Выполнение работы
1. Подготовьте к работе радиометр (см. работу №3 п.1–5).
2. С помощью пипетки поместите 2–3 капли радиоактивного раствора фосфора-32 в алюминиевую чашечку.
3. Высушите пробу. Для этого алюминиевую чашечку с раствором поставьте под инфракрасную лампу в вытяжной шкаф с включенной вентиляцией.
4. Поставьте чашечку с пробой на подставку, поместите в блок детектирования и измерьте число импульсов n1 за 5 мин (i – номер измерения). Рассчитайте скорость счета от радиоактивного источника с фоном: Ni+f = ni+f /5 .
5. Подсчитайте скорость счета от радиоактивного источника: Ni= Ni+f – Nf .
6. Выньте чашечку с пробой из блока детектирования и поместите в шкаф для хранения.
7. Через 7 и 14 суток снова произведите аналогичные измерения (до уменьшения активности пробы минимум в два раза).
8. Результаты измерений и расчеты занесите в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Результаты измерений и расчетов
от радиоактивного источника с фоном ni+f,
Скорость счета от радиоак-тивного источника с фоном
счета от радиоак-тивного источника
Ni, имп/мин
Время, прошедшее от начала измерений
9. Постройте график и определите период полураспада.
Контрольные вопросы
1. Какими величинами характеризуется каждый радиоактивный изотоп?
2. Каков физический смысл постоянной распада?
3. Что называется периодом полураспада?
4. В каких единицах измеряется постоянная распада?
5. В чем измеряется период полураспада?
6. Как связаны между собой постоянная распада и период полураспада?
7. Влияют ли внешние условия на значения периода полураспада и постоянной распада?
8. Как определяются периоды полураспада долгоживущих изотопов?
9. Как определяется общее содержание калия в пробе?
10. Как определяется содержание радиоактивного калия в пробе?
11. Как определяются периоды полураспада короткоживущих радионуклидов?
Лабораторная работа №5. Определение содержания калия в удобрениях по бета-активности толстослойного образца
В природной среде присутствуют три основных изотопа калия: два стабильных – 39 К и 41 K (их распространенность составляет соответственно 93,08 и 6,91%), а также один радиоактивный – 40 К (0,0118%). Период полураспада 40 К равен 1,3∙10 9 лет, при этом 89% ядер этого изотопа распадаются с испусканием бета-частиц, максимальная энергия которых составляет 1,33 МэВ. Кроме этого у 11% ядер происходит захват орбитального электрона ядром. Наиболее вероятен захват ядром электрона с К-орбитали, находящейся в непосредственной близости к ядру. Поэтому процесс электронного захвата часто называют
К-захватом. При бета-распаде 40 К превращается в стабильный изотоп кальция 40 Са, при К-захвате образуются возбужденные ядра 40 Аг (аргон), переход которых в основное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов, энергия которых составляет 1,46 МэВ.
В каждом грамме природного калия содержится 27 Бк 40 К. Если принять среднее содержание калия в разных типах почв изменяющимся от 0,33 до 2,64 %, то это значит, что поверхностная активность 40 К в пахотном слое почвы составляет (2,7–21,6)·10 4 Бк/м 2 или
Изотоп 40 К – один из основных (по активности) естественных радионуклидов в почвах, растениях и объектах агропромышленного производства. В процессе хозяйственной деятельности человека потоки калия и в том числе 40 К в компонентах биосферы увеличиваются. Основным источником поступления калия в биосферу являются калийные удобрения. При средних нормах внесения калийных удобрений 60 кг/га в почву поступает 40 К в количестве 1,35·10 6 Бк/га.
В силу постоянства изотопного состава можно судить о содержании калия в образце по его радиоактивности. Так как содержание 40 К в природном калии мало, а его период полураспада велик, то активность образцов, содержащих калий, может быть достоверно измерена только в том случае, если используют большие навески, т. е. проводят измерения методом толстослойных образцов. Применяя этот метод, удельную бета-активность определяют в образцах такой толщины, что ее дальнейшее увеличение не приводит к увеличению выхода из образца бета-частиц.
Скорость счета бета-частиц, испускаемых толстослойным образцом, зависит от удельной активности и не зависит от массы и плотности образца.
Пробег бета-частиц 40 К можно вычислить по эмпирической формуле для бета-частиц с Емакс >0,8 МэВ:
Для изотопа 40 К максимальная энергия бета-частиц (Емакс) равна 1,33 МэВ и пробег равен 0,57 г/см 2 . При плотности порошкообразных образцов около 2 г/см 3 слой полного поглощения бета-излучения, например в КС1, будет около 3 мм. Следовательно, слои разной толщины, превышающие 3 мм, будут давать бета-активность, пропорциональную содержанию калия в том случае, если геометрическое расположение образцов относительно счетчика одинаково.
Цель работы: определить содержание калия в удобрениях по его естественной радиоактивности относительным методом.
Материалы и оборудование: радиометр КРВП-3Б, пробы KCl+NaCl с 10-, 20-, 30-, 40- и 53%-ным содержанием калия, удобрения с неизвестным содержанием калия.
Источник
Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов (Аэфф)
В процессе работы нашей лаборатории радиационного контроля у клиентов часто возникает вопрос: «Что необходимо сделать, чтобы строительному материалу присвоить класс по радиационной безопасности?», поэтому в данной статье мы попробуем разобраться в этом вопросе.
Что же такое удельная эффективность естественных радионуклидов, которую обозначают как Аэфф? Это искусственный интегральный параметр, который вычисляется по формуле:
A эфф = A Ra + 1.31 A Th + 0.085 A K
где ARa, ATh, AK — удельные активности радия, тория и калия соответственно, Бк/кг.
Радий (Ra-226), торий (Th-232) и калий (K-40) – это естественные радионуклиды (ЕРН), основные радиоактивные нуклиды природного происхождения, содержащиеся в строительных материалах.
Нормы для строительных материалов на удельную эффективную активность естественных радионуклидов (Аэфф) и соответственно разбивку по классам определяют СанПиН 2.6.1.2523-09 Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009, п 5.3.4., но данный документ никак не определяет правила и порядок измерения удельных активностей радия, тория и калия, не устанавливает условия наступления в пробе радиоактивное равновесии Ra-226 и Th-232 с остальными членами уранового и ториевого рядов. Поэтому для строительных материалов в 1995 году ввели в действие ГОСТ 30108-94, в котором определены экспрессный и лабораторный методы определения величины Аэфф, а также области применения данных методов.
В практике нашей работы мы используем лабораторный метод, который предназначен для:
— установления класса строительного материала (изделия);
— уточнения класса строительного материала (изделия) в случае получения граничных значений по экспрессному методу;
— сертификации продукции.
В описании метода приводятся требования по отбору и подготовке пробы, а вот время , в течении которого необходимо выдержать пробу для достижения радиоактивного равновесия ЕРН, ГОСТ не нормирует и отсылает к методике проведения измерения на используемом спектрометре-радиометре. В частности, на используемый в нашей лаборатории спектрометр-радиометр МКГБ-01 «РАДЭК», разработана соответствующая методика, которая аттестована ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» и занесена в Реестр Росстандарта под номером ФР.1.38.2011.10712. Данная методика определяет срок экспозиции проб в течении 15 дней.
Далее ГОСТ 30108-94 определяет порядок обработки результатов измерений 5 проб, выполненных на спектрометре-радиометре. В расчете используются только полученные в результате измерений значения удельных активностей ЕРН.
Так, в начале, по каждому радионуклиду (радий (Ra-226), торий (Th-232) и калий (K-40)) рассчитывается среднее арифметическое значение удельной активности ( Aj ) по формуле:
где i = 1, 2, …,n –номер навески;
n = 5 – количество навесок (проб).
Следующим шагом является вычисление Аэфф:
A эфф = A Ra + 1.31 A Th + 0.085 A K
где ARa, ATh, AK – средние значения удельной активности радия (Ra-226), тория (Th-232) и калия (K-40), вычисленные на предыдущем шаге.
Абсолютную погрешность ( ∆j ) определения удельной активности по каждому радионуклиду вычисляют по формуле:
где i = 1, 2, …,n –номер навески;
n = 5 – количество навесок (проб);
Aj — среднее арифметическое значение удельной активности каждого радионуклида;
αj – абсолютная погрешность методики определения Aj (приводится в описании методики измерений)
Абсолютную погрешность ( ∆ ) определения Аэфф вычисляют по формуле:
Конечный результат (Аэфф’ ) определения удельной эффективной активности ЕРН в контролируемом материале представляют в виде:
Максимальное значение удельной эффективной активности (Аэфф.м ), по которому материалу согласно ниже приведенной таблицы присваивается класс по радиационной безопасности с определением области применения, рассчитывается по формуле :
Удельная эффективная активность (Аэфф.м), Бк/кг
Класс материала
Область применения
Дорожное строительство в пределах населенных пунктов и зон перспективной застройки, строительство производственных сооружений.
Дорожное строительство вне населенных пунктов.
Вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно на основании санитарно-эпидемиологического заключения федерального органа исполнительной власти, уполномоченного осуществлять государственный санитарно-эпидемиологический надзор.
Наша аккредитованная лаборатория имеет необходимое оборудование и проводит данное испытание в соответствии с ГОСТ 30108-94.
Источник