Työ 55, Säteilysuojelu Ryhmä: 18 Pari: 1 Joas Alam Atti Tehiälä Selostukse laati: Joas Alam Mittaukset tehty: 7.4.000 Selostus jätetty: 1.5.000
1. Johdato Tutkimme työssämme kolmea eri säteilylajia:, ja -säteilyä. Kaikki edellä maiitut säteilytyypit sytyvät atomie ytimissä tapahtuvista ilmiöistä. -säteily sytyy ku labiili ydi emittoi 4e-ytime, jossa o kaksi protoia ja kaksi eutroia. -säteily katama riippuu se liike-eergiasta, mutta o yleesä suhteellise lyhyt. Se absorboituu ohuisiiki esteisii, ja ilmassa katama o muutamie settimetrie luokkaa. -säteilyä o kahta eri tyyppiä. - -hajoamisessa, ytime eutroi muuttuu elektroiksi, protoiksi ja atieutriioksi, joista vai elektroi ja atieutriio emittoituvat pois ytimestä, ja ytime varausluku kasvaa täte yhdellä. + -hajoamisessa taas protoi muuttuu positroiksi, eutroiksi ja eutriioksi. -säteily ei ole hiukkassäteilyä kute edelliset, vaa lyhytaaltoista sähkömageettista säteilyä. Sitä sytyy ytimie siirtyessä alempii viritystiloihi ja yleesä myös muide säteilylajie yhteydessä.. Laitteisto ja meetelmät Gammasäteily mittaamie Gammasäteily lähde oli 60Co-isotooppi, jossa yhde atoimi hajotessa sytyy kaksi gammakvattia eergioiltaa 117 ja 1 kev. Lisäksi säteilylähteestä vapautuu betahiukkasia, joita käyttämämme BICRON-tuikedetektori ei havaitse. Lähtee aktiivisuus oli 5..1988, 16 Ci ja 60Co: puoliitumisaika o 5,7 a. Detektori pohja ala o a=5,07 cm^ ja se havaitsee oi =% siihe osuvista gammakvateista ja detektori etäisyys lähteestä oli helposti säädeltävissä ja mitattavissa. Esimmäiseksi mittasimme gammasäteily pulssitaajuude kymmeellä eri sopivasti valitulla etäisyydellä, mittausajalla t=10s. Sitte selvitimme taustasäteily vaikutukse mittauksii, mittaamalla säteilyä t=00s aja r=80cm: etäisyydellä lyijytiili lähtee ja detektori välissä ja ilma. Seuraavaksi tutkimme pulssimäärä hajotaa suorittamalla mittaukset 15 kertaa etäisyydellä r=5cm, t=10s ja r=0cm, t=10s. Lopuksi mittasimme lyijylevy vaimeusta pulssitaajuutee etäisyydellä r=0cm. - ja -säteily Alphalähteeä käytimme 41Am- ja betalähteeä 90Sr-isotooppita. 41Am: puoliitumisaika o 4 a ja lähteestä saatavie alphahiukkaste liike-eergia o 5,5 MeV. 90Sr: lähettämie betahiukkaste maksimiliike-eergia o 0,5 MeV ja lähtee puoliitumisaika o 9 a. Mittaria käytimme Nuclear Eterprises P, C.M.5/1 ja aturia ZS-tuikepäätä ja valomoistiputkea. Aturi havaitsee tuikepäähä osueista alphahiukkasista 1% ja betahiukkasista %. Lähtee halkaisija o (10,00,) mm, mylarkalvo tiheys o 1600 kg/m^ ja pleksi tiheys o 100 kg/m^.
Kaavoja ajoamie o tapahtuma, joka oudattaa todeäköisyyslakeja. ajoamislai mukaa N t N 0 e (1) missä o ajasta riippumato hajoamisvakio ja N0 o ytimie määrä alkuhetkellä. Puoliitumisaika T½ o aika, joka kuluessa radioaktiiviste ytimie määrä o vähetyyt puolee. Kaavasta (1) saadaa puoliitumisajaksi l T 1 / () ajoamistapahtumie opeude mittaa käytetää aktiivisuutta A, joka o hajoamiste lukumäärä aikayksikössä Absorboituut aos dn A () dt E D (4) m o pieee massa-alkioo absorboituut säteilyeergia ja se imitys o Gray. Se sopii kaikille säteilylajeille kaikissa väliaieissa. Edellisestä saadaa suoraa aosopeus eli absorboituut aos aikayksikköä kohti D D (5) t Seuraavaksi tutkitaa gammasäteily koeasetelmaa. Jos radioaktiivie pistelähde o etäisyydellä r detektorista, o detektori havaitsema pulssitaajuus A (6)
missä o gammakvattie lukumäärä radioaktiivista hajoamista kohti, o detektori efektiivisyys ja se avaruuskulma, jossa lähde äkee detektori. Ku kaavaa lasketaa : arvo, saadaa pulssitaajuudeksi a A (7) 4r missä a o detektori pita-ala. Kirjoitetaa vielä aosopeus muotoo 1 D A (8) r missä tekijä o aosopeusvakio, joka riippuu säteilylähteeä olevasta isotoopista. Aosopeudesta saadaa biologie aosopeus kertomalla se altistumisajalla ja säteilykohtaisella laatukertoimella Q QtA (9) r Aosopeudeksi s: paksuise kudokse taakse saadaa D s D 0 e (10) missä D0 o aosopeus kudokse edessä ja o kudokse matkavaimeuskerroi. Ku D0: paikalle sijoitetaa kaava (8) aosopeus, saadaa D e A r s (11). Tulokset Gammasäteily Aktiivisuus Liitteesee () o piirretty pulssitaajuus 1/r^: fuktioa, eli kaava (7) kuvaaja. Kuvaaja arvot o taulukoitu liitteesee (1) ja virheet o laskettu liitteessä ().
Kuvaajasta ähdää että suora ei kulje origo kautta, mikä johtuu taustasäteilystä. Taustasäteily ei vakioa kuitekaa vaikuta kulmakertoimee, joka avulla aktiivisuus A lasketaa. Ratkaistaa suora yhtälö kulmakertoimesta A, ja sijoitetaa arvot. Kulmakertoime arvo virherajoiee o laskettu liitteessä (). A 4k a (1) 4,96m / s Sijoittamalla saadaa A 114, 6kBq 4. Aktiivisuude 0, 5,07 10 m virheeksi saadaa A 4k a (1) 4 0,11m / s Sijoittamalla arvot, saadaa A, 7kBq 4. Lähtee 0,75,0710 m alkuperäie aktiivisuus. 1 vuotta sitte oli 59 kbq. Tämähetkie aktiivisuus saadaa kaavasta A t l 1/ A e (14) 0 T 1,099al 5,7a Sijoittamalla arvot kaavaa (14), saadaa A 59kBq e 10,6kBq, mikä o samaa suuruusluokkaa mittauksista saadu aktiivisuude (1154) kbq: kassa, mutta ei teoreettisea arvoa ole täsmällee sama. Puoliitumispaksuus Pulssitaajuude pieeemie väliaieessa voidaa laskea kaavasta s 0 e (15) missä o matkavaimeuskerroi ja s kuljettu matka. Matkavaimeuskertoime avulla voidaa laskea puoliitumispaksuus kaavalla
l s 1 / (16) Ratkaisemalla kaavoista (15) ja (16) puoliitumispaksuus, saadaa s 1 / sl (17) l 0 missä s = (4,40,1) mm o lyijylevy paksuus, 0 = 1175/00s 8,6 1/s o pulssitaajuus ilma lyijylevyä ja = 1087/00s 8,6 1/s o pulssitaajuus lyijylevy kassa. Taustasäteily pulssitaajuus o saatu liitteestä (1) ja se suuruus o 8,6 1/s. 0,0044m l Sijoitetaa arvot: s1/ 1, 1cm. Virheet saadaa kaava (17),8 l 0,0 osittaisdifferetiaalilla: s l s s 1 / 0 l s 0 l 0 0 0 0 (18) mihi arvot sijoittamalla saadaa puoliitumismatka virheeksi 0,0 cm. Virhetarkastelu Toistokokee tulokset o taulukoitu liitteesee (1). Saimme N=15: mittaukse tuloksia r=5,0cm: mittauksille keskiarvoksi 11,4 1/s ja r=0,0cm: mittauksille keskiarvoksi 61, 1/s. Keskiarvo keskivirhe voidaa laskea iille kaava i N( N 1) (19) Poisso-jakautueelle jakaumalle keskihajota voidaa laskea kaavalla (0)
Sijoittamalla arvot saadaa seuraavat tulokset: Taulukko 1. Virheet r (cm) 5 15,7 111 0 7,0 4,7 Biologie säteilyaos Lasketaa biologie aosopeus työsketelyetäisyydellä kaava (9) avulla: 1,0 1,0h,4 10 1 Svm h 0,80m 1 Bq 1 114,6 10 Bq 0,061Sv Virheet saadaa kaava (9) osittaisdifferetiaalilla: QtA t A r (1) r t A r 1,0 1,0h,4 10 1 Svm h 0,80m 1 Bq 1 114,6 10 Bq 0,1h,7Bq 0,10m 0,0Sv 1,0h 114,6Bq 0,80m Taustasäteily Mittasimme pulssitaajuude 80 cm: etäisyydellä lähteestä ilma lyijytiileä välissä, ja se kassa. Näi saimme selville taustasäteily vaikutukse mittauksii. Taustasäteily pulssitaajuudeksi saatii 8,6 1/s ja taustasäteily ja lähtee yhteiseksi pulssitaajuudeksi ko. etäisyydellä saatii,9 1/s. uomataa siis että taustasäteily aiheuttama aos o suuruusluokaltaa merkittävästi suurempi (oi 87% säteilystä ku r=80cm) kui lähtee aiheuttama aos työ aikaa työsketelyetäisyydellä. - ja -säteily Alphasäteily pulssitaajuudeksi 5 mm: päässä kalvosta saimme (900100) 1/s ja 14 m: paksuise mylarkalvo kassa (0,0,) 1/s, eli lähes olla. Raja-etäisyydeksi, jolla alphasäteilyä ei eää havaittu, saimme (01) mm. Betasäteilylle mittasimme (050) 1/s 5mm: etäisyydellä lähteestä, ja vastaavasti mylarkalvo välissä (050) 1/s. Mittasimme myös betasäteily pulssitaajuude (,10,5) mm: paksuise pleksilevy läpi ja saimme (4510) 1/s. Mylarkalvo massa voidaa laskea kaava
d m h () Kaavoista (4), (5), (8), (9) ja (1) saadaa biologiseksi aosopeudeksi 4Q hd E t () joho sijoittamalla saadaa alphasäteily aiheuttama aos mylarkalvoo 6 19 4 0 900 / 0,1 1/ s 5,5 10 1,6010 J 6 14 10 m 0,0100m 1600kg / m 600s 67Sv / h : virhe saadaa osittaisdifferetoimalla kaavaa (): 4Q E hd t d d (4) =67,4(0,4+0,04)=5Sv/h Lasketaa yt kaava () avulla betasäteily aiheuttama aos mylarkalvolle: 6 19 4 10 / 0,1/ s 0,510 1,60 10 J 6 14 10 m (0,0100m) 1600kg / m 600s 0,0187Sv / h =0,0187(0,1+0,04) Sv/h =0,007Sv/h ja pleksilevylle: 6 19 41(0 45) / 0,1/ s 0,510 1,6010 J 0,001m (0,0100m) 100kg / m 600s 0,000097Sv / h =0,0001(0,+0,04) Sv/h =0,00006Sv/h
4. Yhteeveto Gammasäteilyltä o hakala suojautua, koska se läpäisee väliaieita paremmi kui alpha- ja betasäteily. Alphasäteily o kuiteki vaarallisempaa joutuessa sisäelimii esimerkiksi ravio mukaa, koska alphahiukkasilla o sähkövaraus kohtalaise suuri massa. Vaarallisuus huomataa suuresta aoksesta mylarkalvolle, mikä o laskettu yllä. Mittauksia tehdessämme emme saaeet suuria aoksia mitatuista lähteistä verrattua säädettyihi rajoihi ja taustasäteilyy. Aktiivisuusmittaukse tulos (1154) kbq äyttää oistuee kohtalaise hyvi, ku verrataa sitä teoreettisee arvoo. Liitteet Liite 1. Mittauspöytäkirja Liite. =f(1/x^) -kuvaaja Lähdeviitteet Classical ad Moder Physics, Iteratioal editio, Gettys, Keller, Skove, 1989 Fysiika Laboratoriotyöt, Jukka Vaari, Suome fyysikkoseura r.y, Gummerus 1994 Maol-taulukot, Matematiikka, Fysiikka, Kemia, Seppäe, Otava 199.