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一、实验目的
观察、了解放射性涨落放射性涨落误差的规律,了解放射性涨落误差的测量方法。通过
对放射性涨落误差的观察,加深对放射性的衰变特性的了解,增加感性的认识。
二、放射性的涨落误差
放射性的原子核衰变是个随机过程,一种射性元素原子核不是同时全部衰变,而是:有
先有后。对每一原子核不知在何时衰变,但从大量的观察、统计来看,它遵循着某一规律就
是说是微世界里的自然现象。我们将放射性的这种由放射性涨落引起的误差,称之为涨落误
差,或称之为放射性统计误差。这种误差具有偶然误差的性质。因此,我们通常取它的均方
根误差作为标准误差。由下式表式。
2
M
NN
1
i1
M
式中:
——第N1次的计数;
i
——重复测量的次数:M
N——M次测量平均值。
相对误差由下式表示
N11
NNN
从公式上可以看出N越大,相对误差就越小。如要求相对误差<1%,则计数N应不小于
1000。而欲使误差<%,则计数N应大于106。
三、测量步骤
.按照1实验仪器的连接线路连接好测量仪器()。
B4型放射性测井仪
图3-1放射性测井实验仪器联接
.确2认测量仪器连接无误后,即可开启仪器电源按钮,使测试仪器预热15~30分钟,
以达到稳定的工作状态。
.预热完毕3,按测试仪器的操作步骤进行地面测试面板的校对。
.校4对完毕,即可开启仪器面板上“下井”电源开关,“校准”档位转换至“测井”档
位,“地面”档位转换至“测井”档位,其它旋钮旋至相应的档位,即可以开始测量。
.测量5仪器测得的放射性脉冲数为30秒钟的累计计数,到30秒,仪器即报响,测值稳
定的显示在仪器面板上的计数显示器上,读值作好记录即可。
四、数据整理及计算
按统计要求,应进行1000次的测量读值。实验中,主要以了解、观察放射性涨落误差
的变化规律。学****掌握基本的放射性仪器的操作、测量方法。因此,只进行适当的测量次
数。
整理计算如下
一次测量所得的计数为X、X出现的次数即它的频数为U,频数与观察次数M之比,即
X
Ux/M是计数为X这一事件出现的频率。最后将测量计算的数值制成表格(见表3-1)
表:3-1放射性测量数据
XUxXuxXUxXUx
272382l49566016
280392350546l6
29O4023515l6215
3024l235252638
3l342363333647
32543364848651
33544374040663
41045543434672
359468171768l
36ll47631919690
371**********
由表中的数值可以计算出平均计数为:
u
0
u
0
注:实验采用的实验仪器为:84型放射性测井仪。
将上面表格中的数值用直方图表示,即:频数分布图(见图3-2)
图3-2频数分布图
由频数U的分布图可看出如下规律:
X
式中:
——待测样品中镭的数量,以毫克镭当量表示:X
标准——标准源的镭毫克数;m
样和II标——分别表示样品和标准源r辐射强度。
现在,毫克镭当量也用来表示其它放射性物质(如60C等)的γ放射量。定义是:若任何
0
γ放射性物质的γ射线在空气等效电离室中所产生的电离度,与1毫克镭和它的衰变产物达
到平衡时,在完全相同的情况下所产生的电离度一样,那么,这种γ射性物质的放射量就称
为1毫克镭当量。
因此,毫左镭当量这个单位,对与其衰变产物处于平衡的镭来说,它表征了镭的数量(毫
克);而对其它放射性同位素来说,它只表征了在一定的具体条件下γ辐射的作用。
三、放射性物质的浓度单位
对于固体物质中放射性元素的含量,常常用重量浓度作单位,即1克岩石或矿石中放射
性物质所占的克数,用“克放射性物质/克岩石”表示。或用百分数表示。例如矿石中含有
1%的铀,,或1000克矿石中含有1克铀。
液体或气体中放射性物质的浓度以体积浓度表示,即单位体积中放射性物质的数量或强
度,如克/、毫克/升、升居里/、升微居里/等。升
液体和气体中氡的浓度以居里/表示。升在实际工作中这样的单位太大,常用其导出单
位爱曼表示:
1爱曼=10-10居里/升
四、度量辐射的物理量和单位
放射性物质的重要特点之一是不断地放出射线,因此不但要度量放射性物质,而且量它
们所产生的幅射。能流量密度率,照射量和照射量率就是描述这方面特征的几个物连
一)(能流量密度率
以单位时间通过该点单位截面积上所有粒子能量的总和(不包括静止能)来定义。即:
nii
I(6)
dst
式中:
——在时n间△t内通过截面积为ds的第i种粒子的数目;
i
∑——第i种粒子的能量。
i
能流量密度率常常以兆电子伏/厘米2·秒、尔格/厘米2·秒为单位,它适用于各种致
辐射,只要指出所有各点的能流量密度率,使能够对辐射场作基本的物理描述。
二)(照射量和照射量率
γ射线(或x射线)与空气相互作用,由于光电吸收,康普顿一点有训散射和生成对三种
效应,产生次级电子。这些次级电子可使空气电离,形成正负离子,显然,辐射强,形成的
离子多,辐射弱,形成的离子少。照射量(x)就是对x或γ辐射根据其产生电离子的领而作
出的一种量度,用来表x或γ辐射源在空气中形成的辐射场。
照射量x定义为:
dQ
(7)
dm
其中dQ是当光子在质量为dm的某一体积元内的空气中释放出来的全部电子(负电子和
正电子)被完全阻止于空气中时,在空气中形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。
照射量的量纲是库仑/千克,专用单位是伦琴,
伦琴=×110-4库仑·千克-1(8)
因为一库仑=3×109CGSE,所以
1043109CGSE
给琴1
1000克
=1CGSE/
这表明在1伦琴照射量的作用下,1千克空气中形成任何一种符号(正或负)离子的总电
×10-4库仑;(标准状态下体积为一立方厘米)形成
任何一种符号(正或负)离子的总电荷为一个静电单位。
×10-10CGSE,则一个静电单位电量的离子对数目等于,
1/×10-10=×109y离子对
空气中形成一对离子所消耗的平均能量约为34eV:则一伦琴时,一克空气吸收的能量
为:
10934108
107(MeV/克伦琴)
(尔格/克伦琴)
——称为伦琴的换算因素。XE
照射量率()是单位时间里照射量,表示成微商的形式
dx/dt(10)
——时间间隔dxdt内照射量的增量。
照射量率常用的单位是伦琴/小时,微伦琴/小时(即伽马)及微伦琴/秒等。
(三)照射量与能流量密度率的关系
先考虑单能γ辐射的简单情况。在空气中A处取一截面积为ds,厚
度为dx的一小体积元,。如果在时间△t内,通过ds
的光子数为n,光子的能量为hv,那么A点的能流量密度率是
nh
I(兆电子伏·厘米-2·秒-1)(11)
dst
与能流量刻度关系
而A处的照射量率是
dQ/dmt
由前述伦琴的换算因数X可知,照射量与空气吸收的辐射能量直接有关,因为
E
dE/dm
d,则
E
dE/dmt(12)
E
因为
adm/EdxdEaEdx
dmpdssx
代入上式,有
aEd1anh
(13)
dsdtEdst
E
1
I
E
式中:
——△tE时间通过体积元的光子总能量,等于n·hv;
——相应时间里该体积元吸收的能量:dE
a——空气的吸收系数数(厘米-1);
——空气的密度;p
——伦琴的换算因素。X
E
nh
以上关系可以推广到放射多种能量γ光子的一般情况。根据I(
dst
米--1)式,对于能量为hv的第ii种光子,应该有
1anihvi
(14)
tds
E
总照射量率应该是各种光子照射量率求和
11
ahv(15)
ipdstiii
E
,~,空气的吸收系数可以近似地认为是一常数(u
a=×10-5±×10-5厘米-1),于是式(12)中的µi可以从总和符号中提出为,这就表明,
在上述的能量区间里照射量率与能流量密度率有近于正比的关系。
四)(点源γ辐射照射的量率的计算
由式(15),强度为m居里的点源在距离为R处的γ辐射照射量可以表示为
10
m10nhv1
iii(伦琴/秒)(16)
4R2
E
式中:
m××1010——每秒衰变数(秒-1):
——每次衰变放出能量为nihv量子的几率;
µi——能量为hV的量子在空气中的吸收系数(厘米-1):
πR42——半为径R的球面积(厘米2)。
若hV以兆电子伏为单位,时间以小时为单位,则有
10
m10nihviai
3600伦琴/小时
4R2107
.从事放射性物质的操作要小心,防止放射性物质泼、溅、散。接触放射性物质时要4
戴上手套,事后手要清洗干净。
.注意安全生产、防止损伤。带有伤口的手不要接触放射性物质,应等伤口愈合后再5
进行工作。
三、其它问题
要进行有效的防护,一方面要了解工作地点放射性物质的浓度和辐射强度,另一方面要
了解工作人员的健康情况,因此必须进行定期的剂量测量和健康检查。
检查中发现的问题,必须按照放射性防护规定采取有效措施,及时处理。
工作中只要注意防护、遵守各项规定,辐射对人体的危害是可以避免的。
附录一γ射线在空气中的吸收系数
射线能量射线能量射线能量
µ空µ空µ空
MeVMeVMeV
×10-×10-×10-5
×10-×10-×10-5
×10-×10-×10-5
×10-×10-×10-5
附录二不同时期花岗岩中R、Th、K含量
a
岩石(芬兰花岗岩)Ra(10-10%)Th(10-4%)K(%)
附录三岩石中放射性元素的含量
附录四几种物质的密度
材料密度(克/厘米3)材料密度(克/厘米3)
--—
—
—
--
混凝土—
附录五几种常用同位素的Y常数(K和半衰期Y)(T)表
元素KγT元素KγT
(Rad)
×10-5天
伦琴厘米2
Kγ的量纲为:
小时毫居里
-