Тема 5 Основные методы радиометрии и использование эталонов для относительных измерений

Цель занятия: изучить основные методы радиометрии и тре­бования, предъявляемые к эталонам радио­активных излучений.

 

Скорость счета (импульсы в единицу времени) не отра­жает активность исследуемого образца, так как она выража­ет только часть радиоактивных распадов, зарегистрирован­ных счетной установкой. Для того, чтобы судить об истинной активности препарата (распадах в единицу времени или беккерелях), необходимо использовать основные методы радио­метрии: абсолютный, расчетный и относительный.

Абсолютный метод основан на применении прямого сче­та альфа- и бета- частиц при радиометрии препарата в усло­виях четырехпийной геометрии на установках-радиометр2154-1М, «Протока», УМФ-3 и др. Для этих целей использу­ют четырехпийные счетчики, конструкция которых позво­ляет поместить измеряемый образец внутрь счетчика и ок­ружить его рабочим объемом газа (газопроводный счетчик типа СА-4БФЛ) или жидким сцинтиллятором (жидкостной сцинтилляционный датчик).

В данном случае при радиомет­рии используется полный телесный угол 4 π. Благодаря этому улавливаются и регулируются почти все частицы, излуча­емые образцом.

Расчетный метод позволяет определить активность пре­парата с учетом потерь при измерении. Для этого необходи­мо определить скорость счета от препарата и внести ряд по-(Правочных коэффициентов.

Пользуясь данным методом, приходится большую часть поправочных коэффициентов определить путем расчетов, что делает этот метод трудоемким и малопроизводительным при массовых исследованиях.

Расчет активности препарата ведется по формуле.

 

Апр =	Wопр	,
60 ×w×k×e×p×q×r×j

 

где W_опр — скорость счета от пробы без фона;

60 — коэффициент для выражения активности в беккерелях (распадов в минуту);

w — поправочный коэффициент на геометрические ус­ловия радиометрии. Определяется расстоянием между препаратом и счетчиком h, радиусом окна счетчика r _c и радиусом препарата r _п (см.). Этот коэффициент можно определить по таблице, пред­варительно получив результаты от деления h/r _с и r_п/r_с или по формуле:

w =0,5 (1–	h	);
Ö r c^2 + h ^2

 

 

е — поправка на разрешающую способность установки. При скорости счета, равной или меньше3000 имп/мин, равна 1;

К — поправочный коэффициент на поглощение бетачастиц в слое воздуха между препаратом и счетчиком и стенкой счетчика. Коэффициент рассчитывается по формуле:

 

– К = е	0,693 t эф
∆×1/2

 

 

где е — основание натуральных логарифмов (е = 2,72);

∆×1/2 — слой половинного ослабления;

t _эф — эффективная толщина преграды мг/см², которая оп­ределяется следующим образом:

t _эф=( t _сч +1,293 h)σ,

где t _сч — толщина входного окна счетчика, мг/см²;

h — расстояние от препарата до анода счетчика, см;

σ — коэффициент зависимости от поправочного коэффи­циента на геометрические условия измерения, его находят по следующим данным:

w	0,05	0,1	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40
σ	1,06	1,10	1,18	1,27	1,37	1,50	1,65	1,85

 

Р — поправка на поглощение бета-частиц в слое препарата.

Если толщина слоя препарата (мг/см²) равна или мень­ше 0,1∆×1/2 или больше 4–5∆×1/2, то Р=1 (тонкий или толстый слой препарата).

q — поправка на обратное рассеяние бета-частиц

Поправку на обратное рассеяние определяют по следую­щим данным:

 

E, МэВ	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,64	1,8	2,0	2,25
Q	1,13	1,15	1,18	1,21	1,23	1,25	1,27	1,28	1,28	1,29

 

r — поправка на схему распада для многих бета-излучате­лей составляет 1, то есть при каждом распаде ядра ос­вобождается одна бета-частица, для К — 40 = 0,88.

j — поправка на гамма-излучение вводится в том случае, если изотоп является смешанным бета- гамма-излуча­телем. Для получения поправки определяют скорость счета от исследуемого препарата N₁¹ (имп/мин) за счет бета- и гамма-излучений. Затем экранируют пре­парат полным поглощением бета-частиц и определяют скорость счета — N₂¹ (имп/мин). Поправку определяют по формуле:

γ = 1 +	N2^1– Nф	.
N1^1 – Nф

Сравнительный (относительный) метод основан на срав­нении скорости счета от эталона (препарата с известной ак­тивностью) со скоростью счета измеряемого образца.

Необходимыми условиями для проведения относительных измерений являются следующие:

1) одинаковые формы и размеры измеряемого препарата и эталона;

2) одинаковое расстояние между препаратом и счетчиком, эталоном и счетчиком;

3) использование подложек из одного материала и равной толщины;

4) выполнение всех измерений опыта на одной и той же установке с одним и тем же счетчиком.

Выбор радионуклида в качестве эталона определяется такими физическими показателями как тип распада, схема распада, период полураспада, энергией излучения.

Тип распада определяет вид излучения, а следовательно, энергию, плотность ионизации и проникающую способность.

Схема распада. Чем проще схема, тем легче вести рас­четы.

Период полураспада. Чем больше период полураспада, тем удобнее пользоваться эталоном длительное время.

Энергия излучения. Энергия излучения эталона и изме­ряемого препарата должна быть примерно одинаковой.

Эталоны изготавливаются в основном на специализированных предприятиях, а некоторые можно изготовить в лабораторных условиях (калиевый эталон).

На эталон, изготовленный на специализированном предприятии, выдается паспорт, в котором указаны основные его параметры (изотоп элемента, форма и размер препарата, дата изготовления и активность на момент изготовления).

Такие эталоны поступают в опломбированных специальных контейнерах и пеналах.

Если радионуклид, используемый в качестве эталона, имеет небольшой период полураспада, то при проведении относительных измерений необходимо провести коррекцию его активности по формуле:

 

 

– А t= A0× e	0,693× t	,
T

 

 

 

 

где А – активность эталона в данный момент времени;

А₀ – активность эталона при изготовлении;

е – основание натурального логарифма (е = 2,72);

t – время, прошедшее с момента изготовления препарата;

Т –период полураспада.

 

Так как е – величина постоянная, то для упрощения расчетов можно использовать

0,693× t

T

 

таблицу 1 (см. приложение), в которой выражение берется за Х и по таблице определяют е ^{- х} .

Таким образом, можно определить активность эталона в любой момент времени.

 

Контрольные вопросы

1 Какие методы радиометрии используют для определения активности препаратов и какой из них наиболее приемлем в условиях сельскохозяйственного производства?

2 Какие требования предъявляются к радионуклидам при использовании их в качестве эталона?

3 Как проводится коррекция активности эталона?

 

 

Тема 6 Приготовление калиевого эталона для относительного метода радиометрии. Определение коэффициента связи установки

Цель занятия: освоить методику приготовления калиевого эталона.

Материал и оборудование: радиометр Б-2, ДП-100, торсионные весы, стандартные алюминиевые подложки, фарфоровая ступка, пестик, калька.

 

Сравнительный метод дает удовлетворительные по точности результаты, если известно, что радионуклидный состав измеряемой пробы одинаковый или близкий к эталону.

Для определения суммарной бета-активности проб объектов ветнадзора используют калиевый эталон, приготовление из хлористого калия. Калий-40 смешанный бета-гаммаизлучатель. Средняя энергия бета-частиц 0,51 МэВ, максимальная 1,325 МэВ, период полураспада 1,29×10⁹ год. Один килограмм К-40дает 1,55×10¹⁰ расп/мин.

Из схемы распада К-40 следует, что 88% общего числа распадов К-40 сопроваждается излучением бета-частиц. Следовательно, 1 кг К-40 дает 1,55×10¹⁰×0,88=1,38×10¹⁰ бета частиц в минуту.

Так как в естественной смеси изотопов калия на долю Калия-40 приходится 0,0119%, то на 1 кг калиевой смеси приходится 1,19×10^–4 кг К-40, который дает 1,38×10¹⁰×1,19×10^–4=1,64×10⁶ бета-распадов в минуту на 1 кг калия.

Отсюда удельная бета-активность естественной смеси изотопов калия равна:

Q =	1,64×10^6 распад/мин	= 2,73 Бк/кг.

 

 

Чтобы определить удельную бета-активность хлорида калия, найдем, какое количество калия содержится в 1 кг указанной соли. Молекулярная масса хлористого калия равен 74,55, атомная масса калия – 39,1. Количество калия в 1 кг хлорида калия определяется по пропорции:

 

74,55 – 39,1	х =	39,1	= 0,524 кг.
1 кг – х	74,55

 

Зная удельную бета-активность калия и его количество в 1 кг соли, определим удельную активность 1 кг хлористого калия:

 

Q = 0,524×2,73×10⁴ = 1,43×10⁴ Бк/кг

 

Отсюда удельная активность 100 мг хлорида калия равна 1,43 Бк/кг или 76 бета-распадов в минуту.