Спектрометр альфа излучения на основе газоразрядного детектора (стр. 1 из 7)
Министерство образования и науки Украины
Восточноукраинский национальный университет им.В.Даля
Факультет естественных наук
Кафедра «Прикладная физика»
Выпускная работа на степень бакалавра
Специальности 6.040204 «Прикладная физика»
СПЕКТРОМЕТР АЛЬФА ИЗЛУЧЕНИЯ НА
ОСНОВЕ ГАЗОРАЗРЯДНОГО ДЕТЕКТОРА
Студент группы ПН-241 Креденцер Сергей Викторович Научный руководитель Кудленко Василий Григорьевич
к. ф.-м. н., доцент
Работа принята к защите
Заведующий кафедрой Бранспиз Юрий Адольфович
д. т. н., профессор
Луганск 2008
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота на ступінь бакалавра:
49 с., 22 рис., 7 табл.
Виконано складання високовольтного перетворювача й конструкції альфа спектрометра. Розглянуто метод виявлення енергії альфа часток коронним торцевим газорозрядним лічильником СІ9А.
Експериментально в процесі досліджень виявлений у повітрі підвального приміщення радон і продукти його розпаду. Доведено, що альфа спектрометр працює в пропорційній області.
РАДОН, АЛЬФА ЧАСТКИ, СПЕКТРОМЕТР, ВИСОКОВОЛЬТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ, ФІЛЬТР, СПЕКТР.
Квалификационная работа на степень бакалавра:
49 с., 22 рис., 7 табл.
Выполнена сборка высоковольтного преобразователя и конструкции альфа спектрометра. Рассмотрен метод обнаружения энергии альфа частиц коронным торцевым газоразрядным счетчиком СИ9А.
Экспериментально в процессе исследований обнаружен в воздухе подвального помещения радон и продукты его распада. Доказано, что альфа спектрометр работает в пропорциональной области.
РАДОН, АЛЬФА ЧАСТИЦЫ, СПЕКТРОМЕТР, ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ФИЛЬТР, СПЕКТР.
Qualifying work on a degree of the bachelor:
49 pp., 22 fig., 7 tablas.
Assembling of high-voltage transformer and constructions is executed alpha of spectrometer. The method of finding out energy is considered alpha of particles by the corona butt-end gas-unloading meter of Si9a.
Experimentally in the process of researches discovered in mid air basement apartment radon and products of his disintegration. It is well-proven that alpha a spectrometer works in a proportional area.
RADON, ALPHA of PARTICLE, SPECTROMETER, HIGH-VOLTAGE TRANSFORMER, FILTER, SPECTRUM.
СОДЕРЖАНИЕ
1. РАДОН И ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА..................................... 7
1.1. Характеристика распада радона……………………………........................ 7
1.2. Источники радона в окружающей среде…………………........................ 10
1.3. Воздействие излучения радона на че........................................................ 17
2.МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАДОНА В ВОЗДУХЕ…21
2.1. Метод с использованием газоразрядных детекторов……....................... 21
2.2. Метод с использованием сцинтилляционных детекторов........................ 24
2.3. Другие методы………………………………………………....................... 26
3.СПЕКТРОМЕТР АЛЬФА ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ .................. 28
СОДЕРЖАНИЯ РАДОНА В ВОЗДУХЕ……………………………………... 28
3.1. Блок-схема установки………………………………………........................ 28
3.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение………........................ 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВСТУПЛЕНИЕ
Актуальность работы. В цивилизованном обществе уже пришло сознание, что радоновая опасность является крупной и непростой комплексной проблемой, так как радиоэкологические процессы, вызываемые радоном, происходят на трех структурных уровнях материи: ядерном, атомно-молекулярном и макроскопическом. Поэтому решение ее подразделяется на задачи диагностики и технологии последующей нейтрализации воздействия радона на человека и биологические объекты. Согласно расчетам Британского бюро защиты от радиации, в Великобритании ежегодно погибают 2500 человек от рака легких, вызванного радиоактивным газом радоном. По данным Агентства окружающей среды, в США ежегодно около 20 тыс. онкологических заболеваний инициируется радоном и продуктами его распада. Также остра проблема радиологического воздействия радона на население в Швейцарии, Швеции, России, Украины (урановые местоположения), Финляндии и Австрии. Подсчет вклада радона в формирование средней дозы облучения человека в процессе его жизни дает неожиданные результаты. Общий вклад естественного облучения в дозовую нагрузку составляет около 72%. При этом радона оценивается в 54% от естественного облучения. Этот факт вызвал громадный интерес к радоновой проблеме практически во всех развитых странах, поскольку более половины годовой дозы от всех природных источников излучения человек получает через воздух, облучая радоном свои легкие во время дыхания. Так, в США, на преодоление радоновой опасности (постоянный мониторинг жилых помещений и территорий с помощью современных радиометров, дозиметров, спектрометров) ежегодно выделяется около 1 млрд. долларов.
Цель работы предполагает построить конструкцию спектрометра альфа излучения на основе газоразрядного детектора СИ9А и обнаружение радона в воздухе.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
• произвести общее ознакомление со спектрометрией альфа излучения и методами регистрации радона в воздухе;
• сконструировать высоковольтный преобразователь и альфа-детектор на основе газоразрядного счетчика СИ9А;
• разработать методику проведения исследований;
• произвести анализ полученных экспериментальных результатов.
Объект наблюдения – альфа излучение радона и дочерних ядер его распада.
Метод наблюдения – экспериментальное обнаружение альфа излучения радона и продуктов его распада с помощью торцевого газоразрядного счетчика СИ9А, работающего в пропорциональной области.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что впервые доведена возможность исследовать энергии альфа излучения радона и дочерних ядер его распада в пропорциональной области торцевого газоразрядного счетчика СИ9А.
Практическое значение полученных результатов состоит в том, что данный альфа спектрометр можно применять для обнаружения энергий и радиоактивных изотопов.
Личный вклад студента состоит в участии конструирования действующего альфа спектрометра, разработки методики проведения исследований, а также в получении и обработке экспериментальных данных.
1. РАДОН И ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА
1.1.Характеристика распада радона
Земная кора с самого начального момента своего образования содержит естественные радиоактивные элементы (ЕРЭ), создающие естественный радиационный фон. В горных породах, почве, атмосфере, водах, растениях и тканях живых организмов присутствуют радиоактивные изотопы калия-40, рубидия-87 и члены трех радиоактивных семейств, берущих начало от урана-238, урана-235 и тория-232. Эти материнские нуклиды стары как сама Земля – около 4,5 млрд. лет. Они сохранились только потому, что периоды полураспада основателей радиоактивных семейств очень велики и составляют для урана-238 4,5 × 109 лет, урана-235 0,7 × 109, тория 14 × 109 лет.
Члены радиоактивных семейств жестко связаны между собой. Каждое звено радиоактивного ряда образуется со скоростью, определяемой периодом полураспада предыдущего нуклида, а распадается в соответствии с собственным периодом полураспада. Таким образом, через некоторое время в цепочках распада устанавливается равновесие, то есть, сколько дочерних элементов распадается, столько же и рождается в соответствии с периодами полураспада материнских нуклидов. После длинной цепи преобразований образуются, в конце концов, стабильные изотопы свинца (рис. 1).
Рис.1. Схемы распада от радия до свинца для уранового (а) и ториевого (б) семейств естественных радионуклидов. Интенсивность цвета определяет период полураспада нуклида
Единственным газообразным продуктом, который рождается в процессе распада трех семейств ЕРЭ, является радон. Наибольший вклад в газовую составляющую ЕРЭ вносят радиоактивные семейства урана-238 и тория-232, в процессе распада которых образуются радиоактивные изотопы радона (рис.1).
Свойства радона
Радон Rn (исторически: эманация Em, нитон Nt) – элемент № 86 нулевой группы периодической системы Менделеева, газ без цвета и запаха из одноатомных молекул, радиоактивен; химически почти нейтрален (благородный газ), в 7,5 раза тяжелее воздуха. Известны три природных αактивных изотопа радона, принадлежащих к радиоактивным семействам урана, тория и актиния – радон, торон и актинон (222Rn, 220Rn и 219Rn) с периодами полураспада соответственно около 3,8 сут, 55 с и 3,9 с. Из них лишь первые два имеют гигиеническое значение и представляют основной интерес с точки зрения радиационной безопасности (РБ).
Из 1 г радия образуется 1мм3 радона 222Rn в сутки. По данным НКДАР при ООН, радон вместе со всеми ДПР ответственен примерно за 3/4 годовой индивидуальной ЭД облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации.
Радон-219 (актинон) может оказывать воздействие лишь в специфических случаях, связанных с загрязнением помещения продуктами пере работки уранового сырья, содержащими селективно экстрагированные радионуклиды актиноуранового ряда 227Ас и 231Ra.
Физические свойства радона отражены в табл. 1.
Основные свойства радиоактивного распада радона и торона, существенные для радиационной защиты, приведены в таб.1.