LABORATORIUM PROMIENIOWANIE W MEDYCYNIE

Transkrypt

1 LABORATORIUM PROMIENIOWANIE W MEDYCYNIE Ćw. nr 4 OSŁANIAJACE WŁAŚCIWOŚCI WARSTWY PODWÓJNEJ Nazwisko i Imię:... data:... ocena (teoria)... Grupa... Zespół... ocena końcowa...

2 1 Cel ćwiczenia Promieniowanie gamma przechodzące przez materię doznaje absorpcji. Absorpcja zależ od grubości warstw i liniowego współcznnika absorpcji materiału. Celem ćwiczenia jest określenie właściwości osłaniającch przed promieniowaniem gamma dla wbranch materiałów stanowiącch warstwę podwójną. Kolejnm celem jest określenie wpłwu takiej osłon na dawkę promieniowania. Zagadnienia teoretczne (Opracować, umieścić w sprawozdaniu) Źródła promieniowania gamma. Kwant promieniowania gamma, energia kwantu, pęd kwantu, przpisana mu długość fali. Oddziałwanie promieniowania gamma z materią: zjawisko fotoelektrczne, efekt Comptona oraz zjawisko tworzenia par. Przekrój cznn. KERMA. Zależność natężenia promieniowania gamma od grubości warstw absorbenta. Liniow współcznnik absorpcji. Grubość połówkowa. Układ pomiarow. Budowa i zasada działania licznika Geigera-Müllera. Czas martw licznika. Wiązka skolimowana, wiązka szeroka. Dawka pochłonięta, równoważna, skuteczna. Jednostki dawek. Zasad ochron przed promieniowaniem. Zasada ALARA. 3 Eksperment (Wkonać pod kierunkiem osob prowadzacej zajęcia) UWAGA: Wszelkie działania ze źródłami promieniowania jonizujacego przeprowadza obsługa laboratorium! Zachować warunki BHP! 3.1 Osoba prowadzaca zajęcia omawia ze studentami układ pomiarow Schemat układu pomiarowego umieścić w sprawozdaniu (Rs.1). 3. Wkonać pomiar według instrukcji osob prowadzacej zajęcia Wniki pomiarów należ zapisać w tabeli. Tabela z wnikami opisana nazwiskiem studenta musi bć podpisana przez osobę prowadzac a pod koniec zajęć. 4 Wniki pomiarów 4.1 Pomiar tła promieniowania (Zamknać źródło promieniowania gamma pokrwa ołowiana!) Czas t pojednczego pomiaru tła i liczbę K pomiarów określa osoba prowadząca. Wniki pomiarów zapisać w Tabeli 1. 1

3 Lp K Tabela 1: Pomiar tła promieniowania Odchlenie Liczba zliczeń w j w czasie t d j =w j -w sr Wartość średnia w sr = Σw j K Suma odchleń Σd j =... d j Suma kwadratów odchleń Σd j =... liczba pomiarów K =......, czas pojednczego pomiaru t =.... Wliczć odchlenie standardowe (dspersję) dla pomiarów tła: σ w = Σd j K =... (1) Jest to odchlenie standardowe pojednczego pomiaru, inaczej średnia niepewność każdego pojednczego pomiaru. Wliczć zmodfikowane odchlenie standardowe (pojednczego pomiaru tła): σ wz = Σd j K 1 Wliczć odchlenie standardowe wartości średniej pomiarów tła: Wnik pomiaru tła przedstawić w postaci 4. Pomiar absorpcji promieniowania gamma =... () σ wsr = σ w =... (3) K w = w sr ± σ sr (4) Prowadzac zajęcia: Otworzć źródło promieniowania gamma. Wiazka stanowi zagrożenie! Wklucza się jakikolwiek kontakt organizmu z wiazk a promieniowania! Ze zbioru materiałów konstrukcjnch: ołów, żelazo, aluminium, beton, cegła, płta gipsowa, płta meblowa, deska, wbrać dwa składniki z różnch materiałów do badania absorpcji warstw podwójnej.

4 Zmierzć 5 raz grubość składnika 1. Wznaczć średnią artmetczną, oszacować błąd pomiaru. Zmierzć 5 raz grubość składnika. Wznaczć średnią artmetczną, oszacować błąd pomiaru. Wkonać pomiar liczb zliczeń m promieniowania gamma dla składnika 1. Czas t pojednczego pomiaru promieniowania określa osoba prowadząca. Wniki pomiarów zapisać w Tabeli. Grubość składnika 1 0 Tabela : Pomiar absorpcji promieniowania dla składnika 1 Liczba zliczeń m j Liczba zliczeń bez tła n j =m j -w sr d j Wliczć n sr, kwadrat odchleń d j = (n j n sr ) (5) oraz odchlenie standardowe pojednczego pomiaru dla K=5 pomiarów σ n = Σd j 5 (6) Wliczć zmodfikowane odchlenie standardowe (pojednczego pomiaru) σ nz = Σd j 5 1 (7) Wliczć odchlenie standardowe wartości średniej pomiarów σ nsr = σ n (8) 5 Analogiczne pomiar (Tabela 3) i obliczenia wkonać dla składnika o grubości. 3

5 Grubość składnika 0 Tabela 3: Pomiar absorpcji promieniowania dla składnika Liczba zliczeń m j Liczba zliczeń bez tła n j =m j -w sr d j Wkonać pomiar absorpcji promieniowania dla warstw podwójnej 1- i wniki zapisać w Tabeli 4. Wliczć n sr, σ n, σ nz, σ nsr. Grubość warstw Tabela 4: Pomiar absorpcji promieniowania dla warstw podwójnej 1- Liczba zliczeń m j Liczba zliczeń bez tła n j =m j -w sr d j Wkonać pomiar absorpcji promieniowania dla warstw podwójnej -1 i wniki zapisać w Tabeli 5. Wliczć n sr, σ n, σ nz, σ nsr. Grubość warstw Tabela 5: Pomiar absorpcji promieniowania dla warstw podwójnej -1 Liczba zliczeń m j Liczba zliczeń bez tła n j =m j -w sr d j 4

6 5 Opracowanie wników pomiaru 5.1 Wliczanie współcznników absorpcji składników Przechodząc przez warstwę absorbenta (osłon) część promieniowania gamma zostaje pochłonięta. Liczba zliczeń rejestrowanch przez detektor maleje, gd grubość warstw zwiększa się co opisuje wzór: n() = n(0)ep( µ) (9) gdzie n(0) jest liczbą zliczeń dla zerowej grubości warstw a µ ( 1 ) jest liniowm współcznnikiem absorpcji. cm Stosownie do Tabeli i wzoru (9) przjmując n()=n sr wliczć współcznnik absorpcji liniowej µ 1 dla składnika 1 warstw. Oszacować błąd pomiaru. Stosownie do Tabeli 3 i wzoru (9) wliczć współcznnik absorpcji liniowej µ dla składnika warstw. Oszacować błąd pomiaru. 5. Wliczanie współcznników absorpcji warstw podwójnej Liczba zliczeń po przejściu promieniowania gamma przez warstwę 1 wnosi: kolejno liczba zliczeń po przejściu przez warstwę wnosi: n() = n(0)ep( µ 1 ) (10) n() = n()ep( µ ) (11) zatem po przejściu przez warstwę podwójną liczba zliczeń wniesie: n( + ) = n() n() = n(0)ep[ (µ 1 + µ 1 )] (1) Liczbę zliczeń po przejściu przez obie warstw ( + ) można zapisać w postaci: gdzie n( + ) = n(0)ep[ µ 1 ( + )] (13) µ 1 = µ 1 + µ + jest współcznnikiem absorpcji liniowej ważonm dla warstw. Stosownie do Tabeli 4 i wzoru (13) wliczć ważon współcznnik absorpcji liniowej µ 1 dla grubości (+) warstw podwójnej 1-. Podobnie wliczć µ 1 stosując wzór (14) i wniki podrozdziału 5.1. Porównać wartości. Oszacować błąd pomiaru. Analogiczne działania przeprowadzić dla warstw podwójnej -1 czli dla ( + ); wznaczć współcznnik µ 1. Cz otrzmane ważone współcznniki absorpcji liniowej µ 1 i µ 1 są sobie równe w granicach błędu pomiarowego? Czm mogłab bć spowodowana różnica? Cz warstwa 1- tak samo chroni przed promieniowaniem jak warstwa -1? (14) 5

7 5.3 Wliczanie dawki Gdb w miejscu okienka licznika Geigera-Müllera umieścić warstwę naświetlanego promieniowaniem gamma materiału o współcznniku absorpcji µ (nie mlić tego współcznnika z omawianmi wżej współcznnikami warstw podwójnej) to energia promieniowania gamma P pochłonięta w ciągu 1s w warstwie o grubości dr czli w objętości Sdr wniesie ( ) AS P = E 4πr γ µdr = IE γ µdr (15) gdzie: A jest aktwnością źródła promieniowania, r jest odległością źródło punktowe okienko licznika, E γ jest energią kwantu gamma, I= n jest natężeniem promieniowania, czli liczbą zliczeń t na sekundę rejestrowaną przez licznik. Objętość Sdr warstw posiada masę Sdr ρ, gdzie ρ jest gęstością warstw naświetlanej. Zatem moc dawki czli energia pochłonięta w ciągu 1s przez jednostkę mas wniesie ( ) AS P ρ = E 4πr γ µ dr Sdrρ = IE µ ρ γ (16) S gdzie µ ρ = µ jest masowm współcznnikiem absorpcji naświetlanego materiału. ρ Zakładając, że w miejscu okienka licznika Geigera-Müllera znajduje się woda (tkanka miękka) (µ ρ = 0,094 cm /g) wliczć moc dawki P ρ przpadającą na jednostkę mas pochodzącą od źródła promieniotwórczego 60 Co stosując wzór (16). Przjąć w tm celu wartość tablicową energii kwantu gamma E γ = 1,3 MeV oraz powierzchnię licznika S = 0,64cm. Kolejno wliczć dawkę D ρ jaką pochłonęłab woda (tkanka miękka) w czasie trwania zajęć laboratorjnch 45 min stosując wzór D ρ = P ρ t (17) Dawkę pochłoniętą D ρ () wliczć dla osłon 1- i osłon -1. Porównać dawki. Określić błęd pomiarowe dawek. Cz dawki są takie same w granicach błędu pomiarowego? Dawkę wrazić również za pomocą G (grej). 6 Dskusja otrzmanch wników Ustosunkować się do otrzmanch rezultatów. Ocenić jakość ekspermentu. Podać wnioski pomiarowe. Podać wnioski dotczące pochłanianch dawek w przpadku osłon 1- i -1. Literatura 1. J.R. Talor, Wstęp do analiz błędu pomiarowego, Wd. Naukowe PWN, Warszawa, G.L. Squires, Praktczna fizka, Wd. Naukowe PWN, Warszawa, A. Strzałkowski, Wstęp do fizki jądra atomowego, PWN, Warszawa, B. Dziunikowski, S.J. Kalita, Ćwiczenia laboratorjne z jądrowch metod pomiarowch, (Skrpt uczelniane, 1440) Wdawnictwa AH, Kraków, 1995 (dostępne w sieci www) 5. K. Małuszńska, M. Prztuła, Laboratorium fizki jądrowej, PWN, Łódź,

8 6. B. Gostkowska, Ochrona radiologiczna, wielkości, jednostki i obliczenia, Centralne Laboratorium Ochron Radiologicznej, Warszawa, A. Hrnkiewicz, Dawki i działanie biologiczne promieniowania jonizującego, Państwowa Agencja Atomistki, Insttut Fizki Jądrowej, Warszawa-Kraków, M. Siemiński, Fizka zagrożeń środowiska, Wd. Naukowe PWN, Warszawa,