Dosah γ záření ve vzduchu Intenzita bodového zdroje γ záření se mění podobně jako intenzita bodového zdroje světla. Ve dvojnásobné vzdálenosti, paprsek pokrývá dvakrát větší oblast povrchu, což znamená, že intenzita záření klesá s druhou mocninou vzdálenosti. Při měření zdroje γ záření je použit slabý zdroj záření, proto se dá očekávat, že dosah γ záření měřených preparátů bude relativně malý. Přístroje a pomůcky pro měření úlohy: Geiger-Mullerův počítač magnetický úchyt Geiger-Mullerův čítač INNO Magnetická podložka s měřítkem, magnetická Montážní absorpční deska Set radioaktivních preparátů Obr. 1: Uspořádání úlohy při měření dosahu γ záření.
a) Proměřte dosah γ záření ve vzduchu Změřte dosah γ záření ve vzduchu pro připravený zdroj záření. Měření je ilustrováno na Obr. 1. Při měření γ záření dodržujte pro vlastí bezpečnost dostatečný odstup! Vysoké hodnoty, které jsou naměřeny hlavně v těsné blízkosti zdroje γ záření implikují následující závěry: Nikdy se nedotýkejte emisního okénka zdroje radiace Udržování vzdálenosti od zdroje záření snižuje absorbovanou dávku Udržování odstupu ve chvíli kdy jste blízko zdroje záření snižuje absorbovanou dávku nejvíce. Nemá smysl odstupovat od zdroje záření do nesmyslné vzdálenosti, pokud dodržujete základní odstup. U použitého zdroje záření je obtížné demonstrovat experimentem efekt inverzní závislosti intenzity záření na druhé mocnině vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že je zdroj záření relativně slabý, jsou dostupné pouze malé vzdálenosti dosahu γ záření. Je nezbytné předpokládat, že zdroj záření má bodový charakter. Při použití zdroje záření, který nemá bodový charakter, pravidlo inverzní závislosti na druhé mocnině vzdálenosti v jeho jednoduché podobě pouze vyjadřuje horní limit pro očekávané hodnoty, zatímco naměřené hodnoty mohou být znatelné menší. Ve větších vzdálenostech, kde je zdroj záření podobný bodovému zdroji, se počet naměřených pulsů dostane do intervalu, pro který je nezbytné použit neúměrně dlouhou dobu měření k uchování dostatečné přesnosti měření. Vybrané otázky k dané problematice 1) Jaké podmínky je potřeba dodržovat při měření γ záření? 2) Jak závisí intenzita γ záření na vzdálenosti?
Vliv magnetického pole na γ záření Gama záření je elektromagnetická vlna, která se skládá z fotonů. Magnetické pole má vliv pouze na trajektorii částic, které nesou náboj. Proto není γ záření ovlivněné magnetickým polem. Podobně i neutrony, které nenesou náboj, nejsou ovlivněny magnetickým polem. Přístroje a pomůcky pro měření úlohy: Geiger-Mullerův počítač magnetický úchyt Geiger-Mullerův čítač INNO Magnetická podložka s měřítkem, magnetická Montážní absorpční deska Set radioaktivních preparátů Pár knoflíkových magnetů Adaptér pro odchylování radioaktivních látek Obr. 2: Uspořádání úlohy při měření vlivu magnetického pole na γ záření.
a) Změřte vyzařovací charakteristiku γ záření Vybrané otázky k dané problematice 1) Jakým způsobem ovlivní vnější magnetické pole tok γ záření? 2) Jak by byl magnetickým polem ovlivněn tok neutronů?
γ dosimetrie Absorpční experimenty s kolečkem klobásy ukazují, že vysoko-energetické γ záření způsobuje pouze malou dávku záření v povrchu kůže. Ve větší hloubce ovlivňuje γ záření vnitřní orgány a je schopné proniknout do mnoha oblastí lidského těla. Pro efekty γ záření ve větší hloubce se zavádí termín vrstva poloviční hodnoty. Hodnota tohoto parametru určuje šířku vrstvy, která je nutná k zeslabení intenzity γ záření na polovinu původní úrovně. Pro γ zářič 60 Co, který se používá v těchto úlohách jako zdroj γ záření, je vrstva nutná k zeslabení původní intenzity na poloviční hodnotu přibližně 12 cm. Jako model kůže je použit papír, jako model 1 cm široké vrstvy měkkých tkání je použit 1 cm široké kolečko klobásy. Vrstva 10 mm je použita kvůli Evropskému zákonu o ochraně před radiací, který specifikuje 1 cm širokou vrstvu měkké tkáně, která pomáhá odlišit povrchové a interní účinky radiace. Jakékoliv záření, které projde přes tuto mezivrstvu širokou 1 cm je považováno za pronikající typ radiace, který je schopen ovlivnit lidské tělo zevnitř, např. ozářit vnitřní tělesné orgány. Přístroje a pomůcky pro měření úlohy: Geiger-Mullerův počítač magnetický úchyt Geiger-Mullerův čítač INNO Magnetická podložka s měřítkem, magnetická Montážní absorpční deska Set radioaktivních preparátů Laboratorní nožík Magnetický přípravek na přichycení desek Umístěte absorbér γ záření do vzdálenosti 2 cm od zdroje záření 60 Co. Vrstva papíru modeluje kůži, kolečko klobásy modeluje měkkou tkáň. Uspořádání experimentu je ilustrováno na Obr. 3.
Obr. 3: Uspořádání úlohy při měření absorbovaného záření. a) Změřte absorpci γ záření několika materiály Vybrané otázky k dané problematice 1) Jaká je dávka γ záření, která je absorbována kůží? 2) Jaké riziko z hlediska ozáření hrozí od γ záření?
Absorpce γ záření γ záření je tlumeno podle exponenciální funkce. Matematicky lze vyjádřit útlum γ záření následující funkcí: I µ x ( x) = I(0) e, kde x je hloubka vniku a µ je koeficient útlumu. Přístroje a pomůcky pro měření úlohy: Geiger-Mullerův počítač magnetický úchyt Geiger-Mullerův čítač INNO Magnetická podložka s měřítkem, magnetická Montážní absorpční deska Set radioaktivních preparátů Set absorpčních desek Magnetický přípravek na přichycení desek Abychom demonstrovali jak stupeň absorpce γ záření závisí na použitém stínícím materiálu, použijeme pro následující měření 2 mm širokou vrstvu plexiskla, hliníku, oceli a olova. Vliv šířky tlumící vrstvena absorpci γ záření je demonstrován několika destičkami olova, které se vrství postupně na sebe. a) Vliv materiálu na útlum γ záření Proměřte závislost útlumu γ záření na různých absorpčních materiálech. Měření by mělo potvrdit, že materiály s vyšším atomovým číslem jsou lépe schopny utlumit γ záření oproti materiálům s nižším atomovým číslem. Měření je zachyceno na Obr. 4. b) Vliv šířky tlumícího materiálu na útlum γ záření Proměřte závislost útlumu γ záření na šířce vrstvy absorpčního materiálu. Šířka vrstvy olova ve které klesne intenzita záření na polovinu může být pro 60 Co nalezena v tabulkách. Během radioaktivního rozpadu 60 Co jsou emitovány dva fotony s různou energií E = 1332 kev a E = 1173 kev, což ovlivňuje přesnost měření v této úloze. Uspořádání experimentu je zachyceno na Obr. 5.
Obr. 4: Uspořádání úlohy při měření závislosti útlumu γ záření na použitém stínícím materiálu. Obr. 5: Uspořádání měření při pozorování vlivu šířky absorpčního materiálu na útlum γ záření.
Vybrané otázky k dané problematice 1) Jak široká je přibližně vrstva olova, která způsobí pokles intenzity γ záření na polovinu původní hodnoty? 2) Jak závisí útlum γ záření na atomovém čísle absorpčního materiálu?
Detekce hladiny Pronikající γ záření se dá použít mimo jiné i jako detekční zařízení pro testování hladiny látek v neprůhledných nádobách. Když dosáhne hladina tekutiny nebo zrnité látky v nádobě imaginární hladiny, dostane se mezi zdroj γ záření a jeho detektor. Intenzita γ záření je ještě více utlumena, což je zjištěno nižším počtem naměřených pulsů. Pokud je detekce napojena do ovládacího okruhu, může být zastaveno plnění nádrže dalším materiálem. Přístroje a pomůcky pro měření úlohy: Geiger-Mullerův počítač magnetický úchyt Geiger-Mullerův čítač INNO Magnetická podložka s měřítkem, magnetická Montážní absorpční deska Set radioaktivních preparátů Přípravek pro uchycení preparátů Olověné kuličky, 250 g Odměrka Snímací sonda a zdroj radiace umístěte naproti sobě a mezi ně vložte odměrku. Tu během měření doplňujte kuličkami olova. Uspořádání měření je zachyceno na Obr 6. Zapište hodnoty pulsů při měření s prázdnou odměrkou a po dosažení hladiny, kdy dojde k útlumu γ záření.
Obr. 6: Uspořádání experimentu při měření hladiny materiálu. Vznik tohoto studijního materiálu byl podpořen Evropským sociálním grantem Zvýšení kvality praktického vzdělání studentů studijního programu Biomedicínská a klinická technika (CZ.04.1.03/3.2.15.3/0444).