Методические указания для выполнения лабораторной работы на тему: «Средства контроля и защиты в чрезвычайных ситуациях» (стр. 1 )

Министерство Образования и науки Республики Казахстан

Семипалатинский Государственный Университет имени Шакарима

Кафедра «Техническая физика и Теплоэнергетика»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

на тему: «СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ В

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ»

для студентов специальности «050731» –Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды.

Семей

2009

Левченко указания для выполнения лабораторной работы на тему «Средства контроля и защиты в чрезвычайных ситуациях» для студентов специальности «050731» – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды.– Семей, СГУ имени Шакарима, 2009. – 24 с.

Содержание

Лабораторная работа 1. Средства контроля и защиты в чрезвычайных ситуациях 4

1.1 Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом и способы регистрации этих излучений. 4

1.2 Устройство, подготовка к работе и проведение измерений дозиметрическими приборами. 7

1.2.1. Рентгенометр ДП-5Б. 7

1.2.2 Дозиметр-радиометр бытовой Анри-01-02 «Сосна». 10

1.2.3 Прибор комбинированный для измерения ионизирующих излучений РКСБ-104 14

1.3 Контрольные вопросы.. 20

1.4 Требования к содержанию отчета. 20

Список использованной литературы.. 21

Лабораторная работа 1. Средства контроля и защиты в чрезвычайных ситуациях

Цель работы. При выполнении данной лабораторной работы студенты закрепляют полученные за лекции знания о методах регистрации ионизирующих излучений и средствах защиты от них, знакомятся с устройством и принципом действия различных дозиметрических приборов (войсковых и бытовых радиометров и дозиметров) и приобретают навыки работы с этими приборами; умение подготовить эти приборы к работе, провести измерение гамма - фона, загрязненности поверхности бета - препаратами, удельной активности материалов, а также вести непрерывный контроль радиационной обстановки.

Теоретические сведения

1.1 Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом и способы регистрации этих излучений

Приборы радиационного контроля предназначены для определения уровней радиации и степени заражения радиоактивными веществами раз-личных поверхностей, веществ, предметов и объектов. Приборы дозиметрического контроля используются для измерения доз радиоактивного облучения людей.

Важнейшим элементом любого дозиметрического прибора является детектор радиоактивных (ионизирующих) излучений. Как известно, радиоактивность - это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра. Такие превращения сопровождаются радиоактивным излучением: испусканием альфа - или бета-частиц, нейтронов или гамма - квантов. Эти излучения обладают большой энергией, которую они могут передавать среде, в которой распространяются, вызывая ее ионизацию: при взаимодействии радиоактивных излучений с нейтральными атомами или молекулами вещества из них выбиваются свободные электроны и образуются положительно и отрицательно заряженные ионы, в результате чего изменяются физико-химические свойства этого вещества.

Детектор ионизирующих излучений преобразует поглощенную в нем энергию в какой-либо другой вид энергии, удобный для регистрации. В зависимости от природы процессов, протекающих в детекторе различают фотографический, сцинцилляционный, химический, полупроводниковый и ионизационный методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений.

Фотографический метод основан на измерении степени почернения чувствительной фотоэмульсии под воздействием радиоактивных излучений. В состав эмульсии входят зерна бромистого или хлористого серебра, содержащие ионы серебра. Под воздействием излучения на поверхности этих зерен происходит восстановление ионов серебра до нейтральных атомов металлического серебра - образуются центры проявления и формируется так называемое скрытое изображение. При проявлении скрытого изображения происходит практически полное восстановление металлического серебра в зернах, содержащих центры проявления, что приводит к почернению чувствительного слоя. Зерна, не содержащие центры проявления, удаляются из эмульсии при проведении следующей операции - закрепления изображения. После этого эмульсия становится нечувствительной к действию излучений. Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения образца с эталоном, определяют дозу излучения, полученную пленкой. На этом принципе основаны индивидуальные фотодозиметры.

Сцинцилляционный метод основан на способности некоторых веществ под воздействием радиоактивных излучений испускать видимое излучение. При взаимодействии ионизирующего излучения с атомами или молекулами детектора (кристалла сернистого цинка, йодистого натрия, антрацена, стильбена и др.) часть поглощенной ими энергии излучается в виде фотонов видимого света - вспышек (сцинцилляций). Фотоны, попадая затем на фотокатод фотоэлектронного умножителя, выбивают из него электроны, которые далее направляются на ряд последовательно расположенных управляющих электродов. Эти электроды изготовлены из веществ с малой работой выхода электрона, благодаря чему количество выбитых из каждого электрода вторичных электронов в несколько раз превышает количество бомбардировавших его первичных электронов. В результате такого «размножения» электронов на каждый попавший в умножитель фотон образуются миллиарды электронов и на выходе прибора возникает достаточно большой импульс тока. Обладающие высокой чувствительностью сцинцилляционные счетчики широко применяются при проведении научных исследований и лабораторных измерений.

Химический метод основан на количественной оценке радиационнохимических реакций, т. е. химических процессов, протекающих под воздействием ионизирующих излучений (например, окисление ионов двухвалентного железа до трехвалентного или восстановление нитрат-ионов до нитрит-ионов в водных растворах или образование соляной кислоты изхлороформа). Продукты этих реакций, взаимодействуя со специальными добавками, содержащимися в растворах (индикаторами), изменяют окраску растворов. Интенсивность окраски пропорциональна количеству образовавшихся продуктов, которое, в свою очередь, возрастает при увеличении поглощенной растворами энергии (дозы излучения). Сравнивая окраску исследуемого раствора с эталоном, делают вывод о дозе радиоактивного излучения, воздействовавшего на раствор. Основанные на этом принципе химические дозиметры используются при измерении больших доз ионизирующих излучений.

Полупроводниковый метод основан на ионизации твердых веществ, обладающих полупроводниковыми свойствами. Полупроводники в обычных условиях являются изоляторами, а под воздействием радиоактивных излучений становятся проводниками, так как в них при этом образуются заряженные пары электрон-дырка (положительный ион). Следует отметить, что энергия образования пары электрон-дырка примерно в 10 раз меньше энергии образования ионной пары в газе. Поэтому при полном торможении частицы в полупроводнике образуется значительно больший электрический заряд того и другого знака, чем в газе. Удельная ионизация в полупроводнике примерно в 1000 раз больше удельной ионизации в газе, благодаря чему необходимый для торможения частиц объем полупроводника намного меньше объема ионизационной камеры (газоразрядной).

Вследствие этого полупроводниковые детекторы обладают важными достоинствами: высокой эффективностью и компактностью. Под действием мощного внешнего электрического поля (напряжением 200-1000 В, чтобы исключить рекомбинацию образовавшихся пар носителей заряда) электроны и дырки движутся в полупроводнике к соответствующим электродам и в нем протекает электрический ток. Так как подвижность электронов и дырок значительно больше подвижности ионов в газе, длительность импульса тока в полупроводниковых детекторах чрезвычайно мала (примерно 10-7 сек) и они обладают высокой разрешающей способностью.

Недостатком полупроводниковых детекторов является наличие темнового тока, вызванного движением собственных носителей заряда полупроводника. Величина темнового тока существенно зависит от температуры и становится пренебрежимо малой по сравнению с величиной ионизационного тока лишь при очень низких температурах (порядка – 150 °С), вследствие чего полупроводниковые детекторы используются в основном в научных исследованиях.

Ионизационный метод основан на том, что в детектор радиоактивных излучений, представляющий собой камеру, заполненную газовой смесью, вводятся электроды, к которым подается разность потенциалов от внешнего источника. В созданном таким образом электрическом поле образовавшиеся в результате ионизации вещества детектора заряженные частицы (положительные ионы и свободные электроны) движутся направленно и в цепи возникает ионизационный ток. В качестве детектора излучений в бытовых, промышленных и военных дозиметрических приборах, основанных на ионизационном методе, чаще всего используются газоразрядные счетчики.

Газоразрядный счетчик представляет собой герметичный металлический цилиндр, заполненный разреженными благородными газами неоном и аргоном с некоторыми добавками, улучшающими работу счетчика. Внутри цилиндра, вдоль его оси, натянута тонкая металлическая нить, изолированная от цилиндра. Нить подключена к положительному полюсу источника питания и служит анодом, а цилиндр - к отрицательному полюсу и служит катодом. Так как площадь поверхности анода значительно меньше площади поверхности катода, в счетчике создается неоднородное электрическое поле, напряженность которого максимальна у поверхности анода. Образовавшийся в результате взаимодействия радиоактивной частицы или кванта с нейтральным атомом благородного газа свободный электрон, называемый первичным, движется к аноду, причем скорость его движения растет, поскольку в этом же направлении увеличивается напряженность электрического поля. Вследствие такого ускорения электрон приобретает кинетическую энергию, достаточную для осуществления ударной ионизации: при столкновении первичного электрона с нейтральным атомом газа он выбивает из этого атома новый электрон, называемый вторичным. Вторичный электрон, ускоряясь, также производит ударную ионизацию, в результате чего к аноду приходит лавина электронов. В этот момент положительный потенциал анода резко уменьшается, и в цепи возникает электрический импульс. Регистрируя количество импульсов в единицу времени, судят об интенсивности ионизирующего излучения (мощности дозы).