новая папка 2 / 49919

Министерство сельского хозяйства РФ.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии

имени К.И.Скрябина"

__________________________________________________________

Пак В.В, Лысенко Н.П.

ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО РАДИОМЕТРИИ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Москва - 2013

2

УДК 619:53.16

Пак Василий Васильевич, Лысенко Николай Петрович.

План лабораторных работ по радиометрии. Учебно-методическое пособие. М.: ФГБОУ ВПО "МГАВМиБ имени К.И.Скрябина", 2013.

Предназначено для преподавателей и студентов всех факультетов

Кратко изложены: теоретическая часть, общая постановка задачи, порядок выполнения работы, приведены контрольные вопросы к защите лабораторной работы и способ оценки результатов по балльнорейтинговой системе.

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. Способы и средства защиты от ионизирующих излучений при ведении животноводства и технологической переработке продукции животноводства в условиях радиоактивного загрязнения и при использовании ионизирующих излучений в радиационной технологии.

Теоретическая часть.

Со времени аварии на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) интерес общественности к проблемам радиационной безопасности населения и персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения, постоянно возрастает.

В последние годы в нашей стране приняты важные Федеральные законы: ―О радиационной безопасности населения‖ и ―Об использовании атомной энергии‖. Эти законы определяют правовые основы обеспечения охраны окружающей среды и радиационной безопасности населения. В Федеральном законе ―О радиационной безопасности населения‖ указано: ―Радиационная безопасность населения – состояние защищенности настоящего и будущего поколения людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующих излучений‖. ―Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории РФ, имеют право на радиационную безопасность. Это право обеспечивается за счет проведения комплекса мероприятий по предотвращению радиационного воздействия на организм человека ионизирующего излучения выше установленных норм, правил, нормативов…. ‖

На основе указанных законов разработаны и утверждены ―Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)‖, регламентирующие требования законов в форме основного дозового предела, допустимого уровня воздействия ионизирующих излучений и других требований по ограничению облучения человека. Требования по защите людей от вредного радиационного воздействия при всех уровнях облучения от источников ионизирующего излучения устанавливают ―Основные санитарные правила обеспечения радиационной ‖ (ОСПОРБ - 99).

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

Общая постановка задачи

Цель занятия – ознакомить студентов с основными санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ) и нормами радиационной безопасности (НРБ), требованиями к устройству и оборудованию радиологических лабораторий, хранению радиоактивных

4

веществ, а также с использованием индивидуальных средств защиты при работе с радиоактивным веществами и при производстве и технологической переработке продукции сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения

Оснащение занятия. 1. ОСПОРБ-99 и НРБ-99. 2. Средства индивидуальной защиты: перчатки, халаты, шапочки, пластикатовые нарукавники, полухалаты, полукомбинезоны, фартуки, бахилы, респираторы «Лепесток», защитные щитки, пневмокостюмы. 3. Пластинки из разных материалов (пластикат, линолеум, плексиглас, стекло, глазурованная и метлахская плитка). 4. Дезактивирующие жидкости (10%-ные растворы фосфата натрия, щавелевой кислоты, раствор порошка «Защита»). 5. Рефлектор. 6. Радиометры СРП-68-01, ДРГ01-Т1, ДБГ-01Н, РУП-1. 7. Наборы дистанционных инструментов. 8. Полуавтоматические пипетки и пипетки с грушей. 9. Кюветы с защитным экраном.

Порядок самостоятельной работы. 1. Изучить основные положения ОСПОРБ-99 и НРБ-99. 2. Ознакомиться со средствами индивидуальной защиты и научиться пользоваться ими. 3. Подготовить рабочее место для работы с открытыми радиоактивными источниками. 4. Отработать приемы работы с дистанционными инструментами и механическими пипетками для отбора радиоактивных жидкостей. 5. Определить эффективность дезактивации различных поверхностей (пластикат, линолеум, плексиглас, стекло, глазурованная и метлахская плитка) разными дезактивирующими средствами (10%-ные растворы фосфата натрия, щавелевой кислоты, раствор порошка «Защита», вода). Для этого на пластинки из указанных материалов нанести по капле раствора радиоактивного фосфора, высушить и определить скорость счета с помощью радиометра. Провести дезактивацию разными средствами, высушить и снова определить скорость счета, установить эффективность дезактивации. 6. Провести дозиметрический контроль посуды, инструментов, оборудования, спецодежды радиометрами СРП-68-01, ДРГ01-Т1, ДБГ-01Н, РУП-1 или другими. 7. Ознакомиться с учебными помещениями (хранилище изотопов, фасовочная, радиометрическая, радиохимическая, моечная, виварий).

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы № 1.

1.Какими документами регламентируются основные дозовые пределы, уровни облучения и условия работы с источниками ионизирующих излучений?

2.В чем сущность принципов нормирования, обоснования и оптимизации?

3.Какие основные цели радиационной безопасности?

4.Что такое дезактивация и какие способы дезактивации применяют при радиоактивном загрязнении различных объектов?

5

5. Какие необходимы меры защиты и личной гигиены при производстве и технологической переработке продукции животноводства в условиях радиоактивного загрязнения?

Способ оценки результатов

Оценка лабораторной работы проводится по балльно-рейтинговой системе. Выполнение и защита лабораторной работы оценивается в 10 баллов (в том числе 5 баллов – за корректно выполненные измерения и расчеты и 5 баллов – за теоретические выводы и защиту лабораторной работы).

Лабораторная работа № 2. Методы и средства обнаружения и регистрации радиоактивных излучений.

Теоретическая часть

Все существующие в настоящее время методы измерения радиоактивности и соответствующие им детекторы можно разделить на три группы: химические, ионизационные и оптические. В основе их работы лежат явления взаимодействия излучений с веществом – возбуждение и ионизация.

Подробную информацию о методах регистрации радиоактивности читайте в учебнике «Радиобиология» (Лысенко Н.П., Пак В.В. и др.,2012) глава 2 и в «Практикуме по радиобиологии» (Н.П. Лысенко, В.В. Пак и др., 2007) глава 2, стр.11.

Общая постановка задачи

Цель работы - приобретение навыков работы с радиометрической аппаратурой и проведения радиометрических измерений

Для достижения цели необходимо изучить основные принципы устройства систем для регистрации ионизирующих излучений (детектор + измерительная аппаратура), ознакомиться с основными типами переносных, лабораторных и стационарных радиометров, освоить порядок подготовки их к работе и проведения измерений.

Для приобретения практических навыков работы на различных типах радиометров следует выполнить ряд упражнений.

Упражнение 1. Детекторы ионизирующих излучений, их

устройство, принцип работы. Типы и классификация детекторов

Детектор – это часть (элемент) приборов, применяющихся для обнаружения ионизирующих излучений, измерения их энергии и других свойств. Детектор является важнейшим элементом большинства приборов и

6

сложных установок, предназначенных для измерения ионизирующих излучений.

Подробную информацию о принципах устройства и работы детекторов читайте в учебнике «Радиобиология» (Лысенко Н.П., Пак В.В. и др., 2012, глава 2) и «Практикуме по радиобиологии» (Н.П.Лысенко, В.В.Пак и др. 2007, глава 2, стр.11)).

Цель работы. Ознакомиться с классификацией, принципом устройства и работы детекторов ионизирующих излучений, научиться определять пригодность счетчика для регистрации различных видов излучения.

Материалы и оборудование: детекторы различных типов и конструкций, схемы детекторов

Ионизационные камеры. Одним из распространенных детекторов излучения являются ионизационные камеры. Их применяют для измерения всех типов ядерных излучений. По конструктивному оформлению ионизационные камеры могут быть плоские, цилиндрические и сферические с объемом воздуха 0,5…5 л. Есть миниатюрные ионизационные камеры - наперстковые, смонтированные в футляре, по форме похожие на авторучку. Их используют как индивидуальные дозиметры (ИД-0,2, КИД-2, ДП-22В, ДП-24 и др.) Воздушный объем таких камер колеблется от нескольких кубических сантиметров до их долей. Камеры с большим объемом более чувствительны, поэтому их используют для измерения малых доз излучения.

Далее необходимо ознакомиться с принципом работы пропорциональных счетчиков, счетчиков Гейгера-Мюллера и сцинтилляционных счетчиков, а также освоить метод оценки пригодности счетчика для регистрации различных видов излучения.

Упражнение 2. Приборы для измерения ионизирующих излучений

Приборы для измерения ионизирующих излучений можно условно разделить на три группы: радиометры, дозиметры и спектрометры.

Радиометры предназначены для измерения активности радиоактивных веществ, плотности потока ионизирующих излучений, удельной и объемной активности газов, жидкостей, аэрозолей, различных объектов внешней среды, продуктов растительного и животного происхождения, а также удельной поверхностной активности.

Дозиметры предназначены для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, поглощенной дозы излучений, мощности экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, мощности поглощенной дозы и интенсивности ионизирующих излучений.

Спектрометры предназначены для измерения распределения излучений по энергии, заряду и массам, а также пространственно-временных распределений излучений

Прибор, состоящий из детектора (счетчика) излучения, блока высокого напряжения, таймера (электронного секундомера) и регистрирующего устройства, называется радиометром. Радиометр при фиксированном

7

времени измерения (t) регистрирует количество импульсов напряжения (n). В результате можно рассчитать скорость счета (N = n/t) – количество импульсов в единицу времени, например, имп/с.

Радиометр регистрирует отдельные импульсы даже в том случае, если образец отсутствует. Эта величина – фон счетчика (Nф). Источником его являются космическое излучение и излучение отдельных рассеянных в окружающей среде естественных радиоактивных нуклидов. Для снижения фона счетчика измеряемый образец помещают в свинцовый домик со стенками свинца толщиной 2 см и более. При определении скорости счета препарата (образца) скорость счета фона всегда вычитают:

Nпр = N – Nф.

Измерения скорости счета можно проводить на одном из предложенных преподавателем приборов: на радиометрах «ПСО-2-5» или

«Эксперт».

Радиометры «ПСО-2-5» и «Эксперт» состоят из пересчетного устройства, блока питания и счетчика Гейгера-Мюллера (СБТ-10, СБТ-13), помещенного в свинцовый домик.

Порядок работы на радиометре «ПСО-2-5»:

1.Подключить радиометр к сети переменного тока.

2.Нажать кнопку «Сеть» на задней панели прибора, прогреть прибор 3- 5 минут.

3.Перейти в режим «Работа» и провести измерения в соответствии с описанием , прилагаемом к лабораторной работе.

Порядок работы на радиометре «Эксперт»:

Радиометр «Эксперт» отличается от радиометра «ПСО-2-5» только пересчетным устройством, на котором помещен жидкокристаллический дисплей и два функциональных ползунковых тумблера управления. Одним из них прибор включается, другой задает альтернативные режимы времени измерения: 10 или 100 секунд.

После включения радиометр «Эксперт» работает циклично: автоматически начинает измерение, сигналом предупреждает о появлении результата, сохраняет его в течение 10 секунд на дисплее, после чего снова переходит в режим измерения. При такой схеме работы прибора необходимо отбросить первое показание после включения прибора и первое показание при смене препарата или времени измерения.

Общая постановка задачи.

Цель работы - изучить устройство радиометров применяемых для радиационного контроля объектов ветнадзора, освоить порядок подготовки к работе радиометров ПСО2-5, УС-6, «Эксперт» и других, имеющихся в лаборатории, произвести проверку пересчетной схемы и дать заключение о пригодности прибора для радиационного контроля.

8

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с устройством радиометров типа "ПСО-2-5" или

"Эксперт".

2.Включите прибор в сеть.

3.Подготовить прибор к работе в соответствии с методическими указаниями.

4.Установить режим «Проверка» и проверить пересчетную схему.

5.Установить режим «Работа» и подать на детектор рабочее напряжение (устанавливается экспериментально, см. упражнение 3).

6.Измерить количество импульсов (nф) при отсутствии в свинцовом домике какого-либо образца (природный радиационный фон). Рассчитайте скорость счета фона Nф = nф/tф, имп/с.

7.Препарат, предложенный преподавателем, положить на специальную подложку и поместить в свинцовый домик радиометра. Закрыв домик, измерить количество импульсов за 100 с (n). Рассчитать скорость счета: N = n/t, имп/с.

8.После окончания измерений препараты переложить из свинцового домика в специальный контейнер, выключить радиометр, отсоединить блок питания от источника тока.

9.Рассчитать скорость счета исследуемого препарата: Nпр = N – Nф,

имп/с

Упражнение 3. Определение счетной (рабочей) характеристики газоразрядного счетчика.

Рабочая (счетная) характеристика счетчика выражает зависимость числа регистрируемых счетчиком импульсов от подаваемого на него напряжения. Ее основные рабочие параметры: напряжение начала счета, напряжение начала «Плато», напряжение конца «Плато», протяженность «Плато», наклон «Плато» в процентах на 1 или 100 В, рабочее напряжение и скорость счета от натурального фона (имп/мин). Все эти показатели необходимо определить перед использованием счетчика в работе, так как они могут измениться при его хранении и транспортировке, периодически— после 2—3 мес. эксплуатации счетчика или в случае значительного изменения показателей скорости счета от фона или эталонного источника.

При выбранном наиболее рациональном рабочем напряжении проводят все измерения активности счетных образцов

Цель работы: освоить метод определения счетной (рабочей) характеристики газоразрядного счетчика и оценки качества счетчика по основным параметрам его работы.

Материалы и оборудование: радиометры, газоразрядный счетчик МСТ-17 или СБТ-10, радиоактивные эталонные источники, масштабнокоординатная бумага, линейки.

9

Порядок выполнения работы.

1.Подготовить к работе радиометр со счетчиком MСT-17.

2.Поместить под счетчик радиоактивный источник невысокой активности.

3.Постепенно повышать напряжение на счетчике до тех пор пока не начнется регистрация отдельных импульсов. Это напряжение отметить как напряжение начала счета V1.

4.С этого момента напряжение на счетчике повышать скачкообразно через каждые 25-50 В и определять скорость счета при каждом установленном напряжении. Наступит момент, когда увеличение напряжения не будет приводить к существенному изменению скорости счета. Эта область напряжения соответствует напряжению области Гейгера и называется «Плато» счетчика. Напряжение перехода в область «Плато» отметить как напряжение начала «Плато» V2.

5.Повышение подаваемого на счетчик напряжения и определение скорости счета проводить до заметного увеличения скорости счета, примерно на 15—20 %, но не вводить счетчик в область непрерывного разряда. Это напряжение отметить как напряжение в конце «Плато» Vз.

Форма записи результатов измерения.

Для оценки качества счетчика сравнить полученные данные с его параметрами указанными в паспорте.

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы № 2.

1.На чем основан химический метод регистрации излучения?

2.На чем основан ионизационный метод регистрации излучения?

3.Каков принцип действия счетчика Гейгера-Мюллера?

4.На чем основан оптический метод регистрации излучения?

5.Что такое сцинтиллятор?

6.Какое явление взаимодействия излучений с веществом лежит в основе химических, ионизационных и оптических методов регистрации излучения?

7.Опишите порядок работы на радиометре «ПСО-2-5».

8.Опишите порядок работы на радиометре «Эксперт».

9.Что такое а) скорость счета фона; б) скорость счета препарата?

10.Охарактеризуйте основные части радиометра.

11.По каким признакам проводится классификация счетчиков Гейгера-Мюллера?

12.Что такое счетная характеристика и как она определяется?

10

Способ оценки результатов

Оценка лабораторной работы проводится по балльно-рейтинговой системе. Выполнение и защита лабораторный работы оценивается в 10 баллов (в том числе 5 баллов – за корректно выполненные измерения и расчеты и 5 баллов – за теоретические выводы и защиту лабораторной работы).

Лабораторная работа № 3. Определение эффективности счета препаратов (градуировка радиометрических приборов).

Теоретическая часть

Цель большинства радиометрических измерений – определить активность препаратов (Апр), т.е. определить истинное количество распадов атомов, происходящих в единицу времени. В Международной системе единиц (СИ) активность измеряется в Бк (Беккерелях), 1Бк = 1 расп/с; внесистемная единица измерения активности – Ки (Кюри), 1 Ки = 3,7•1010 Бк. Поскольку активность зависит от числа радиоактивных атомов, то эта величина является количественной мерой содержания радионуклидов в изучаемом образце и широко используется при оценке уровней загрязнения сельскохозяйственных объектов.

Скорость счета препарата (Nпр) и его активность (Апр) пропорциональны, но не равны:

Nпр = Апр • К

Коэффициентом пропорциональности является величина К, которая называется эффективностью счета. Под эффективностью счета К понимают отношение скорости счета препарата к полному числу распадов атомных ядер, происходящих в препарате в единицу времени, т.е. к активности препарата. Эффективность счета – это величина, которая показывает, какая часть активности препарата регистрируется радиометром.

Nпр

К = Апр • 100 %

Эффективность счета может измеряться в долях единицы или в процентах (%). Например, эффективность счета препарата, содержащего 90Sr, на радиометре «Эксперт» составляет 15%. Это означает, что только 15% от всех частиц, образовавшихся при распаде радионуклида в препарате, попало в объем детектора, вызвало ионизацию атомов газа и цепную реакцию образования лавины электронов, падение напряжения на аноде и регистрацию импульса. Остальные 85% распадов атомов в данном примере не зарегистрированы.

Эффективность счета зависит от целого ряда факторов, важнейшие из которых следующие:

1. геометрический фактор (при радиоактивном распаде частицы испускаются по всем направлениям, и в детектор попадают только те,