобы ослабить гамма-излучение в 128 раз?

16.Масса препарата равна 65 мг. Определить его активность.

17. Какая часть первоначально выпавшего в результате аварии на ЧАЭС йода распалась в первые два месяца после аварии?

18. Вычислить толщину слоя воды, при котором интенсивность гамма-лучей уменьшится в 4 раза. Линейный коэффициент ослабления для воды принять равным 0,047 см -1 .

19. Из каждого миллиона атомов некоего радиоактивного изотопа еже­секундно распадается 200 атомов. Определить период полураспада изотопа.

20. Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 су­ток. Найдите период полураспада элемента.

21. Для обнаружения места течи в трубопроводах, зарытых глубоко а землю, в транспортируемую жидкость добавляют радиоактивные вещества. Как, используя счетчик Гейгера, определить место течи?

22.Почему нейтроны являются более эффективными снарядами при бомбардировке ядер, чем заряженные частицы, испускаемые радиоактивны­ми элементами?

23. Существует ли предел мощности ядерного и термоядерного взры­вов? Ответ поясните.

24. В чем различие процессов деления ядер урана в реакторе и атомной бомбе?

25. Чем объясняется, что счетчик Гейгера регистрирует возникновение ионизированных частиц и тогда, когда поблизости от него нет радиоактивно­го препарата?

26.Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцо­вых контейнерах?

27.Где больше длина пробега альфа-частицы: у поверхности Земли или в верхних слоях атмосферы?

28.Какая доля радиоактивных ядер распадается за время, равное поло­вине периода полураспада?

29.Изменяются ли местное число, масса и порядковый номер элемента при испускании ядром гамма-кванта?

30.Почему альфа-частицы, испускаемые радиоактивными препаратами, не могут вызывать ядерных реакций в тяжелых элементах, хотя они вызыва­ют их в легких?

31.На спектрометре со средней ошибкой определения 20% при опреде­лении объемной активности молока объемом пробы 500 мл зафиксировано 500 импульсов за 100 с измерения. Определить объемную активность молока и соответствие его нормативам РДУ-99.

32. Эквивалентная доза внешнего гамма-излучения, получаемая человеком от проживания в некотором населенном пункте, составляет 0,1 бэр/год. Определить мощность экспозиционной дозы, обусловленную гамма-излучением радионуклидов в почве. Относительное время пребывания чело­века на открытой местности принять равным 0,3.

33. Используя значения мощности экспозиционной дозы, обусловлен­ной гамма-излучением радионуклидов, находящихся в почве, 60 мкР/ч и от­носительного времени пребывания человека на открытой местности 0,25, оп­ределить эквивалентную дозу внешнего облучения человека за год.

34. Мощность эквивалентной дозы на рабочем месте персонала состав­ляет 5×10 -9 Зв/с. В течение года работа проводится 1600 часов. Требуется ли для персонала специальная защита?

35. По нормам радиационной безопасности (НРБ-2000) предельно до­пустимая доза облучения для персонала составляет 50 мЗв/год. В тече­нии года человек работает 1700 часов. Рассчитать предельно допустимую мощность эквивалентной дозы (в Зв/с) на рабочем месте.

36 При рентгеновском обследовании грудной клетки средние эквивалентные дозы облучения органов и тканей пациента представлены в таблице, приведенной в задаче 49. Определить эффективную эквивалентную дозу, получаемую пациентом при данном виде обследования.

37 В организм человека одноразово поступило 3×10 -13 кг изотопа , из которого десятая часть перешла в щитовидную железу. Масса щитовидной железы 25 г, поглощенная энергия на один распад 0,25 МэВ/расп., период полураспада 5,25 суток. Определить эквивалентную дозу облучения щито­видной железы за 8 последующих суток.

38 В организм человека одноразово поступило 3×10 -15 кг изотопа из которого десятая часть перешла в щитовидную железу. Масса щитовидной железы 20 г, поглощенная энергия на один распад 0,25 МэВ/расп., период полураспада 29 лет. Определить эквивалентную дозу облучения щито­видной железы за 15 последующих суток.

39 Мощность эквивалентной дозы на рабочем месте равна 10 -10 Зв/с. Человек работает в сутки 6 часов. Требуется ли создание специальной заши­ты?

40 Средняя поглощенная доза излучения сотрудником, работающим с рентгеновской установкой, равна 7 мкГр/ч. Опасна ли работа сотрудника в течение 200 дней в году по 6 часов в день, если предельно допустимая доза облучения равна 50 мГр/год?

41 Мощность дозы гамма-излучения радиоактивных изотопов в зоне аварии на атомной электростанции 20 рад/ч. Сколько часов может работать в этой зоне человек, если допустимой дозой облучения в аварийной обстановке принята доза 25 рад?

42 Активность препарата цезия равна 15 Кu. Определить его массу.

43 Какая часть первоначального количества выпавшего в ре­зультате катастрофы на ЧАЭС стронция распалась за прошедшее время (25 лет), если период его полураспада равен 29,1 года?

44 Вычислить толщину слоя половинного ослабления гамма-излучения для воды, если линейный коэффициент ослабления равен 0,047 см -1 .

45 При определении радионуклида, которым загрязнена окру­жающая местность, использовался обычный счетчик импульсов индивиду­ального пользования. Первоначально его среднее показание было 390 имп./мин, а спустя 10 суток — 201 имп./мин. Рассчитать период полураспада радионуклида и определить его.

46 На гамма-радиометре с эффективностью регистрации 20% при измерении объемной активности молока объемом 357 мл в течение 100 с зарегистрировано 650 импульсов. Чему равна объемная активность молока? Пригодно ли оно для употребления в пищу?

47 Мощность экспозиционной дозы, обусловленной гамма излучением радионуклидов в почве, в некотором населенном пункте составляет 60 мкР/ч. Найти эквивалентную дозу внешнего гамма-излучения, получаемую жителем этого населенного пункта в течение года за время его нахождения вне жилья, принимая относительное время пребывания человека на открытой местности равным 0,2.

48 В организм человека одноразово поступило 5×10 -13 кг радионуклида йод-131 Определить эквивалентную дозу щитовидной железе человека за 10 дней. Массу щитовидной железы принять равной 25 г, поглощенную энергию на один распад — 0,19 МэВ/расп., период полураспада – 8,04 суток Считать, что в щитовидную железу перешло 0,35 от всего количества поступившего в организм йода-131.

49 Ниже в таблице приведены средние эквивалентные дозы облучения органов и тканей пациента при рентгенологическом обследовании грудной клетки. Определить эффективную эквивалентную дозу, полученную пациентом при обследовании.

Конспект урока по теме: «Экспериментальные методы исследования частиц»

— Запишите уравнение: Во что превратиться 184 74 W после двух бета-распадов и двух альфа-распадов ?

Изучение нового материала

Сегодня на уроке мы должны познакомиться с устройствами , благодаря которым возникла и начала развиваться физика атомного ядра и элементарных частиц.

Именно эти устройства дают необходимую информацию о событиях в микромире.

Работа с презентацией.

Регистрационные приборы делят на две группы.

К первой группе относятся приборы, которые фиксируют факт пролёта частиц. В некоторых случаях удается судить об их энергии.

Ко второй группе относятся так называемые трековые приборы, позволяющие наблюдать следы частиц и определять их удельный заряд, а также знак заряда.

Общая особенность и тех и других состоит в том , что пролёт частицы возвращает систему в более устойчивое состояние. Заряженная частица может вызвать :

1) возбуждение атомов

3) расщепление молекул на атомы

Сцинтилляционные счетчики

В 1903г У. Крупе заметил , что альфа-частицы ,испускаемые радиоактивным аппаратом, попадая на покрытый сернистым цинком экран , вызывают свечение . Устройство было использовано Э.Резердордом. Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки называется сцинтилляцией. Прибор не дает необходимой точности ,т.к. результат подсчета вспышек в большей степени зависит от остроты зрения наблюдателя.

Основные детали : 1-экран из сульфида цинка ; 2-короткофокусная лупа ; 3- стержень с альфа радиоактивным препаратом.

Счетчик Гейгера

Ханс Вильгельм Гейгер (1882 ― 1945) ― немецкий физик-экспериментатор.

Работал в Манчестерском университете вместе с Э. Резерфордом, в Физико-техническом институте в Берлине. С 1925 по 1929 год ― профессор и директор Физического института Кильского университета, а с 1929 по 1936 год ― профессор Тюбингенского университета. С 1936 года ― профессор Технического университета в Берлине.

В 1908 году совместно с Э. Резерфордом изобрёл прибор для регистрации отдельных заряженных частиц. Этот прибор впоследствии им был усовершенствован и назван счётчиком Гейгера ― Мюллера.

В 1909 ― 1910 годах проводил опыты по рассеянию α-частиц на тонких металлических плёнках. Было выяснено, что в среднем одна из 8000 частиц отклоняется на угол больше 90º. Эти эксперименты сыграли большую роль при создании Резерфордом планетарной модели атома. В 1911 году установил зависимость вероятности α-распада от энергии α-частиц, названную законом Гейгера ― Нетолла.

В 1937 году избран членом Берлинской академии наук.

Состоит из трубки покрытой изнутри металлическим слоем ( катод ) , по её оси натянута тонкая металлическая нить (анод). Рабочий объём заполняется смесью газов , обычно аргоном с примесью паров метилового спирта при давлении около 0,1 атм. Прикладывается высокое напряжение . Пролетающая заряженная частица производит на своем пути ионизацию атомов наполняющего газа. Под действием электрического поля свободные электроны движутся к аноду , положительные ионы к катоду. Электроны приобретают энергию достаточную для их ионизации. Возникает коронный разряд, на регистрацию устройства поступает импульс напряжения. Устройство фиксирует только факт пролёта частицы.

Камера Вильсона

Чарлз Томас Рис Вильсон (1869 ― 1959) ― английский физик. В 1892 году окончил Кембриджский университет, в котором проработал с 1900 по 1934 год.

Занимался проблемами молекулярной и ядерной физики, в частности условиями конденсации пара. В 1912 году изобрёл прибор для наблюдения и фотографирования треков частиц ― камеру Вильсона. С помощью созданного прибора изучал свойства ионизирующего излучения.

В 1900 году был избран членом Лондонского королевского общества. В 1927 году ему присуждена Нобелевская премия по физике, также он был награждён многими медалями, например, почётной медалью Копли.

В сосуде находится воздух с насыщенными парами спирта , рабочий объём через трубку соединяется с резиновой грушей ; внутри камеры укреплен радиоактивный препарат. Грушу плавно сжимают , затем отпускают. При быстром адиабатном расширении воздух и пары в камере охлаждаются , пар переходит в состояние перенасыщения. Если вылетает альфа-частица , вдоль пути её движения в газе образуется колонка ионов. Пересыщенный пар конденсируется в капли жидкости , причём образование капель происходит на ионах , которые являются центрами. Обычно камеру помещают в постоянное магнитное поле , треки частиц оказываются искривленными . Радиус кривизны трека зависит от скорости движения , её массы и заряда r = mV / qB .

Первые фотографии треков альфа-частиц в м.п. получил в 1923г П.Л. Капица .

Д.В. Скобельцин применил камеру для изучения спектров гамма и бетта излучений.

Пузырьковая камера

Дональд Артур Глейзер (род. 1926) ― американский физик.

В 1946 году окончил Технологический институт Кейса. С 1949 по 1959 год работал в Мичиганском университете, с 1959 года ― профессор Калифорнийского университета. В 1950 году получил степень доктора философии. Основные работы создал в области современной физики элементарных частиц. Исследовал закономерности распада частиц, выполнение законов сохранения при взаимных превращениях частиц.

Для наблюдения треков элементарных частиц в 1952 году изобрёл пузырьковую камеру.

В 1960 году был удостоен Нобелевской премии по физике. С 1962 года ― член Национальной академии наук.

Метод толстостенных фотоэмульсий

В эмульсионных камерах облучаются толстые пачки весом до нескольких десятков килограмм, составленные из отдельных слоёв. На каждый слой с помощью рентгеновских лучей наносится координатная сетка, чтобы проследить путь частицы. На рисунке показан трек частицы под названием пион (π), превратившийся в мюон (μ), а затем в позитрон ( e + ).Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра . Быстрая заряженная частица , пронизывая кристаллик , отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Очень много опытов было проведено в 1928г Л.В.Мысовским и А.П.Ждановым.

Искровая камера

Искровая камера изобретена в 1957г . Её действие основано на применение электрического пробоя. В камере имеется система плоскопараллельных пластин, расположенных близко друг к другу Пространство между пластинами заполнено инертным газом (неоном). На пластины подается высокое напряжение , чуть ниже пробойного. При пролете быстрой частицы вдоль её траектории между пластинами проскакивают искры , создавая огненный трек. Камера управляется автоматически. Электроды камеры выполняются в виде очень тонких параллельных проволочек , расположенных на расстоянии около 1мм. Искра при попадании в проволочку вызывает в ней слабый ток , который фиксируется и подается на вычислительную машину. Можно помещать многотонные металлические пластины для увеличения вероятности обнаружения редких реакций.

Закрепление : п 58 и ответить на вопросы:

В чем преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона ?

Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона?

Можно ли в камере Вильсона увидеть трек частицы , не имеющей электрического заряда ?

Почему с помощью счетчика Гейгера не регистрируются альфа-частицы?

Чем объясняется , что счетчик Гейгера регистрирует возникновение ионизированных частиц и тогда , когда поблизости от него нет радиоактивного препарата ?

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
После поверки счетчика следующая поверка когда
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector