Mag- és szilárdtestfizika laboratórium
Sugárvédelem és dozimetria Hagymási Imre III. éves fizikus
Mérés dátuma: 2008. május 7.
1.
A film-doziméter mérés
Ennél a mérésnél korábban előhívott film-doziméter sorozatból meghatározzuk a filmeket ért sugárzás dózisát és energiáját. A mérési gyakorlaton plaztik, dural, és SnPb ötvözetből készült szűrők alatt feketedett filmeket használtunk. A különböző filmeket átvilágítottuk és luxmérővel megmértük az átmenő fény intenzitását külön mind a három szűrő alatt. Az így kapott adatokat összehasonlítottuk egy be nem sugárzott filmhez tartozó intenzitásértékekkel úgy, hogy képeztük a fátyolon és a filmen áthaladó fény intenzitásának hányadosának logaritmusát: S = ln
I0 , I
(1)
ezt nevezzük feketedésnek, ahol I0 = 511.4 ± 1.17 lux 15 különböző helyen és időben megmért intenzitás átlaga alapján.. Ha az ismert dózisú kobalt referenciasorozatra ábrázoljuk a dózisfeketedés függvényt, kis dózisokra egyenest kapunk. Személyre szabott mérési feladatként én az első hat pontra illesztettem egyenest. Az illesztések az 1. ábrán láthatók. Az illesztett egyenesek (S = aD + b) paramétereit az 1. táblázat foglalja össze. Ezeket az egyeneseket b a (mGy−1 )
plasztik dural SnPb 0.015 ± 0.018 0.008 ± 0.014 0.04 ± 0.01 0.180 ± 0.006 0.1770 ± 0.004 0.149 ± 0.003 1. táblázat.
invertálva és behelyettesítve a különböző, de ismert energiájú és dózisú filmek feketedését, megkapjuk az azokhoz tartozó látszólagos dózist (D ∗ ). Innen minden filmre kiszámolhatjuk D∗ D∗ D ∗ /D értékeket. Ezután képezzük a D∗P l és D∗Du hányadosokat, majd ábrázolva őket az Du SnP b energia függvényében a 2. ábrán látható függvényalakokat kapjuk. Az ismeretlen filmeken is megmértük az intenzitást, majd meghatároztuk a látszólagos dózist, ennek segítségével min∗ D∗ D∗ den szűrő esetén kiszámolható DD értéke. Ennek felhasználásával képezhetjük a D∗P l és D∗Du Du SnP b hányadosokat és a 2. ábrán lévő függvények felhasználásával leolvashatjuk a hányadosokhoz D∗ tartozó energiát interpoláció segítségével. Mivel 45 keV fölött D∗P l nem alkalmas energiasD∗
D∗
Du
zámításra, D∗Du pedig 35 keV alatt nem használható, így a D∗Du ábra segítségével a 487-es SnP b SnP b filmre 273 keV, a 478-ra pedig 113 keV adódik. ∗ A dózis számításához szükség lesz az Nrel = DD energiafüggésére. Ezeket ábrázoltuk a 3. ábrán minden egyes szűrő estén. Az imént meghatároztuk az ismeretlen filmek esetén az energiaértékeket. A relatív érzékenység energiafüggése lehetővé teszi, hogy meghatározzuk a filmet ért dózisokat. Ugyanis Nrel interpolációval számolható minden szűrőre továbbá D ∗ is 2
1,2
8
0
S=ln(I /I)
0
S=ln(I /I)
0,8
4
0,4
0
0,0
0
20
40
60
0
2
4
6
D (mGy)
D (mGy)
(a) Plasztik szűrő.
(b) Dural szűrő.
9
0
S=ln(I /I)
6
3
0 0
20
40
60
D (mGy)
(c) SnPb szűrő.
1. ábra. Azonos energiával besugárzott filmek feketedése a dózis függvényében. ismert, így D megadható mindegyik szűrő esetén. Az ismeretlen filmekre számolt értékeket a 2. táblázat foglalja össze. A filmeket ért dózisokat a 3. táblázat mutatja. Azaz, ha a doziméter viselője 2 hónapig hordta a filmet, évi 11 hónapot dolgozott, akkor a 487-es filmnél túllépte az 5 évre vonatkozó 1 éves korlátot, mivel 23.25 mSv-et kapott, a 478-as film viselője pedig alatta marad a korlátnak, mivel ő 15.04 mSv-et kapott. (Itt felhasználtuk, hogy γ-sugárzás 3
20
40
60
80
100
120
140 0
1,8
1,8
1,6
1,4
1,4
400
600
800
1000
1200
1,06
1,06
1,05
1,05
1,04
1,04
1,03
1,03
1,02
1,02
1,01
1,01
1,00
1,00
0,99
0,99
1,2
1,2
1,0
1,0
0,98
0,98
20
40
60
80
100
120
140
0
200
400
600
E (keV)
80
100
120
50
50
40
40 30
30
1200
1400
/D
20
10
10
0
0
400
600
800
1000
1200
1400 3,5
3,0
3,0
2,5
2,5
2,0
2,0
1,5
1,5
1,0
1,0
durál
20
200
3,5
D
durál
D
0
60
SnPb
60
1000
(b)
/D
SnPb
40
800
E (keV)
(a)
60
1400
durál
/D D
D
plasztik
plasztik
/D
durál
1,6
200
0,5
0,5
40
60
80
100
120
0
E (keV)
200
400
600
800
E (keV)
(c)
(d)
2. ábra. esetén 1 mGy = 1 mSv.)
4
1000
1200
1400
film 487 478
∗ Dplasztik ∗ Ddural
∗ Ddural ∗ DSnP b
plasztik dural SnP b Nrel Nrel Nrel E (keV) 0.96 ± 0.02 2.90 ± 0.06 4.12 ± 0.53 4.18 ± 0.44 1.39 ± 0.57 273 1.02 ± 0.03 4.41 ± 0.09 5.93 ± 0.61 6.01 ± 0.37 1.39 ± 0.56 113
2. táblázat. film 487 478
Dplasztik (mGy) Ddural (mGy) 4.10 ± 0.03 4.17 ± 0.03 2.79 ± 0.03 2.69 ± 0.03
DSnP b (mGy) 4.31 ± 0.20 2.65 ± 0.20
D (mGy) 4.19 ± 0.20 2.71 ± 0.20
3. táblázat.
2.
Levegő Rn aktivitásának mérése
A mérés során rotációs szivattyúval levegőt áramoltattunk keresztül egy membránszűrőn Q = 3 (1.33 ± 3) mh teljesítménnyel, így fogtuk fel a szennyezőket. Három órás mintavétel után (a Rn leányelemeinek rövid felezési idejéből következik, hogy ennyi idő elegendő a radioaktív egyensúly beállásához) három percig vártunk. A mintát a hűlési idő letelte után a szcintillációs alfa mérőfejbe tettük, amivel a beütésszámokat mértük. A mért adatokat a 4. táblázat foglalja össze. Megmutatható, hogy a levegő radon aktivitását a következő formulával becsülhetjük: idő (perc) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
beütésszám 512 972 1382 1773 2108 2405 2712 2996 3287 3545
4. táblázat. Im − Ih Bq A = 0.0132 , µǫQ m3
5
(2)
ahol Im a mintavétel befejezésére extrapolált intenzitás
beütés perc
egységben, Ih = 2 beütés , Q a perc
3
szívás sebessége mh egységekben, µ = 0.98 a membránszűrő szűrési hatásfoka és ǫ = 0.27 az α-részecskék detektálási hatásfoka. Ábrázoljuk az egységnyi idő alatt érkező beütések logaritmusát és erre egyenest illesztünk. Ez látható a 4. ábrán. Az illesztett egyenes meredeksége 1 és tengelymetszete: −0.0151 ± 0.001 perc , 6.26 ± 0.03. Az egyenest extrapolálva megkapjuk, Bq hogy Im = 523 ± 2. Ebből a radon aktivitására ARn = (19.54 ± 0.5) m 3 érték adódik.
3.
Mérés a Pille-doziméterrel
A mérés során a 0001 jelzésű kulcsot használtam. A mérés elején kiolvastuk a háttér dózisteljesítményét. A kulcs a laborban a legutóbbi kiolvasás óta 163.6 órát állt, ezalatt 7.5 µGy dózist detektált. A dózisteljesítmény így D˙ hatter = 0.0458 µGy . h 137 Ezután a dozimétert a Compton-mérésnél használt Cs izotóptól néhány cm-re elheµGy lyeztük, árnyékolás nélkül. Ekkor 140.4 h -t kaptunk. Ezután az ólomárnyékolás mellett -t kapunk, ami azt mutatja, hogy igen jó az helyeztük el néhány cm-re 53 pecig, ekkor 0.6 µGy h ólom árnyékolás. Az árnyékolás nélküli dózisteljesítmény kb. 1760-szor nagyobb az országos 80 nGy átlagnál. A természetes háttérsugárzás 0.34 µGy értékét is jóval meghaladja a mért h h érték. Ha azt akarjuk, hogy a kapott napi teljesítmény ne haladja meg a természetes háttérsugárzás egy napi járulékát, akkor ∼ 9 s-ig tartózkodhatunk a detektor helyén árnyékolás nélkül, 34 percig árnyékolással.
6
20
24
40
60
80
100
120
140 24
22
22
20
20
18
18
16
16
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
5,0
5,0
4,5
4,5
4,0
14
plasztik
plasztik
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
Nrel
Nrel
4,0
3,5
3,5
3,0
3,0
2,5
2,5
2,0
2,0
1,5
1,5
1,0
1,0
0,5
0,5
20
40
60
80
100
120
140
0
200
400
600
(a)
40
60
1400
(b)
80
100
120
140 20
18
18
16
16 durál
14
Nrel
1200
0
14
12
12
10
10
8 6
400
600
800
1000
1200
1400
5,0
4,5
4,5
4,0
4,0
3,5
3,5
durál 3,0
3,0
2,5
2,5
8
2,0
2,0
6
1,5
1,5
1,0
1,0
4
4
200
5,0
Nrel
20
1000
E(keV)
E (keV)
20
800
0,5
0,5
20
40
60
80
100
120
140
0
200
400
600
E (keV)
80
100
120
1,6
1,6
1,4
1,4
1,2
1,2
1400
200
400
600
800
1000
1200
1400
1,5
1,5
1,4
1,4
1,3
1,3
SnPb
1,0
1,0
Nrel
SnPb
Nrel
1200
(d) 0
60
1000
E (keV)
(c)
40
800
1,2
1,2
1,1
1,1
1,0
1,0
0,8
0,8
7
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2 40
60
80
100
120
0,9
0,9 0
200
400
600
1000
1200
1400
E (keV)
E (keV)
(e)
800
(f)
3. ábra. Relatív érzékenységek az energia függvényében rendre a plasztik, dural és SnPb szűrőknél.
ln(beütésszám)
0
20
40
6,3
6,3
6,0
6,0
5,7
5,7
5,4
5,4 0
20
40
idö (perc)
4. ábra. A beütésszám logaritmusa az idő függvényében és az adatpontokra illesztett egyenes.
8
