Tehtävänä on tutkia gammasäteilyn vaimenemista ilmassa ja esittää graafisesti siihen liittyvä lainalaisuus (etäisyyslaki).



Samankaltaiset tiedostot
Tehtävänä on vertailla eri säteilylähteiden säteilyvoimakkuutta (pulssia/min).

SÄTEILEVÄ KALLIOPERÄ OPETUSMATERIAALIN TEORIAPAKETTI

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

55 RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

Työturvallisuus fysiikan laboratoriossa

Työ 55, Säteilysuojelu

Säteilyannokset ja säteilyn vaimeneminen

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

A Z X. Ydin ja isotoopit

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

40D. RADIOAKTIIVISUUSTUTKIMUKSIA

Ionisoiva säteily. Radioaktiiviset aineet ja ionisoiva säteily kuuluvat luonnollisena osana elinympäristöömme.

Säteilyannokset ja säteilyn vaimeneminen. Tapio Hansson

SÄTEILYTURVAKESKUS. Säteily kuuluu ympäristöön

Säteilyn suureet ja yksiköt. Jussi Aarnio sairaalafyysikko Lääketieteellisen fysiikan tulosyksikkö Etelä-Savon sairaanhoitopiirin ky

Ionisoiva säteily. Tapio Hansson. 20. lokakuuta 2016

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

- Pyri kirjoittamaan kaikki vastauksesi tenttipaperiin. Mikäli vastaustila ei riitä, jatka konseptilla

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Mikä on säteilyannos ja miten se syntyy

Hajoamiskaaviot ja niiden tulkinta (PHYS-C0360)

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

SÄTEILYN RISKIT Wendla Paile STUK

GEIGERIN JA MÜLLERIN PUTKI

TYÖNTEKIJÖIDEN SÄTEILYALTISTUKSEN SEURANTA

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

1 Johdanto. 2 Lähtökohdat

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Jussi Aarnio sairaalafyysikko. Etelä Savon sairaanhoitopiiri ky

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

25A40B 4h. RADIOAKTIIVINEN SÄTEILY

Soklin radiologinen perustila

SISÄINEN SÄTEILY. Matti Suomela, Tua Rahola, Maarit Muikku

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2011

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

On määritettävä puupalikan ja lattian välinen liukukitkakerroin. Sekuntikello, metrimitta ja puupalikka (tai jääkiekko).

Sädehoidon suojauslaskelmat - laskuesimerkkejä

SKV-LAATUKÄSIKIRJA Ohje SKV 9.2 Liite 1 1(7)

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Poikkeavat tapahtumat

Z = VARAUSLUKU eli JÄRJESTYSLUKU (= protoniluku) N = NEUTRONILUKU A = NUKLEONILUKU; A = N + Z (= neutr. lkm + prot. lkm)

Lääketiede Valintakoeanalyysi 2015 Fysiikka. FM Pirjo Haikonen

Työssä tutustutaan hajoamislakiin ja määritetään 137 Ba:n viritystilan kev keskimääräinen elinaika ja puoliintumisaika.

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Mustan kappaleen säteily

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

SÄTEILY- JA YDINTURVALLISUUSKATSAUKSIA. Ihmisen radioaktiivisuus. Säteilyturvakeskus Strålsäkerhetscentralen Radiation and Nuclear Safety Authority

1.1 Funktion määritelmä

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

Säteilyturvakeskuksen määräys työperäisen altistuksen selvittämisestä, arvioinnista ja seurannasta

Taulukko 1. Ionisoiva säteily. Kansallisena mittanormaalilaboratoriona tarjottavat kalibrointi- ja säteilytyspalvelut DOS-laboratoriossa.

2.2 RÖNTGENSÄTEILY. (yli 10 kv).

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Opetusmateriaali. Tutkimustehtävien tekeminen

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

Sädehoidosta, annosten laskennasta ja merkkiaineista. Outi Sipilä sairaalafyysikko, TkT

Lääketieteellinen kuvantaminen. Biofysiikan kurssi Liikuntabiologian laitos Jussi Peltonen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla.

RADIOAKTIIVISET AINEET, SÄTEILY JA YMPÄRISTÖ

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla


MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

FYSN300 Nuclear Physics I. Välikoe

SISÄISESTÄ SÄTEILYSTÄ AIHEUTUVAN ANNOKSEN LASKEMINEN

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

FL, sairaalafyysikko, Eero Hippeläinen Keskiviikko , klo 10-11, LS1

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

SÄTEILYALTISTUKSEN ENIMMÄIS- ARVOJEN SOVELTAMINEN JA SÄTEILY- ANNOKSEN LASKEMISPERUSTEET

TKK, TTY, LTY, OY, ÅA, TY ja VY insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe , malliratkaisut ja arvostelu.

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely

FY6 - Soveltavat tehtävät

ja J r ovat vektoreita ja että niiden tulee olla otettu saman pyörimisakselin suhteen. Massapisteen hitausmomentti on

Ydinpolttoainekierto. Kaivamisesta hautaamiseen. Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio

SÄTEILYTURVALLISUUS LENTOTOIMINNASSA

TASAVIRTAPIIRI - VASTAUSLOMAKE

5B. Radioaktiivisen isotoopin puoliintumisajan määrittäminen

Materiaalifysiikkaa antimaterialla. Filip Tuomisto Teknillisen fysiikan laitos Aalto-yliopisto

Kontaminaation mittaus säteilyn käytössä

Lämpöoppia. Haarto & Karhunen.

DOSIMETRIA YDINVOIMALAITOKSISSA

3 SÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

Lataa ilmaiseksi mafyvalmennus.fi/mafynetti. Valmistaudu pitkän- tai lyhyen matematiikan kirjoituksiin ilmaiseksi Mafynetti-ohjelmalla!

Käyttöopas (ver Injektor Solutions 2006)

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Ionisoiva Säteily Koe-eläintöissä. FinLAS Seminaari Mari Raki, FT Lääketutkimuksen keskus Helsingin yliopisto

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Radioaktiivisten aineiden valvonta talousvedessä

Transkriptio:

TYÖ 68. GAMMASÄTEILYN VAIMENEMINEN ILMASSA Tehtävä Välineet Tehtävänä on tutkia gammasäteilyn vaimenemista ilmassa ja esittää graafisesti siihen liittyvä lainalaisuus (etäisyyslaki). Radioaktiivinen mineraalinäyte 3307 (näyte 2), säteilymittari: Alpha ix 3000 + anturina ulkoinen Geiger-putki, mitta, statiivin jalusta + tanko sekä leukapuristin, yms. Kuva. Säteilymittari ALPHAiX 3000. (ks. käyttöohjeet moniste) Taustatietoja Radioaktiiviset mineraalinäytteet 3307 (torberniitti, monatsiitti, autuniitti, davidiitti) ovat uraania ja toriumia sisältäviä harvinaisia maametalleja, jotka lähettävät elektronisäteilyä (β - ) ja gammasäteilyä. Geigerputki ei pysty erottelemaan eri säteilylajeja.. Ytimen siirtyessä viritystilasta alempaan viritystilaan tai perustilaan syntyy lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä (λ < 0-9 m). (ks. MAOL s. 87 (84)). Säteilyä nimitetään gammasäteilyksi. Jos varauksisen hiukkasen kiihtyvyys on hyvin suuri, sen lähettämä sähkömagneettinen säteily osuu myös gammasäteilyn aallonpituusalueelle. Gammasäteilyä (γ) emittoiva nuklidi pysyy samana nuklidina. Radioaktiivinen ydin voi lähettää myös hiukkassäteilyä. Ytimestä voi emittoitua alfahiukkanen (α) eli heliumatomin ytimen 4 2+ ( He ). Jos ydin emittoi elektronin 2 (e- ) tai positronin (e + ), sen säteilyä kutsutaan beetasäteilyksi ja ainetta beeta-aktiiviseksi (β - ja β + ). Positroni on elektronin vastahiukkanen (antihiukkanen). Sen massa on yhtä suuri kuin elektronin massa ja sähkövaraus +e (MAOL s. 07-08 (04)). Alfa- ja beetasäteilyyn liittyy usein myös gammasäteilyn emittoiminen. Taulukossa (MAOL s. 02-06 (99-03)) on esitetty eri alkuaineiden isotooppeja ja hajoamistapoja puoliintumisaikoineen. Kuva 2. Gammasäteilyn vaimeneminen ilmassa Koska gammakvanttien ja ilman kaasumolekyylien välinen vuorovaikutus on suhteellisen vähäistä, säteilyn heikkeneminen on pääasiassa leviämisvaimenemista. Tämä johtuu siitä, että pistelähteestä kaikkiin avaruuden suuntiin etenevä fotonivirta jakautuu etäisyyden r kasvaessa yhä suuremmalle pallopinnalle, joten säteilyn intensiteetti pienenee verrannollisena suureeseen /r 2.

Mitatun laskentataajuuden tulisi siis noudattaa etäisyyslakia I = k 2 r missä I = intensiteetti, r = etäisyys säteilylähteestä ja k = vakio. Tästä nähdään, että riittävän etäisyyden pitäminen säteilylähteeseen on keskeisen tärkeää säteilyltä suojauduttaessa. (Arminen-Mäkelä-Mäkinen-Puhakka-Vierinen: Fysiikan laboratoriotyöt, Tammertekniikka, 2. painos 999, s. 64) Alfasäteily pysähtyy paperiarkkiin ja beetasäteily alumiinilevyyn. Gammasäteily sitä vastoin läpäisee helposti paperin ja alumiinilevyn (kokeile!). Ks. kuva 3. Kuva 3. Gammasäteilyä voidaan vaimentaa, mutta sen läpäisykykyä ei voida täysin poistaa. Fysikaalinen perustelu tälle ilmiölle on gammasäteilyn aaltoluonne (F5, s. 5-20). Useimmiten aalto läpäisee ainakin osittain esteen, mutta hiukkanen pysähtyy esteeseen. Esimerkiksi ääniaalto voi mennä paksun betoniseinän läpi, mutta seinään heitetty lyijykuula ei. Alfa- ja beetasäteily ovat hiukkassäteilyä. Gammasäteily koostuu sähkömagneettisista aalloista. Törmätessään aineeseen ne menettävät energiaa ja lopulta absorboituvat (imeytyvät) aineeseen. Alfahiukkasista muodostuu heliumkaasua, koska ne ottavat kaksi elektronia kiertolaisikseen. Elektroneista (e - ) koostuva beetasäteily jää aineeseen vapaiksi elektroneiksi. Positroneista (e + ) koostuva beetasäteily annihiloituu kohtaamiensa elektronien kanssa, ja näin muodostuu gammasäteilyä. Säteilyn yksikkönä käytetään (keskimääräistä) aktiivisuutta A, joka määritellään tiettynä aikana näytteessä tapahtuvien hajoamisten lukumääränä jaettuna tällä ajalla; N A =. t SI-järjestelmässä aktiivisuuden yksikkö on [ A ] = = Bq (becquerel). s Jos näytteen aktiivisuus A = Bq, niin näytteessä tapahtuu keskimäärin yksi hajoaminen sekuntia kohti. Säteilyn yksiköitä on lukuisia muitakin (ks. F s. 0002, F5 s. 5-56 (08-5), MAOL s.67,70,0 (98)). Kudoksen tai elimen keskimääräisen absorboituneen annoksen (D) yksikkö on gray ( Gy = J/kg). Ekvivalenttiannos (H) kudoksessa on säteilyn painotuskertoimilla kerrottujen keskimääräisten absorboituneiden annosten summa.

Ekvivalenttiannoksen yksikkö on sievert ( Sv = J/kg). Säteilyn aiheuttamien haitallisten myöhäisvaikutusten ilmaantumistodennäköisyyteen vaikuttaa annoksen lisäksi säteilyn laatu (säteilylaji ja energia). Tämä pyritään ottamaan huomioon säteilyn painotuskertoimilla. Ks. säteilyn laatukertoimet Q (MAOL s. 0 (98)). Ekvivalenttiannos H = Q D. Säteilyn aiheuttama haitallinen myöhäisvaikutus riippuu annoksen ja säteilylajin ja energian lisäksi myös siitä, mihin kudokseen säteily on kohdistunut. Vaara säteilyn aiheuttaman haitan syntymiselle on erilainen eri kudoksissa. Efektiivinen annos E on kudoksen tai elimen painotuskertoimella kerrottujen ekvivalenttiannosten summa (ks. F5, s. 5-56). Efektiivisen annoksen yksikkö on sievert (Sv). Suurimmat painotuskertoimet ovat sukurauhasilla, punaisella luuytimellä, paksusuolella, keuhkoilla ja mahalaukulla. Nämä ovat siis elimistön säteilyherkkiä osia. Annosnopeus ilmaisee, kuinka suuren säteilyannoksen ihminen saa tietyssä ajassa. Yksikkönä on säteilyannos/aika eli sievertiä tunnissa (Sv/h). Käytännössä käytetään yksiköitä millisievertiä tunnissa (msv/h) ja mikrosievertiä tunnissa (µsv/h). Ks. liite 2: Säteilyn yksiköt. Säteilyltä pyritään suojautumaan suurentamalla etäisyyttä säteilylähteestä käyttämällä sopivia suojaimia pienentämällä säteilyaikaa varomalla saastumista RADIOAKTIIVISTEN SÄTEILYLÄHTEIDEN KÄSITTELYOHJEITA: Käytettävät säteilylähteet on hyväksytty opetuskäyttöön Säteilyturvakeskuksen tyyppitarkastuksessa (STUK 06/322/90). Säteilylähteitä on säilytettävä lukittavassa varastokaapissa, joka on mahdollisimman etäällä laboratoriossa työskentelevistä henkilöistä. Radioaktiiviset aineet on suljettu metallifolion sisään ja sitten peitetty metalliverkolla, joka suojaa lähdemateriaalia mekaanisilta vaurioilta estämättä kuitenkaan alfa- ja beetasäteilyn ulospääsyä. Käsittele lähteitä vain pitkillä pinseteillä siten, että lähteiden ikkunaosa on poispäin henkilöistä ja että lähteen ja käyttäjän välinen etäisyys pysyy vähintään 30 cm:nä. (Pinsetit 33070 on erityisesti suunniteltu tähän tarkoitukseen). Pane aina lähde lyijyllä vuorattuun säilytyslaatikkoonsa välittömästi käytön jälkeen. Kädet on hyvä aina pestä heti työvuoron päätyttyä. Suoritusohjeita Mitataan ensin taustasäteilyn suuruus (pulssia/min) kolmen mittauksen keskiarvona. Geigerputki voidaan sijoittaa pöydälle vaaka-asentoon ja suorittaa kolme mittausta (IMP/min). Taustasäteilymittaukset kirjataan taulukkoon. Seuraavaksi mitataan gammalähteestä emittoituvan säteilyn voimakkuutta etäisyyden funktiona geigerputkella, joka on kytketty laskentataajuusmittariin tai pulssilaskuriin. Tässä työssä käytetään näytettä 2 (3307) ja säteilymittaria Alpha ix 3000, jonka ulkoisena anturi toimii geigerputki (Ks. mittarin käyttöohjeet). Lähteen voimakkuudesta riippuen mittausalue, siis geigerputken ikkunan ja lähteen välinen etäisyys voi yleensä vaihdella muutamasta cm:stä vajaaseen metriin. Säteilylähteen lähellä etäisyyttä voidaan muuttaa esimerkiksi cm:n välein, kauempana 3 cm:n välein. Mittauksia kannattaa suorittaa ainakin kymmenen välillä 0 cm -50 cm. Lähempänä säteilylähdettä on syytä ottaa useita mittauksia noin cm 2 cm välein. Mittauslaitteisto on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Mittauslaitteisto. Jokaisesta suoritetusta pulssimäärien (pulssia/min) mittauksista vähennetään kolmen taustasäteilymittauksen keskiarvo. Mittaustulokset kirjataan taulukkoon 2. MITTAUSPÖYTÄKIRJA Taulukko. Taustasäteilymittaukset. Mittaus i pulssia/min 2 3 Keskiarvo: x Taulukko 2. Mittaukset (etäisyys geigerputkesta, pulssimäärä minuutissa). Etäisyys Intensiteetti I o Intensiteetti I = I o - x säteilylähteestä (pulssia/min) (pulssia/min) r / cm Taustasäteily mukana. Taustasäteily vähennettynä.

Piirrä intensiteetin (pulssia/min) I riippuvuutta etäisyydestä säteilylähteestä r esittävä kuvaaja(r, I)-koordinaatistoon; I = I(r). (Liite.). ) Vastaako kuvaaja I = I(r) etäisyyslakia: I = k? (k = vakio) 2 r 2) Mitä muita suureiden 2 -riippuvuuksia fysiikassa esiintyy? r 3) Mitkä seikat aiheuttivat virhettä tuloksiin? 4) Miten mittaustarkkuutta voitaisiin parantaa? 5) Mainitse esimerkkejä säteilyn yksiköistä. (ks. esim. Lehto-Luoma: Fysiikka, s. 00-02, Lehto-Luoma: Fysiikka 5, s. 5-56, Lehto-Luoma: Energia yhteiskunnassa, s. 38).

Liite.