1. Wykrywanie i badanie podstawowych właściwości promieniowania jonizującego

2. zestawienie urządzenia umożliwiającego
pomiar promieniowania jonizującego
przeprowadzenie pomiarów radioaktywności
przedmiotów i substancji które spotykamy w
naszym otoczeniu
zbadanie podstawowych własności
promieniowania jonizującego

3. Promieniotwórczość to zdolność jąder atomowych do rozpadu
promieniotwórczego, który polega na emisji cząstek alfa, cząstek
beta oraz promieniowania gamma.
Rodzaje promieniowania:
alfa – emisja jądra helu 4He
beta – emisja elektronu
gamma – wysokoenergetyczne promieniowanie
elektromagnetyczne
Promieniowanie towarzyszące przemianom jądrowym przechodząc
przez substancję ośrodka powoduje jonizację (wybijanie elektronów
z atomów). Promieniowanie to, po przekroczeniu pewnego
poziomu, ma szkodliwy wpływ na żywe organizmy.
Odkrywcą zjawiska promieniotwórczości był Henri Becquerel.
Badania promieniotwórczości prowadziła także Maria Skłodowska-
Curie, która jest patronką naszej szkoły 

4. Ludzkie zmysły nie są wstanie wykryć obecności promieniowania
jonizującego. Przyrządem jakim posłużyliśmy się do pomiarów jest
licznik Geigera.
Pozwala on zliczyć cząstki jonizujące gaz wewnątrz tuby, nie
pozwala jednak na określenie energii tych cząstek i rodzaju
promieniowania
Schemat budowy naszego zestawu pomiarowego:
TUBA SBM-2o
KOMPUTER +
OPROGRAMOWANIE
GENERATOR KONSOLA
WYSOKIEGO WZMACNIACZ
IMPULSÓW POMIAROWA
NAPIĘCIA COACHLAB II+
400V

5. (schemat narysowany w CircuitMaker)

6. Złącze do
CoachLab
bateria 9V
SBM-20
transformator

7. SBM-20 to radziecka tuba występująca m.in. w dozymetrze Biełła
Wybraliśmy ją ze względu na dobrze znaną charakterystykę oraz zakres
pomiarowy pozwalający wykryć promieniowanie tła
Umożliwia pomiar promieniowania gamma oraz w nieznacznym stopniu –
beta.
Promieniowanie alfa nie jest w stanie przeniknąć przez metalowe ścianki
tuby
Tuba działa przy napięciu 350-475V
katoda - metalowy cylinder
Konstrukcja tuby:
anoda – cienki drut
mieszanina gazów pod niskim ciśnieniem: Ne + Br2+Ar

8. Gdy przez tubę przelatuje cząstka jonizująca, jonizuje ona gaz wewnątrz
tuby. Po zjonizowaniu gazu pomiędzy elektrodami tuby przepływa
prąd, który możemy zmierzyć. Wyładowanie zostaje szybko zgaszone, aby
możliwa była rejestracja kolejnej cząstki.
Charakterystyka tuby pozwala nam określić równoważnik dawki
pochłoniętej, którego jednostką jest siwert (Sv).
Równoważnik dawki pochłoniętej - jest to ilość energii, którą deponuje
cząstka w materii żywej (tkance, organie), przez którą przechodzi, z
uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje
promieniowania.
Liczba impulsów zliczonych przez tubę w ciągu 40 s odpowiada dawce
wyrażonej w rem/h (100 rem ≈ 1Sv)
dla tuby: N zliczeń (w czasie 40 s) = N rem/h
moc równoważnika dawki pochłoniętej: H = N/100 Sv/h
Względna niepewność pomiarowa

9. 6000
5000
4000
liczba zliczeń (N)
3000
2000
1000
0
254 304 354 404 454 504 554
napięcie U (V)

10. Liczba impulsów informuje nas o natężeniu promieniowania (liczbie rejestrowanych
cząstek w określonym czasie)
Ponieważ zjawisko promieniotwórczości ma charakter statystyczny, większą
dokładność otrzymuje się po dłuższym czasie pomiaru.
Przykładowy wykres U(t) (impulsy napięcia rejestrowane przez COACH)
Naszym zadaniem było zliczyć wszystkie pionowe kreski – każda
odpowiadała jednej cząstce przechodzącej przez tubę. W tym celu dane z
COACH zostały zapisane w pliku tekstowym i przetworzone przez program
liczący

11. Każdy pomiar obarczony jest niepewnością pomiarową. W celu obliczenia niepewności
pomiarowych w naszym projekcie będziemy wykorzystywać następujące metody (w
zależności od potrzeb):
Jako niepewność standardową pomiarów
liczby zliczeń impulsów (N), oraz szybkości
liczby zliczeń ( ) na podstawie jednego
pomiaru można przyjąć odpowiednio:
Niepewność pomiarowa średniej
arytmetycznej z większej ilości pomiarów
o takim samym czasie trwania jest równa:
Często w naszych doświadczeniach zdarza
się konieczność odejmowania wpływu tła
od wyniku pomiaru. Niepewność w takim
wypadku jest sumą geometryczną
niepewności standardowych tła oraz
pomiaru i wyraża się wzorem:

12. Na promieniowanie tła, czyli promieniowanie na które jesteśmy narażeni w
każdym momencie naszego życia składa się:
promieniowanie kosmiczne
promieniotwórczość naturalna - źródłem są izotopy występujące w
powietrzu oraz skorupie ziemskiej – głównie radon
promieniotwórczość sztuczna – pochodząca z działalności człowieka
Promieniowanie tła różni się w zależności od czasu i miejsca pomiaru
Analizując pomiary promieniowania tła przekonaliśmy się o jego
przypadkowym charakterze – tylko długie, uśrednione pomiary dają
wiarygodne rezultaty.
Pomiary przeprowadzano w pokoju domu mieszkalnego z dobrą
wentylacją, a czujnik znajdował się na wysokości 1m od podłogi. Jedna seria
pomiarów trwała łącznie 4000 sekund.

13. Pomiar promieniowania tła

14. 250
RÓWNOWAŻNIK MOCY DAWKI:
200
(0,14 ± 0,09) µSv/h
liczba zliczeń (N)
150
PO ROKU PRZEBYWANIA W TYM
100
POKOJU OTRZYMAMY DAWKĘ:
50 (1,2 ± 0,7) mSv
0
1 2 3 4 5 6 7 8 W POLSCE STATYSTYCZNA DAWKA W
numer pomiaru (każdy 500s) CIĄGU ROKU POCHODZĄCA OD
szara gruba linia na wykresie przedstawia wartość średnią PROMIENIOWANIA TŁA WYNOSI:
liczby zliczeń wraz z niepewnością pomiarową
1,5 - 3,5 mSv
cps = liczba zliczeń na sekundę

15. Elektrody spawalnicze TIGG – zawierają 2% toru

16. KCl – sól używana jako substytut soli kuchennej
(NaCl) – zawiera izotop K-40

17. Warto zauważyć, że
producent nie informuje o
radioaktywności produktu
Koszulka żarowa (Auera) do lamp gazowych - zawiera
tlenek toru ThO2

18. Badanie próbki popiołu z węgla kamiennego

19. Badanie próbki kurzu i pyłu z piwnicy

20. szkło uranowe - zawiera około 2% związków uranu (np. Na2U2O7)

21. liczba zliczeń
ilość badanej stosunek promieniowania
obiekt badania w
próbki próbki do promieniowania tła
40 sekund
koszulka Auera 1szt./3g 2960 20 211
KCl 27g 160 3 11
elektroda TIGG 1szt./2,5g 40 2 2,8
szkło uranowe 3,1g 41 3 2,9
popiół 500g 10 1 0,7
kurz i pył węglowy 100g 8 1 0,5
tło - 14 1 1

22. KCl zamknięte w szklanej kolbie.
Nawet w takim opakowaniu licznik
pokazuje 6 zliczeń ponad tło.

23. Przeprowadzone przez nas pomiary wykazały, że przedmioty będące
źródłem promieniowania o rejestrowanym natężeniu możemy bez
problemu nabyć np. w sklepie budowlanym, czy też turystycznym.
Węgiel służący do ogrzewania domów również wykazuje większą
aktywność niż tło.
Radioaktywny potas K-40 zawiera wiele produktów spożywczych jak i
sam człowiek.
Przedmioty te nie wykazują dużej aktywności promieniotwórczej
Nie są to przedmioty codziennego użytku, kontakt z nimi jest
mocno ograniczony w czasie i zwykle nie jest bezpośredni
(np. koszulkę wkłada się do lampy, która absorbuje większość
promieniowania, elektrodami spawamy przez krótki okres czasu)

24. Zakładając, że w przybliżeniu w każdej elektrodzie jest tyle samo atomów
izotopów promieniotwórczych toru, możemy pokazać, że zależność
natężenia promieniowania wykrywanego przez licznik od ilości atomów
izotopów emitujących promieniowanie jest liniowa:
4.5
4
3.5
3
2.5
cps
2
1.5
1
0.5
0
0 1 2 3 4
ilość elektrod

25. Użyliśmy źródła w postaci koszulki Auera zwiniętej w walec o rozmiarach tuby SBM20
Zbadaliśmy zależność natężenia promieniowania , od odległości tuby od źródła r.
25
Źródło promieniowania
Natężenie promieniowania I (zliczenia/czas)
r 20
SBM-2o 15
10
5
0
0 0.2 0.4 0.6
odległość 1/ r (1/cm)
WNIOSEK z pomiarów:
Natężenie promieniowania jest wprost proporcjonalne do 1/r.

26. Użyliśmy źródła w postaci zwiniętej w kulkę (ok. 1,5 cm średnicy) koszulki Auera
Zbadaliśmy zależność natężenia promieniowania I, od odległości tuby od źródła r.
14
12
r
10
natężenie I (N/s)
SBM-2o 8
6
4
2
0
0 0.1 0.2
2 (1/cm2) 0.3
odległość 1 / r
WNIOSEK z pomiarów:
Natężenie promieniowania jest wprost proporcjonalne do 1/r2.

27. Wiązka promieniowania o natężeniu 0 przechodząc przez materię ulega
osłabieniu. Natężenie promieniowania po przejściu przez warstwę o
grubości x wyraża się wzorem:
gdzie µ jest liniowym współczynnikiem pochłaniania i charakteryzuje
materiał pochłaniający. Współczynnik ten jest zależny od rodzaju
ośrodka i energii promieniowania.
Mając do dyspozycji:
źródło promieniowania złożone z czterech koszulek Auera
blaszki ołowiane
kartki papieru
próbowaliśmy oszacować liniowy współczynnik pochłaniania dla ołowiu i
papieru

28. W celu wyeliminowania osłabienia
x (cm) Liczba zliczeń N ln(N)
geometrycznego, źródło było w stałej
0 2647 7,88
odległości od detektora promieniowania.
0,02 743 6,61
Kolejne warstwy materiału
0,03 661 6,49
absorbującego były wkładane pomiędzy
0,05 610 6,41
źródło i tubę. Wpływ powietrza na
0,07 571 6,35
osłabienie natężenia został pominięty.
0,08 551 6,31
Tabela obok przedstawia wyniki
0,1 543 6,30
pomiarów.
0,12 517 6,25
0,15 514 6,24
ANALIZA WYKRESÓW Z NASTĘPNYCH SLAJDÓW:
Zauważamy, że do wszystkich punktów pomiarowych nie da się dopasować jednej
prostej. Pomiary powtórzyliśmy 4 razy uzyskując zbliżone rezultaty.
Już cienka warstwa ołowiu mocno osłabia promieniowanie (czerwona prosta), a dalszy
spadek natężenia wymaga grubszej warstwy ołowiu (niebieska prosta).
Oznacza to, że mamy do czynienia z co najmniej dwiema energiami kwantów
promieniowania gamma. Promieniowanie o niższej energii jest całkowicie tłumione już
w cienkiej warstwie ołowiu, a przez grubsze warstwy przechodzi promieniowanie o
wyższej energii.
Musimy rozpatrywać dwa współczynniki absorpcji dla promieniowania o różnych
energiach.

29. 8.5
8
7.5
ln(N)
7
6.5
6
5.5
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
x (cm)

30. Przyjmujemy, że dla grubości x = 0,3mm promieniowanie o niższej energii jest całkowicie tłumione .
Korzystając z danych z poprzedniej tabeli rysujemy wykres:
6.6
y = -3.608x + 6.599
6.55 Z wykresu odczytujemy µ = 3,6cm-1
6.5
Jest to liniowy współczynnik absorpcji
dla promieniowania o wyższej energii.
6.45
Dzięki znajomości tego
6.4 współczynnika, możemy obliczyd ilośd
6.35
zliczeo N dla mniejszego x, a następnie
odejmując od zmierzonego N wyznaczyd
6.3
liczbę zliczeo tylko dla promieniowania
6.25 o mniejszej energii.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
9 Obliczone wartości przedstawia wykres
8 obok. Możemy na jego podstawie podad
7
y = -236.5x + 7.868 liniowy współczynnik absorpcji dla
6
promieniowania o niższej energii.
5
4
µ = 240 cm-1
3
2
1
0
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

31. liczba 8.5
x (cm) ln(N)
zliczeń N
8
0 2955 7,991254
0,1 1935 7,567863
0,2 1220 7,106606 7.5
ln(N)
0,3 790 6,672033
0,4 715 6,572283 7
0,5 650 6,476972
0,6 620 6,429719
6.5
0,7 585 6,371612
0,8 550 6,309918
6
0,9 540 6,291569
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
1 525 6,263398
x (cm)

32. Przyjmujemy, że dla grubości x = 3 mm promieniowanie o niższej energii jest całkowicie tłumione .
Korzystając z danych z poprzedniej tabeli rysuję wykres:
6.7
6.65
Z wykresu µ = 0,6 cm-1
6.6 Jest to liniowy współczynnik absorpcji
6.55 y = -0.574x + 6.796 dla promieniowania o wyższej energii.
6.5
6.45 Dzięki znajomości tego
6.4 współczynnika, można obliczyd ilośd
6.35
6.3
zliczeo (N) promieniowania o mniejszej
6.25 energii.
6.2
6.15
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
9
8
Obliczone wartości przedstawia wykres
y = -10.95x + 7.636
obok. Można na jego podstawie podad
7
liniowy współczynnik absorpcji dla
6
promieniowania o niższej energii.
5
µ = 11 cm-1
4
3
2
1
0

33. 3000
3000
Papier
Ołów
2500 2500
2000 2000
liczba zliczeń (N)
liczba zliczeń (N)
1500 1500
1000
1000
500
500
0
0
0 0.05 0.1 0.15
grubość ołowiu x(cm)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
grubość (x [cm])

34. brainstorm.scienceontheweb.net
„Liczniki promieniowania” E. Funfer, H. Neuert; PWN 1960
http://and.elektroda.eu/elektronika/proste/dozymetr/
http://hepwww.rl.ac.uk/ukdmc/radioactivity/Th_chain/Th232.html#c
http://www.atom.edu.pl/index.php/bezpieczenstwo/male-dawki-
promieniowania.html
http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/ElemTab/z82.html
http://pl.wikipedia.org/wiki/O%C5%82%C3%B3w
http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie jonizujące
http://www.evs.anl.gov/pub/doc/Thorium.pdf
http://pl.wikipedia.org/wiki/Siwert
http://www.pj.ifd.uni.wroc.pl/pliki/cw_1/Instrukcja_1_2_2011.pdf
http://www.randomuseless.info/spectra/results/mantles/index.html