【實驗名稱】 放射性漲落誤差的測量

1、【實驗名稱】 放射性漲落誤差的測量 一、實驗?zāi)康?觀察、了解放射性漲落放射性漲落誤差的規(guī)律，了解放射性漲落誤差的測量方法。通過對放射性漲落誤差的觀察，加深對放射性的衰變特性的了解，增加感性的認(rèn)識。 二、放射性的漲落誤差 放射性的原子核衰變是個隨機過程，一種射性元素原子核不是同時全部衰變，而是：有先有后。對每一原子核不知在何時衰變，但從大量的觀察、統(tǒng)計來看，它遵循著某一規(guī)律就是說是微世界里的自然現(xiàn)象。我們將放射性的這種由放射性漲落引起的誤差，稱之為漲落誤差，或稱之為放射性統(tǒng)計誤差。這種誤差具有偶然誤差的性質(zhì)。因此，我們通常取它的均方根誤差作為標(biāo)準(zhǔn)誤差。由下式表式。式中： Ni第1次的計數(shù)； M

2、重復(fù)測量的次數(shù)： M次測量平均值。相對誤差由下式表示 從公式上可以看出N越大，相對誤差就越小。如要求相對誤差<1，則計數(shù)N應(yīng)不小于1000。而欲使誤差<01，則計數(shù)N應(yīng)大于106。 三、測量步驟 1按照實驗儀器的連接線路連接好測量儀器(見圖31)。B4型放射性測井儀圖3-1 放射性測井實驗儀器聯(lián)接 2確認(rèn)測量儀器連接無誤后，即可開啟儀器電源按鈕，使測試儀器預(yù)熱1530分鐘，以達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 3預(yù)熱完畢，按測試儀器的操作步驟進(jìn)行地面測試面板的校對。 4校對完畢，即可開啟儀器面板上“下井”電源開關(guān)，“校準(zhǔn)”檔位轉(zhuǎn)換至“測井”檔位，“地面”檔位轉(zhuǎn)換至“測井”檔位，其它旋鈕旋至相應(yīng)的

3、檔位，即可以開始測量。 5測量儀器測得的放射性脈沖數(shù)為30秒鐘的累計計數(shù)，到30秒，儀器即報響，測值穩(wěn)定的顯示在儀器面板上的計數(shù)顯示器上，讀值作好記錄即可。 四、數(shù)據(jù)整理及計算 按統(tǒng)計要求，應(yīng)進(jìn)行1000次的測量讀值。實驗中，主要以了解、觀察放射性漲落誤差的變化規(guī)律。學(xué)習(xí)、掌握基本的放射性儀器的操作、測量方法。因此，只進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y量次數(shù)。整理計算如下 一次測量所得的計數(shù)為X、X出現(xiàn)的次數(shù)即它的頻數(shù)為UX，頻數(shù)與觀察次數(shù)M之比，即UxM是計數(shù)為X這一事件出現(xiàn)的頻率。最后將測量計算的數(shù)值制成表格(見表3-1) 表：3-1 放射性測量數(shù)據(jù)XUxXuxXUxXUx272829303l323343536

4、3720O2355109ll113839404l424344454647482l232323363637548639495051523348403417191556545l5233484034171915606l6263646566676869701661587132l01由表中的數(shù)值可以計算出平均計數(shù)為： 注：實驗采用的實驗儀器為：84型放射性測井儀。 將上面表格中的數(shù)值用直方圖表示，即：頻數(shù)分布圖(見圖3-2)圖3-2 頻數(shù)分布圖由頻數(shù)UX的分布圖可看出如下規(guī)律：1.在1000次測量中，讀數(shù)在平均值附近出現(xiàn)的次數(shù)多，離平均值越遠(yuǎn)出現(xiàn)的次數(shù)越少，且小于27和大于70的數(shù)一次也未出現(xiàn)。2.頻數(shù)

5、隨計數(shù)X的分布對稱于X的平均值。附錄：放射性測量中常用的單位及放射性防護(hù) 一、居里放射性強度的單位 一定量放射性核素(核素是在其核內(nèi)具有確定數(shù)目的中子和質(zhì)子的一種原子)的放射性強定義為：單位時間內(nèi)該核素中發(fā)生自發(fā)核變化的次數(shù)(這里“核變化”一詞，是指該核素的衰變或同質(zhì)異能躍遷)。這樣，放射性強度就以簡單而又準(zhǔn)確的方式，對放射性核素的主要特征放射性衰變，作出了定量的描述。 放射性強度的專用單位為居里(記作Ci)；l居里=37×1010秒-1) 放射性核素的放射性強度(居里)和該核素的數(shù)量(克)之間存在簡單的關(guān)系，可以互相換算，若核素的放射性強度是1居里，其相應(yīng)的原子數(shù)以N1表示，衰變常

6、數(shù)以表示，則 (N1)=37×1010秒-1) （1）由此得到相當(dāng)于1居里放射性強度的同位素核的數(shù)目是 （2） 由阿伏伽德羅常數(shù)(1克原子的任何物質(zhì)含有6023×1023個原子)可以求出相當(dāng)于1居里強度的質(zhì)量(克)是： （3） 式中： A原子量：T半衰期(以秒為單位)。當(dāng)T以天為單位時，相當(dāng)于1居里放射性物質(zhì)的克數(shù)的關(guān)系式為： （4） 居里單位太大，常用它的導(dǎo)出單位： 1毫居里=1×10-3居里 1微居里=1×10-6居里 (注：1975年國際計量委員會作出決定，為使放射學(xué)的研究方便，采用國際單位制。用貝克勒爾(符號BG)代替居里，一貝克勒爾定義為放射性

7、核素每秒衰變一次。并改稱放射性強度為活度)。 二、毫克鐳當(dāng)量 1910年在國際會議上確定，按射線強度的比較來確定鐳的數(shù)量，并表示成毫克鐳當(dāng)量。 確定的過程是這樣的：在同一測量條件下測量樣品和已知鐳含量的標(biāo)準(zhǔn)源的輻射強度，利用下式定出樣品中鐳的數(shù)量。 （5）式中： X待測樣品中鐳的數(shù)量，以毫克鐳當(dāng)量表示： m標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)源的鐳毫克數(shù)； I樣和I標(biāo)分別表示樣品和標(biāo)準(zhǔn)源r輻射強度?，F(xiàn)在，毫克鐳當(dāng)量也用來表示其它放射性物質(zhì)(如60C0等)的放射量。定義是：若任何放射性物質(zhì)的射線在空氣等效電離室中所產(chǎn)生的電離度，與1毫克鐳和它的衰變產(chǎn)物達(dá)到平衡時，在完全相同的情況下所產(chǎn)生的電離度一樣，那么，這種射性物質(zhì)的放

8、射量就稱為1毫克鐳當(dāng)量。 因此，毫左鐳當(dāng)量這個單位，對與其衰變產(chǎn)物處于平衡的鐳來說，它表征了鐳的數(shù)量（毫克)；而對其它放射性同位素來說，它只表征了在一定的具體條件下輻射的作用。 三、放射性物質(zhì)的濃度單位 對于固體物質(zhì)中放射性元素的含量，常常用重量濃度作單位，即1克巖石或礦石中放射性物質(zhì)所占的克數(shù)，用“克放射性物質(zhì)克巖石”表示。或用百分?jǐn)?shù)表示。例如礦石中含有1%的鈾，就是說1克礦石中含有001克鈾，或1000克礦石中含有1克鈾。 液體或氣體中放射性物質(zhì)的濃度以體積濃度表示，即單位體積中放射性物質(zhì)的數(shù)量或強度，如克升、毫克升、居里升、微居里升等。 液體和氣體中氡的濃度以居里升表示。在實際工作中這樣

9、的單位太大，常用其導(dǎo)出單位愛曼表示：1愛曼=10-10居里升 四、度量輻射的物理量和單位 放射性物質(zhì)的重要特點之一是不斷地放出射線，因此不但要度量放射性物質(zhì)，而且量它們所產(chǎn)生的幅射。能流量密度率，照射量和照射量率就是描述這方面特征的幾個物連 (一)能流量密度率以單位時間通過該點單位截面積上所有粒子能量的總和(不包括靜止能)來定義。即： （6）式中： ni在時間t內(nèi)通過截面積為ds的第i種粒子的數(shù)目； i第i種粒子的能量。 能流量密度率常常以兆電子伏厘米2·秒、爾格厘米2·秒為單位，它適用于各種致輻射，只要指出所有各點的能流量密度率，使能夠?qū)椛鋱鲎骰镜奈锢砻枋觥?(二)照

10、射量和照射量率 射線(或x射線)與空氣相互作用，由于光電吸收，康普頓一點有訓(xùn)散射和生成對三種效應(yīng)，產(chǎn)生次級電子。這些次級電子可使空氣電離，形成正負(fù)離子，顯然，輻射強，形成的離子多，輻射弱，形成的離子少。照射量(x)就是對x或輻射根據(jù)其產(chǎn)生電離子的領(lǐng)而作出的一種量度，用來表x或輻射源在空氣中形成的輻射場。 照射量x定義為： （7） 其中dQ是當(dāng)光子在質(zhì)量為dm的某一體積元內(nèi)的空氣中釋放出來的全部電子(負(fù)電子和正電子)被完全阻止于空氣中時，在空氣中形成的一種符號的離子總電荷的絕對值。 照射量的量綱是庫侖千克，專用單位是倫琴， 1倫琴=2.58×10-4庫侖·千克-1 (8)因為

11、一庫侖=3×109CGSE，所以 1給琴 =1CGSE/0.001293克 這表明在1倫琴照射量的作用下，1千克空氣中形成任何一種符號(正或負(fù))離子的總電荷是258 ×10-4庫侖；或者是在0001293克空氣中(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積為一立方厘米)形成任何一種符號(正或負(fù))離子的總電荷為一個靜電單位。 己知一個離子的電荷等于4.8×10-10CGSE，則一個靜電單位電量的離子對數(shù)目等于，1/4.8×10-10=2.083×109y離子對 空氣中形成一對離子所消耗的平均能量約為34eV：則一倫琴時，一克空氣吸收的能量為： XE稱為倫琴的換算因素。 照射

12、量率()是單位時間里照射量，表示成微商的形式 (10) dx時間間隔dt內(nèi)照射量的增量。照射量率常用的單位是倫琴小時，微倫琴小時(即伽馬)及微倫琴秒等。（三）照射量與能流量密度率的關(guān)系先考慮單能輻射的簡單情況。在空氣中A處取一截面積為ds，厚度為dx的一小體積元，如圖31所示。如果在時間t內(nèi)，通過ds的光子數(shù)為n，光子的能量為hv，那么A點的能流量密度率是（兆電子伏·厘米-2·秒-1） （11）圖31確定照射量率 與能流量刻度關(guān)系而A處的照射量率是由前述倫琴的換算因數(shù)XE可知，照射量與空氣吸收的輻射能量直接有關(guān)，因為 （12）因為 代入上式，有 （13）式中： Et時間通過

13、體積元的光子總能量，等于n·hv； dE相應(yīng)時間里該體積元吸收的能量： 空氣的吸收系數(shù)數(shù)(厘米-1)； p空氣的密度； XE倫琴的換算因素。 以上關(guān)系可以推廣到放射多種能量光子的一般情況。根據(jù)(兆電子伏厘米-2秒-1)式，對于能量為h v i的第i種光子，應(yīng)該有 （14）總照射量率應(yīng)該是各種光子照射量率求和 (15)由表3.1可知，當(dāng)能量在0.11.9MeV范圍內(nèi)，空氣的吸收系數(shù)可以近似地認(rèn)為是一常數(shù)(u a=35×10-5±03×10-5厘米-1)，于是式(12)中的µi可以從總和符號中提出為，這就表明，在上述的能量區(qū)間里照射量率與能流量密度

14、率有近于正比的關(guān)系。 (四)點源輻射照射的量率的計算 由式(15)，強度為m居里的點源在距離為R處的輻射照射量可以表示為 (16) 式中： m×3.7×1010每秒衰變數(shù)(秒-1)： ni每次衰變放出能量為h v量子的幾率； µi能量為hV的量子在空氣中的吸收系數(shù)(厘米-1)： 4R2半徑為R的球面積(厘米2)。 若hV以兆電子伏為單位，時間以小時為單位，則有 （17） 由上式可知，點源的照射量率與放射率性強度(m)成正比，與距離的平方成反比。 五、放射性防護(hù) 放射性輻射對人體的危害是不可忽視的，工作中必須注意防護(hù)，為了保證工作人員的安在放射性防護(hù)規(guī)定中提出了各項

15、安全措施，下面根據(jù)規(guī)定，對最大容許劑量、最大容許濃度和防護(hù)的基本原則作以介紹。 一、最大容許劑量和最大容許濃度射線對生物機體的危害程度與物體吸收的輻射能量直接有關(guān)。物體單位質(zhì)量所吸收的能量稱為吸收劑量。吸收劑量的專用單位為拉德(rad)，一拉德=102焦耳千克：100爾格克。 在相同的吸收劑量下，由于射線性質(zhì)和照射條件的不同，對生物機體的危害程度也不同。例如在吸收劑量相同時，射線的危害性要比射線大十倍。為此在防護(hù)中通常采用劑量當(dāng)量來統(tǒng)一衡量各種射線的危害性。劑量當(dāng)量的專用單位為雷姆(rem)，計算公式為H=DQN，式中D為吸收劑量，單位是拉德；Q為性質(zhì)系數(shù)，對或射線內(nèi)外照射而言Q=1，對二射線

16、內(nèi)照射而言Q=10；N為其它修正系數(shù)，對外照射而言N=1；H為劑量當(dāng)量，單位為雷姆。 顯然接受的劑量當(dāng)量越大對人體的損害也就越顯著。為了確保安全，制定了一個可以容許人體接受劑量，即最大容許劑量。它是根據(jù)射線對人體傷害的資料和對動物進(jìn)行實驗的結(jié)墨而確定的。從現(xiàn)代科學(xué)知識來看，這樣大的劑量在人的一生中不會引起人體的顯著損傷。根據(jù)目前規(guī)定，最大容許劑量有年累積劑量和周累劑量等，如與雷姆年，0.3雷姆周。這些規(guī)定不是一成不變的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對幅射防護(hù)知識的不斷深化，可以規(guī)定新的合理的標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)最大容許劑量可以算出放射性物質(zhì)在水或空氣中的最大容許濃度。最大容許濃度是指在該濃度下的放射性物質(zhì)，進(jìn)

17、入人體后在器官中或在整個機體中所產(chǎn)生的劑量均在容許劑量范圍之內(nèi)。按當(dāng)前規(guī)定，坑道或礦井中氡的最大容許濃度為1×10-10居里升。 二、防護(hù)基本原則 根據(jù)輻射對人體產(chǎn)生危害的途徑，輻射防護(hù)的基本原則是：減少體外照射和防止放射性物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)。 (一)減少體外照射 不同射線采用不同方法。對射線可用工作服或橡皮手套擋住。射線可用0.6厘米左右的有機玻璃或鋁等物質(zhì)擋住。射線則必須用一定厚度的鉛屏來減弱其輻射。 此外對射線而言，縮短照射時間和增大放射源與工作人員之間的距離也是減少體外照射的兩種重要方法，因為射線通常不能完全屏蔽，采用這些方法可以有效地減少射線對人體的照射，使工作時接受的劑量當(dāng)量不

18、超過最大容許劑量。 (二)防止放射性物質(zhì)進(jìn)放人體內(nèi) 放射性物質(zhì)可以通過(1)吸入放射性氣體和塵埃，由呼吸器官進(jìn)入體內(nèi)。(2)吞入射性物質(zhì)污染的水或食物，由消化器官進(jìn)入人體內(nèi)。(3)放射性物質(zhì)由損傷的皮膚傷口，通過血液循環(huán)進(jìn)入人體內(nèi)。為了防止放射性物質(zhì)進(jìn)入人體內(nèi)必須注意以下幾點： 1工作地點空氣中放射性物質(zhì)的濃度不能超過最大容許濃度。為此，工作場所要有可靠的通風(fēng)裝置。使空氣新鮮，實驗室中能引起放射性塵?；驓怏w的操作應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。 2工作時要穿工作服并戴器口罩。衣服可將射線全部擋住。配帶有效的防塵口罩，防止氡子體等有害物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)。這是礦山工作人員一項必要的防護(hù)措施。 3，在坑道、礦井和實驗室

19、中嚴(yán)禁吸煙、吃東西和飲水。 4從事放射性物質(zhì)的操作要小心，防止放射性物質(zhì)潑、濺、散。接觸放射性物質(zhì)時要戴上手套，事后手要清洗干凈。 5注意安全生產(chǎn)、防止損傷。帶有傷口的手不要接觸放射性物質(zhì)，應(yīng)等傷口愈合后再進(jìn)行工作。 三、其它問題 要進(jìn)行有效的防護(hù)，一方面要了解工作地點放射性物質(zhì)的濃度和輻射強度，另一方面要了解工作人員的健康情況，因此必須進(jìn)行定期的劑量測量和健康檢查。 檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，必須按照放射性防護(hù)規(guī)定采取有效措施，及時處理。工作中只要注意防護(hù)、遵守各項規(guī)定，輻射對人體的危害是可以避免的。附錄一 射線在空氣中的吸收系數(shù)射線能量MeVµ空射線能量MeVµ空射線能量MeVµ空0.020.060.120.3073.4×10-53.9×10-53.2×10-53.7×10-50.600.901.201.803.8×10-53.6×10-53.5×10-53.2×10-52.43.04.560.2.8×10-52.7×10-52.4×10-52.2×10-5附錄二