Сцинтилляционный спектрометр

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов [5].

Орган, ткань	R
гонады	0,20
костный мозг (красный)	0,12
толстый кишечник	0,12
легкие	0,12
желудок	0,12
мочевой пузырь	0,05
грудная железа	0,05
печень	0,05
пищевод	0,05
щитовидная железа	0,05
кожа	0,01
клетки костных поверхностей	0,01
остальное	0,05
Всё тело	1,00

Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма и используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения. Она также измеряется в зивертах, внесистемной единицей является бэр.


ЗАДАНИЕ

1. Провести калибровку энергетической шкалы спектрометра.
Установить напряжение питания ФЭУ и коэффициент усиления спектрометра так, чтобы первый (аннигиляционный) пик полного поглощения Na-22 приходился приблизительно на 300 канал. Дискриминатор нижнего уровня (ДНУ) установить в минимальное допустимое положение. Измерить спектр излучения Na-22 за время 300 сек. Определить положение пиков полного поглощения Na-22. Для расчета энергии E по номеру канала N можно использовать линейную зависимость E = kN +b. Коэффициенты k и b найти из системы уравнений
,
где E₁ = 511 кэВ и E₂ = 1274 кэВ – энергии излучаемых источником Na-22 гамма квантов, N₁ и N₂ – каналы, соответствующие положениям пиков спектра Na-22.


2. Измерить энергетический спектр излучения Cs-137.
Для измерений использовать точечный источник Cs-137 с известной активностью. Установить его на оси симметрии сцинтилляционного детектора на расстоянии L ~ (15 – 20) см от торца. Выбрать время измерения 300 сек. Сохранить полученный спектр.


3. Измерить спектр фонового излучения.
Убрать источник Cs-137 с рабочего стола. За время 300 сек измерить спектр фонового излучения. Сохранить полученный спектр.


4. Рассчитать энергию, поглощенную рабочим веществом детектора за время измерения спектра Cs-137.
Регистрация одного импульса в канале N означает появление в рабочем веществе детектора вторичного электрона с энергией kN + b. Эту энергию вторичный электрон получает от кванта гамма излучения в результате взаимодействия кванта с атомом рабочего вещества и затем передает ее многим атомам вещества посредством ионизационных потерь. Таким образом, вторичные электроны являются временными носителями передаваемой веществу энергии, а вся переданная энергия равна сумме энергий вторичных электронов. Эту сумму можно найти по формуле
, (17)
где kN + b – энергия электрона, и - содержимое канала под номером N в спектре Cs-137 и фоновом спектре. Разность ( - ) дает число вторичных электронов с энергией kN + b, которые «выбиты» из атомов гамма квантами от источника излучения.
Рассчитанная по этой формуле энергия будет выражена в килоэлектронвольтах. Для перевода в джоули необходимо воспользоваться соотношением 1кэВ = 1,6·10^-16Дж.


5. Рассчитать массу рабочего вещества детектора.
Рабочим веществом в детекторе является сцинтиллятор NaI цилиндрической формы с диаметром основания 4 см и высотой 4 см. Плотность сцинтиллятора NaI равна 3,67 г/см³.


6. Рассчитать мощность поглощенной дозы по результатам измерения.
Для расчета воспользоваться формулой (15). Полученная величина будет относиться к веществу NaI выражена в Гр. Для пересчета к воздуху необходимо воспользоваться данными из рис 2 и формулой (14).


7. Оценить ожидаемую мощность экспозиционной дозы с помощью гамма постоянной для Cs-137.
Для оценки воспользоваться формулой (12). Расстояние определить по формуле r = L + 2,5 см, где L – выставленное в п.2 расстояние от источника до торца детектора, 2,5 см – расстояние от торца до геометрического центра рабочего вещества. Гамма постоянная для Cs-137 равна
Г(Cs) = 3,24 .
Указанная размерность гамма постоянной показывает, что мощность экспозиционной дозы будет выражена в единицах Р/час, причем расстояние должно быть подставлено в формулу в см, а активность источника в милликюри. Напомним, что 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.
Полученную оценку нужно сравнить с рассчитанной в п.6 мощностью поглощенной дозы. Для сравнения воспользоваться соотношениями 1 Гр = 100 рад, и 1 Р = 0,873 рад.


8. Рассчитать мощность дозы фонового излучения по результатам измерения фонового спектра.
Расчет проводить аналогично расчету для Cs-137. Очевидно, в формуле (17) в этом случае нужно вместо разности ( - ) использовать сам фоновый спектр . Полученное значение мощности дозы фона сравнить с показаниями индивидуального дозиметра «Сосна».
Сопоставить полученные в данной работе результаты с нормами Радиационной безопасности, приведенными в приложении.