Страница 330 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

№ 7 ИЗМЕРЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО РАДИАЦИОННОГО ФОНА ДОЗИМЕТРОМ

(выполняется коллективно под руководством учителя)

Цель работы

Измерить мощность дозы радиоактивного фона бытовым дозиметром.

Оборудование

Дозиметр «Сосна» (рис. 224).

Используемые термины

Фон радиоактивный — естественный радиационный фон, создаваемый ионизирующим излучением, источником которого являются космические лучи и так называемые естественные радионуклиды (т. е. существующие в природе ядра радиоактивных элементов).

Ионизирующее излучение — различные виды частиц и физических полей, способных ионизировать вещество.

Космические лучи представляют собой поток частиц высоких энергий, приходящих на Землю из космоса (солнечная радиация).

Естественные радионуклиды повсеместно присутствуют в окружающей среде, а также в животных и растительных организмах. Фоновому облучению подвергаются все живые организмы Земли, в том числе человек. В зависимости от высоты над уровнем моря и содержания радионуклидов в окружающей среде радиационный фон колеблется в значительных пределах. Для его измерения используют счётчики Гейгера—Мюллера (см. § 59 учебника).

В бытовых дозиметрах используется счётчик жёсткого (т. е. высокоэнергетического) $\beta$- и $\gamma$-излучения, способный регистрировать мощность дозы в диапазоне $0,004—40 мкР/с$ (микрорентген в секунду).

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

1. Положите дозиметр на стол и включите его.

2. Запустите отсчёт импульсов нажатием кнопки «Пуск».

3. Через 40 с подсчёт импульсов будет прекращён (перестанут мерцать точки), на экране высветится значение мощности дозы фонового излучения $(в мкР/ч)$.

Дано:

Оборудование: дозиметр «Сосна»

Время измерения: $t = 40 \text{ с}$

Справочная информация для перевода в СИ:

Мощность дозы в задании измеряется в микрорентгенах в час (мкР/ч). Это внесистемная единица. В системе СИ мощность эквивалентной дозы измеряется в зивертах в секунду (Зв/с). Для $\beta$- и $\gamma$-излучения в биологических тканях принято примерное соотношение: $1 \text{ Р} \approx 0.01 \text{ Зв}$. Исходя из этого, можно выполнить перевод единиц: $1 \text{ мкР/ч} = 10^{-6} \frac{\text{Р}}{\text{ч}} \approx 10^{-6} \frac{0.01 \text{ Зв}}{3600 \text{ с}} \approx 2.78 \times 10^{-12} \text{ Зв/с}$.

Найти:

Мощность дозы естественного радиоактивного фона $P$.

Решение:

Целью данной работы является измерение мощности дозы естественного радиоактивного фона с помощью бытового дозиметра. Естественный радиоактивный фон — это ионизирующее излучение, которое постоянно присутствует в окружающей среде и воздействует на все живые организмы.

Его основными источниками являются, во-первых, космические лучи — поток частиц высоких энергий, приходящих на Землю из космоса, и, во-вторых, естественные радионуклиды — радиоактивные изотопы химических элементов, содержащиеся в земной коре, воздухе, воде, а также в живых организмах (например, калий-40, углерод-14, продукты распада урана и тория).

Ионизирующее излучение — это различные виды частиц и физических полей, способных ионизировать вещество, то есть создавать из нейтральных атомов и молекул электрически заряженные частицы (ионы). В бытовых дозиметрах, как правило, используются счётчики Гейгера–Мюллера для регистрации $\beta$- и $\gamma$-излучения.

Порядок выполнения работы, описанный в инструкции, следующий:

1. Подготовка к измерению

Дозиметр «Сосна» необходимо положить на стол и включить. Это обеспечивает стационарное положение прибора и минимизирует влияние помех, например, собственного излучения тела человека.

2. Проведение измерения

Нажатием кнопки «Пуск» запускается процесс измерения. В течение 40 секунд прибор регистрирует импульсы, которые возникают в счётчике Гейгера–Мюллера при пролёте через него ионизирующих частиц. Процесс счёта импульсов обычно индицируется миганием точек на экране.

3. Получение и анализ результата

Через 40 секунд измерение автоматически завершается. Внутренний микропроцессор дозиметра обрабатывает количество зарегистрированных импульсов и пересчитывает их в усреднённую мощность дозы, выраженную в микрорентгенах в час (мкР/ч). Это значение отображается на экране.

Поскольку провести реальное измерение невозможно, предположим, что на экране дозиметра высветилось значение 15 мкР/ч. Это типичное значение для естественного фона в жилых помещениях (нормальным считается фон до 30 мкР/ч).

Для более наглядной оценки уровня радиации можно перевести полученное значение в более современные единицы — микрозиверты в час (мкЗв/ч), используемые для оценки эффективной дозы облучения для человека. Используя соотношение $1 \text{ Р} \approx 0.01 \text{ Зв}$:

$P = 15 \text{ мкР/ч} = 15 \times 10^{-6} \text{ Р/ч} \approx 15 \times 10^{-6} \times 0.01 \text{ Зв/ч} = 0.15 \times 10^{-6} \text{ Зв/ч} = 0.15 \text{ мкЗв/ч}$.

Полученное значение $0.15 \text{ мкЗв/ч}$ также находится в пределах нормы естественного радиационного фона.

Ответ: в результате моделирования эксперимента по измерению мощности дозы естественного радиоактивного фона было получено гипотетическое значение $P = 15 \text{ мкР/ч}$. Это значение соответствует нормальному уровню радиационного фона и в единицах, характеризующих биологическое воздействие, составляет примерно $0.15 \text{ мкЗв/ч}$.