Gammastrahlung ist eine der kurzwelligen Arten der elektromagnetischen Strahlung. Aufgrund der extrem kurzen Wellenlänge hat Gammastrahlung ausgeprägte Korpuskulareigenschaften, während Welleneigenschaften praktisch nicht vorhanden sind.

Gamma hat eine starke traumatische Wirkung auf lebende Organismen, und gleichzeitig ist es völlig unmöglich, es mit den Sinnen zu erkennen.

Es gehört zur Gruppe der ionisierenden Strahlung, dh es trägt zur Umwandlung stabiler Atome verschiedener Substanzen in Ionen mit positiver oder negativer Ladung bei. Die Geschwindigkeit der Gammastrahlung ist vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit. Die Entdeckung bisher unbekannter Strahlungsflüsse erfolgte 1900 durch den französischen Wissenschaftler Villard.

Für die Namen wurden die Buchstaben des griechischen Alphabets verwendet. Strahlung, die nach Röntgen auf der Skala der elektromagnetischen Strahlung liegt, wird Gamma genannt - der dritte Buchstabe des Alphabets.

Es versteht sich, dass die Grenzen zwischen verschiedenen Strahlungsarten sehr willkürlich sind.

Was ist gammastrahlung

Lassen Sie uns versuchen, spezifische Terminologie zu vermeiden, um zu verstehen, was Gamma-ionisierende Strahlung ist. Jede Substanz besteht aus Atomen, die wiederum einen Kern und Elektronen enthalten. Ein Atom und noch mehr sein Kern sind sehr stabil, daher sind besondere Bedingungen für ihre Spaltung erforderlich.

Wenn diese Bedingungen irgendwie entstehen oder künstlich hergestellt werden, tritt der Prozess des Kernzerfalls auf, der mit der Freisetzung einer großen Menge an Energie und Elementarteilchen einhergeht.

Je nachdem, was dabei genau freigesetzt wird, wird die Strahlung in mehrere Arten eingeteilt. Alpha-, Beta- und Neutronenstrahlung zeichnen sich durch die Freisetzung von Elementarteilchen aus, aktive Röntgen- und Gammastrahlen sind ein Energiefluss.

Obwohl tatsächlich jede Strahlung, einschließlich Strahlung im Gammabereich, wie ein Strom von Teilchen ist. Bei dieser Strahlung sind die Strömungsteilchen Photonen oder Quarks.

Je kürzer die Wellenlänge, desto höher ist nach den Gesetzen der Quantenphysik die Energie der Strahlungsquanten.

Da die Wellenlänge von Gammastrahlen sehr klein ist, kann argumentiert werden, dass die Energie von Gammastrahlung extrem hoch ist.

Die Entstehung von Gammastrahlung

Strahlungsquellen im Gammabereich sind verschiedene Prozesse. Es gibt Objekte im Universum, in denen Reaktionen stattfinden. Das Ergebnis dieser Reaktionen ist kosmische Gammastrahlung.

Hauptquellen von Gammastrahlen sind Quasare und Pulsare. Auch bei der Umwandlung eines Sterns in eine Supernova kommt es zu Kernreaktionen mit massiver Freisetzung von Energie und Gammastrahlen.

Elektromagnetische Gammastrahlung tritt bei verschiedenen Übergängen im Bereich der atomaren Elektronenhülle sowie beim Zerfall der Kerne einiger Elemente auf. Unter den Quellen der Gammastrahlung kann man auch ein bestimmtes Medium mit starkem Magnetfeld nennen, in dem Elementarteilchen durch den Widerstand dieses Mediums abgebremst werden.

Gefahr durch Gammastrahlen

Gammastrahlung hat aufgrund ihrer Eigenschaften eine sehr hohe Durchschlagskraft. Um dem Einhalt zu gebieten, braucht es eine mindestens fünf Zentimeter dicke Bleiwand.

Die Haut und andere Schutzmechanismen eines Lebewesens sind kein Hindernis für Gammastrahlung. Es dringt direkt in die Zellen ein und wirkt sich verheerend auf alle Strukturen aus. Die bestrahlten Moleküle und Atome einer Substanz werden selbst zur Strahlungsquelle und provozieren die Ionisierung anderer Teilchen.

Als Ergebnis dieses Prozesses werden aus manchen Stoffen andere Stoffe gewonnen. Sie bilden neue Zellen mit einem anderen Genom. Beim Aufbau neuer Zellen unnötig, werden die Überreste alter Strukturen zu Giften für den Körper.

Die größte Gefahr von Strahlen für lebende Organismen, die eine Strahlendosis erhalten haben, besteht darin, dass sie das Vorhandensein dieser tödlichen Welle im Weltraum nicht wahrnehmen können. Und auch in der Tatsache, dass lebende Zellen keinen besonderen Schutz vor der zerstörerischen Energie haben, die ionisierende Gammastrahlung trägt. Diese Art von Strahlung hat den größten Einfluss auf den Zustand von Keimzellen, die DNA-Moleküle tragen.

Verschiedene Körperzellen verhalten sich bei Gammastrahlen unterschiedlich und haben unterschiedliche Widerstandsgrade gegenüber den Wirkungen dieser Art von Energie. Eine weitere Eigenschaft der Gammastrahlung ist jedoch die kumulative Fähigkeit.

Eine einzelne Bestrahlung mit einer geringen Dosis verursacht keine irreparable zerstörerische Wirkung auf eine lebende Zelle. Aus diesem Grund hat Strahlung Anwendung in Wissenschaft, Medizin, Industrie und anderen Bereichen menschlicher Aktivität gefunden.

Anwendungen von Gammastrahlen

Auch die tödlichen Strahlen des neugierigen Verstandes von Wissenschaftlern haben Anwendungsgebiete gefunden. Derzeit wird Gammastrahlung in verschiedenen Branchen eingesetzt, kommt der Wissenschaft zugute und wird auch erfolgreich in verschiedenen medizinischen Geräten eingesetzt.

Die Fähigkeit, die Struktur von Atomen und Molekülen zu verändern, erwies sich als vorteilhaft bei der Behandlung schwerer Krankheiten, die den Körper auf zellulärer Ebene zerstören.

Für die Behandlung onkologischer Neoplasien sind Gammastrahlen unverzichtbar, da sie abnorme Zellen zerstören und ihre schnelle Teilung stoppen können. Manchmal ist es unmöglich, das abnormale Wachstum von Krebszellen zu stoppen, dann kommt Gammastrahlung zur Rettung, bei der die Zellen vollständig zerstört werden.

Gamma-ionisierende Strahlung wird verwendet, um pathogene Mikroflora und verschiedene potenziell gefährliche Verunreinigungen zu zerstören. In radioaktiven Strahlen werden medizinische Instrumente und Geräte sterilisiert. Diese Art von Strahlung wird auch verwendet, um bestimmte Produkte zu desinfizieren.

Gammastrahlen scheinen durch verschiedene Ganzmetallprodukte für die Raumfahrt und andere Industrien, um versteckte Defekte zu erkennen. In den Produktionsbereichen, in denen die größtmögliche Kontrolle über die Qualität der Produkte erforderlich ist, ist diese Art der Überprüfung einfach unverzichtbar.

Mit Hilfe von Gammastrahlen messen Wissenschaftler die Bohrtiefe und erhalten Daten über die Möglichkeit des Auftretens verschiedener Gesteine. Gammastrahlen können auch in der Zucht eingesetzt werden. Bestimmte ausgewählte Pflanzen werden mit einem streng dosierten Strom bestrahlt, um die gewünschten Mutationen in ihrem Erbgut zu erhalten. Auf diese Weise erhalten Züchter neue Pflanzenzüchtungen mit den Eigenschaften, die sie benötigen.

Mit Hilfe des Gammaflusses werden die Geschwindigkeiten von Raumfahrzeugen und künstlichen Satelliten bestimmt. Durch das Senden von Strahlen in den Weltraum können Wissenschaftler die Entfernung bestimmen und den Weg des Raumfahrzeugs modellieren.

Schutzmethoden

Die Erde hat einen natürlichen Abwehrmechanismus gegen kosmische Strahlung, es ist die Ozonschicht und die obere Atmosphäre.

Diese Strahlen, die mit enormer Geschwindigkeit in den geschützten Raum der Erde eindringen, richten den Lebewesen keinen großen Schaden zu. Die größte Gefahr geht von Quellen und Gammastrahlung aus, die unter terrestrischen Bedingungen gewonnen werden.

Die wichtigste Gefahrenquelle der Strahlenbelastung bleiben Unternehmen, in denen eine kontrollierte Kernreaktion unter menschlicher Kontrolle durchgeführt wird. Das sind Kernkraftwerke, in denen Energie erzeugt wird, um die Bevölkerung und die Industrie mit Licht und Wärme zu versorgen.

Es werden die schwerwiegendsten Maßnahmen ergriffen, um Arbeitskräfte für diese Einrichtungen bereitzustellen. Die Tragödien, die sich in verschiedenen Teilen der Welt aufgrund des Verlusts der menschlichen Kontrolle über eine nukleare Reaktion ereigneten, lehrten die Menschen, mit einem unsichtbaren Feind vorsichtig zu sein.

Schutz der Arbeiter in Kraftwerken

In Kernkraftwerken und Industrien, die mit der Verwendung von Gammastrahlung in Verbindung stehen, ist die Zeit des Kontakts mit einer gefährlichen Strahlungsquelle streng begrenzt.

Alle Mitarbeiter, die geschäftlich mit einer Gammastrahlungsquelle in Kontakt kommen oder sich in der Nähe aufhalten müssen, tragen spezielle Schutzanzüge und durchlaufen mehrere Reinigungsstufen, bevor sie in den „sauberen“ Bereich zurückkehren.

Für einen wirksamen Schutz vor Gammastrahlen werden Materialien mit hoher Festigkeit verwendet. Dazu gehören Blei, hochfester Beton, Bleiglas und bestimmte Stahlsorten. Diese Materialien werden beim Bau von Schutzschaltungen von Kraftwerken verwendet.

Elemente aus diesen Materialien werden verwendet, um Strahlenschutzanzüge für Mitarbeiter von Kraftwerken mit Zugang zu Strahlungsquellen herzustellen.

In der sogenannten „heißen“ Zone hält Blei der Belastung nicht stand, da sein Schmelzpunkt nicht hoch genug ist. In dem Bereich, in dem eine thermonukleare Reaktion unter Freisetzung hoher Temperaturen abläuft, werden teure Seltenerdmetalle wie Wolfram und Tantal verwendet.

Alle Personen, die mit Gammastrahlung zu tun haben, werden mit individuellen Messgeräten ausgestattet.

Aufgrund der fehlenden natürlichen Strahlenempfindlichkeit kann eine Person mit einem Dosimeter feststellen, wie viel Strahlung sie in einem bestimmten Zeitraum erhalten hat.

Eine Dosis von nicht mehr als 18-20 Mikroröntgen pro Stunde gilt als normal. Bei einer Bestrahlung mit einer Dosis von bis zu 100 Mikroröntgen passiert nichts besonders Schreckliches. Wenn eine Person eine solche Dosis erhalten hat, können die Wirkungen in zwei Wochen auftreten.

Bei einer Dosis von 600 Röntgen droht einer Person in 95 % der Fälle innerhalb von zwei Wochen der Tod. Eine Dosis von 700 Röntgen ist in 100 % der Fälle tödlich.

Von allen Strahlungsarten sind Gammastrahlen die gefährlichste für den Menschen. Leider besteht die Wahrscheinlichkeit einer Strahlenbelastung für jeden. Auch abseits von Industrieanlagen, die durch Spaltung von Atomkernen Energie erzeugen, kann man der Gefahr einer Strahlenbelastung ausgesetzt sein.

Die Geschichte kennt Beispiele solcher Tragödien.

Dies ist der breiteste Bereich des elektromagnetischen Spektrums, da er nicht durch hohe Energien begrenzt ist. Weiche Gammastrahlung entsteht bei Energieübergängen in Atomkernen, härter - bei Kernreaktionen. Gammastrahlen zerstören leicht Moleküle, einschließlich biologischer, passieren aber glücklicherweise nicht die Atmosphäre. Sie können nur vom Weltraum aus beobachtet werden.

Superhochenergetische Gammaquanten entstehen bei der Kollision geladener Teilchen, die durch starke elektromagnetische Felder von Weltraumobjekten oder terrestrischen Teilchenbeschleunigern zerstreut werden. In der Atmosphäre zermalmen sie die Kerne von Atomen und erzeugen Kaskaden von Teilchen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegen. Beim Abbremsen senden diese Teilchen Licht aus, das von speziellen Teleskopen auf der Erde beobachtet wird.

Mit Energie über 10 14 eV Lawinen von Partikeln brechen zur Erdoberfläche durch. Sie werden von Szintillationssensoren erfasst. Wo und wie ultrahochenergetische Gammastrahlen entstehen, ist noch nicht ganz klar. Solche Energien sind für terrestrische Technologien unzugänglich. Die energiereichsten Quanten - 10 20 –10 21 eV, kommen äußerst selten aus dem Weltraum - etwa ein Quant in 100 Jahren pro Quadratkilometer.

Quellen

Aufnahme aus dem Jahr 2005 mit dem HESS-Gammastrahlenteleskop. Es wurde eine Bestätigung dafür, dass Supernova-Überreste als Quellen kosmischer Strahlung dienen – energiegeladene Teilchen, die bei Wechselwirkung mit Materie Gammastrahlung erzeugen (siehe). Die Beschleunigung von Teilchen wird anscheinend durch ein starkes elektromagnetisches Feld eines kompakten Objekts bereitgestellt - eines Neutronensterns, der am Ort einer explodierenden Supernova entsteht.

Kollisionen energiegeladener Teilchen kosmischer Strahlung mit den Kernen von Atomen des interstellaren Mediums führen zu Kaskaden anderer Teilchen sowie zu Gammastrahlen. Dieser Vorgang ähnelt den Teilchenkaskaden in der Erdatmosphäre, die unter dem Einfluss kosmischer Strahlung ablaufen (siehe). Der Ursprung der energiereichsten kosmischen Strahlung wird noch untersucht, aber es gibt bereits Hinweise darauf, dass sie in Supernova-Überresten erzeugt werden können.

Eine Akkretionsscheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch ( Reis. Künstler)

Während der Entwicklung großer Galaxien entstehen in ihren Zentren supermassive Schwarze Löcher mit einer Masse von mehreren Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Sie wachsen durch die Akkretion (den Fall) interstellarer Materie und sogar ganzer Sterne auf ein Schwarzes Loch.

Bei intensiver Akkretion bildet sich um das Schwarze Loch eine schnell rotierende Scheibe (aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses der auf das Loch fallenden Materie). Durch die viskose Reibung unterschiedlich schnell rotierender Schichten erwärmt es sich ständig und beginnt im Röntgenbereich zu strahlen.

Ein Teil der Materie während der Akkretion kann in Form von Strahlen (Jets) entlang der Achse der rotierenden Scheibe ausgestoßen werden. Dieser Mechanismus sorgt für die Aktivität der Kerne von Galaxien und Quasaren. Es gibt auch ein Schwarzes Loch im Kern unserer Galaxie (der Milchstraße). Gegenwärtig ist seine Aktivität minimal, aber nach einigen Angaben war sie vor etwa 300 Jahren viel höher.

Empfänger

Es befindet sich in Namibia und besteht aus 4 Parabolspiegeln mit einem Durchmesser von 12 Metern, die auf einer 250 Meter langen Plattform platziert sind. Jeder von ihnen hat 382 runde Spiegel mit einem Durchmesser von 60 cm, die die durch die Bewegung energiereicher Teilchen in der Atmosphäre erzeugte Bremsstrahlung konzentrieren (siehe Diagramm des Teleskops).

Das Teleskop wurde 2002 in Betrieb genommen. Es kann gleichermaßen verwendet werden, um energetische Gammaquanten und geladene Teilchen - kosmische Strahlung - zu detektieren. Eines seiner Hauptergebnisse war eine direkte Bestätigung der langjährigen Annahme, dass Supernova-Überreste Quellen kosmischer Strahlung sind.

Wenn ein energiereicher Gammastrahl in die Atmosphäre eindringt, kollidiert er mit dem Kern eines der Atome und zerstört ihn. Dabei entstehen mehrere Bruchstücke des Atomkerns und Gammaquanten niedrigerer Energie, die sich nach dem Impulserhaltungssatz fast in die gleiche Richtung wie der ursprüngliche Gammastrahl bewegen. Diese Trümmer und Quanten kollidieren bald mit anderen Kernen und bilden eine Lawine von Partikeln in der Atmosphäre.

Die meisten dieser Teilchen bewegen sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit in der Luft. Dadurch senden die Teilchen Bremsstrahlung aus, die die Erdoberfläche erreicht und von optischen und Ultraviolett-Teleskopen erfasst werden kann. Tatsächlich dient die Erdatmosphäre selbst als Element des Gammastrahlen-Teleskops. Bei ultrahochenergetischen Gammastrahlen beträgt die Divergenz des Strahls, der die Erdoberfläche erreicht, etwa 1 Grad. Dies bestimmt die Auflösung des Teleskops.

Bei einer noch höheren Energie von Gammastrahlen erreicht selbst eine Lawine von Partikeln die Oberfläche - ein ausgedehnter Luftschauer (EAS). Sie werden von Szintillationssensoren erfasst. In Argentinien wird derzeit ein nach Pierre Auger (zu Ehren des Entdeckers des EAS) benanntes Observatorium zur Beobachtung von Gammastrahlung und ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung gebaut. Es wird mehrere tausend Tanks mit destilliertem Wasser umfassen. Darin installierte PMTs überwachen Blitze, die im Wasser unter dem Einfluss von energiereichen EAS-Partikeln auftreten.

Orbitales Observatorium im Bereich von harter Röntgen- bis weicher Gammastrahlung (ab 15 keV bis 10 MeV) wurde 2002 vom Kosmodrom Baikonur in die Umlaufbahn gebracht. Das Observatorium wurde von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) unter Beteiligung Russlands und der Vereinigten Staaten gebaut. Das Stationsdesign verwendet dieselbe Plattform wie das zuvor (1999) gestartete europäische Röntgenobservatorium XMM-Newton.

Elektronisches Gerät zur Messung schwacher Flüsse sichtbarer und ultravioletter Strahlung. PMT ist eine Vakuumröhre mit einer Fotokathode und einem Satz Elektroden, an die eine sequentiell ansteigende Spannung mit einem Gesamtabfall von bis zu mehreren Kilovolt angelegt wird.

Strahlungsquanten fallen auf die Photokathode und schlagen aus ihr Elektronen heraus, die sich zur ersten Elektrode bewegen und einen schwachen Photostrom bilden. Auf dem Weg werden die Elektronen jedoch durch die angelegte Spannung beschleunigt und schlagen eine viel größere Anzahl von Elektronen aus der Elektrode heraus. Dies wird mehrmals wiederholt – je nach Anzahl der Elektroden. Dadurch erhöht sich der Elektronenfluss, der von der letzten Elektrode zur Anode kam, um mehrere Größenordnungen gegenüber dem anfänglichen Photostrom. Damit lassen sich sehr schwache Lichtströme bis hin zu einzelnen Quanten registrieren.

Ein wichtiges Merkmal des PMT ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Dadurch können sie verwendet werden, um vorübergehende Phänomene zu erkennen, wie z. B. Blitze, die in einem Szintillator auftreten, wenn ein energiereiches geladenes Teilchen oder Quant absorbiert wird.

durchdringende Strahlung. Unter durchdringender Strahlung versteht man den Fluss von Gammastrahlen und Neutronen, die aus der Zone einer nuklearen Explosion in die äußere Umgebung emittiert werden.

Unter durchdringender Strahlung versteht man den Fluss von Gammastrahlen und Neutronen, die aus der Zone einer nuklearen Explosion in die äußere Umgebung emittiert werden. Aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich diese Strahlungsarten voneinander, gemeinsam haben sie jedoch die Fähigkeit, sich in der Luft in alle Richtungen auf Entfernungen von bis zu 2,5-3 km auszubreiten. Die Einwirkungszeit der durchdringenden Strahlung beträgt 15-20 Sekunden und wird durch den Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Explosionswolke auf eine solche Höhe aufsteigt, bei der die Gammastrahlung vollständig von der Luft absorbiert wird und die Erdoberfläche nicht erreicht. Zu unterscheiden ist zwischen durchdringender Strahlung, die nur wenige Sekunden einwirkt, und radioaktiver Kontamination des Areals, deren schädigende Wirkung lange anhält. Die Hauptquelle der Gammastrahlung sind Spaltfragmente von Kernbrennstoff; Neutronen, die sich in der Explosionszone befinden, und eine radioaktive Wolke während einer Kernexplosion werden während Spaltungsreaktionen (während einer Kettenreaktion), während einer thermonuklearen Fusion und auch als Folge von gebildet Zerfall von Spaltfragmenten. Bei Spalt- und Fusionsreaktionen entstehende Neutronen werden innerhalb von Bruchteilen einer Mikrosekunde emittiert und gerufen sofortig, und Neutronen, die beim Zerfall von Spaltfragmenten entstehen - zurückbleibend. Unter dem Einfluss von Neutronen werden einige nicht radioaktive Stoffe radioaktiv. Dieser Vorgang wird aufgerufen induzierte Aktivität.

Neutronen und Gammastrahlung wirken fast gleichzeitig. Obwohl Neutronen hauptsächlich in den ersten Sekunden emittiert werden und Gammastrahlung noch einige Sekunden andauert, ist diese Tatsache nicht wesentlich. Dabei wird die schädigende Wirkung der durchdringenden Strahlung durch die Gesamtdosis bestimmt, die sich aus der Addition von Dosen von Gammastrahlung und Neutronen ergibt. Sogenannt Neutronenmunition, sind Kernwaffen mit einer thermonuklearen Ladung geringer Ausbeute, die sich durch eine erhöhte Ausbeute an Neutronenstrahlung auszeichnen. Bei einer Neutronenmunition sind solche Schadensfaktoren wie Stoßwelle, Lichtstrahlung, radioaktive Kontamination des Gebiets von untergeordneter Bedeutung, und der Hauptschadensfaktor bei der Explosion einer Neutronenmunition ist die durchdringende Strahlung. Als Teil der durchdringenden Strahlung in solcher Munition überwiegt der Neutronenfluss die Gammastrahlung.

Die schädigende Wirkung von durchdringender Strahlung auf Menschen hängt von der empfangenen Strahlung ab. Strahlendosen, d.h. von der vom Körper aufgenommenen Energiemenge und dem damit verbundenen Ionisierungsgrad des Gewebes. Das Ergebnis der Exposition gegenüber verschiedenen Strahlendosen auf eine Person ist akute Strahlenkrankheit (ARS) .

Zum Schutz vor eindringender Strahlung Es werden verschiedene Materialien verwendet, die die Wirkung von Gammastrahlung und Neutronen abschwächen. Diese Fähigkeit von Materialien wird durch den Wert gekennzeichnet halbe Dämpfungsschicht . Darunter versteht man die Dicke des Materials, durch das die Gammastrahlung und der Neutronenfluss um das 2-fache geschwächt werden. Dabei ist zu beachten, dass Gammastrahlung umso stärker geschwächt wird, je dichter die Substanz ist, z. B. Blei, Beton, Stahl. Der Neutronenfluss wird durch leichte Materialien (Wasser, Polyethylen, Paraffin, Glasfaser) stärker geschwächt, die Kerne leichter Elemente wie Wasserstoff, Kohlenstoff usw. enthalten. Es wird angenommen, dass eine 70 cm dicke Wasserschicht oder eine 650 cm dicke Paraffinschicht schwächer wird den Neutronenfluss um das 100-fache ( Tab. ein).

Zielsetzung

Die Arbeit zielt auf ein praktisches Training in der Methode zur Bestimmung der Energie von Gammaquanten durch Abschwächung eines schmalen Strahlenbündels in einer Substanz ab, indem der Wert des Massenabschwächungskoeffizienten experimentell gemessen wird.

Einführung

1. Allgemeine Konzepte

Gammastrahlung ist eine Photonenstrahlung mit einem diskreten Energiespektrum, die auftritt, wenn sich der Energiezustand von Atomkernen, Kernumwandlungen und Teilchenvernichtung ändert. Gammastrahlung ist elektromagnetische indirekt ionisierende Strahlung. Die Energie der von Radionukliden emittierten Gammaquanten reicht von 0,01 MeV bis 10 MeV. Die meisten Radionuklide erzeugen Gammastrahlung mit einem komplexen Energiespektrum. Einige Kerne (es gibt wenige davon) emittieren monoenergetische Gammastrahlung.

Für Radionuklide mit komplexem Spektrum der Gammastrahlung lässt sich die effektive Photonenenergie einer solchen monoenergetischen Photonenstrahlung experimentell bestimmen, deren relative Schwächung in einem Absorber einer bestimmten Zusammensetzung und einer bestimmten Dicke gleich der der betrachteten nicht- Monoenergetische Photonenstrahlung.

Die Eigenschaften der Gammastrahlung sind der Fluss der Gammastrahlen und die Flussdichte.

Unter dem Fluss von Gamma-Quanten versteht man das Verhältnis der Anzahl der Quanten dN γ , die eine gegebene Oberfläche in einem Zeitintervall dt durchdringen, zu diesem Intervall

Die Gamma-Quantenflussdichte ist das Verhältnis des Flusses dФ γ , der in das Volumen einer Elementarkugel eindringt, zur Querschnittsfläche dieser Kugel dS

Ähnliche Eigenschaften, die die Energie von Gammastrahlen berücksichtigen, sind der Energiefluss und die Energieflussdichte von Gammastrahlung.

Die Wechselwirkung von Gammastrahlung mit Materie erfolgt hauptsächlich aufgrund von drei elementaren Prozessen: dem photoelektrischen Effekt, der inkohärenten Streuung (Compton-Effekt) und der Bildung von Elektron-Positron-Paaren (Paareffekt). Bei niedrigen Energien von Gammastrahlen leistet auch kohärente Streuung durch Elektronen einen gewissen Beitrag.

Die Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung von Gammaquanten mit Materie wird durch den Massenschwächungskoeffizienten charakterisiert. Es bezieht sich auf das Anteilsverhältnis indirekt ionisierende Teilchen einer gegebenen Energie, die eine Wechselwirkung erfahren haben, während sie einen Elementarweg dl in einem Medium mit einer Dichte ρ durchlaufen, auf die Länge dieses Weges und auf die Dichte des Mediums

Für Photonenstrahlung ist der Massenschwächungskoeffizient gleich der Summe der Massenschwächungskoeffizienten aufgrund des photoelektrischen Effekts, der inkohärenten Streuung, der kohärenten Streuung und der Bildung von Elektron-Positron-Paaren. In diesem Fall wird für Gammastrahlung die kohärente Streuung in der Regel nicht berücksichtigt:

Wie aus der obigen Definition gesehen werden kann, ist der Massendämpfungskoeffizient im Sinne der physikalischen Bedeutung die Wahrscheinlichkeit für Gammaquanten, mit Materie bei einer Einheitsdicke der Zielmasse zu interagieren.

Strahlenschutzberechnungen verwenden häufig den linearen Gamma-Schwächungsfaktor μ, der durch Multiplikation des Massenschwächungsfaktors mit der Dichte ρ erhalten wird. Der lineare Schwächungskoeffizient ist im physikalischen Sinne die Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung eines Gamma-Quants mit einem Stoff auf einer Strecke von Einheitslänge. Die Maßeinheiten und μ im SI-System sind m 2 /kg bzw. m -1 .

Die Größe der Schwächungskoeffizienten hängt in komplexer Weise von der Energie der Gammastrahlen und vom Schutzmaterial ab. Diese Abhängigkeiten sind im Handbuch tabellarisch oder grafisch dargestellt (siehe Anhang 3, Abb. 3-6).

Ein analytischer Ausdruck zur Beschreibung der Abschwächung von Gammastrahlung durch Schutz kann für einen schmalen Strahl monoenergetischer Gammastrahlung erhalten werden. In diesem Fall verlässt das Gamma-Quant infolge einer Wechselwirkung den Strahl. Folglich ist die Anzahl der aus dem Strahl austretenden Photonen dN proportional zur durchgelassenen Dicke der Substanz dx und der Anzahl der einfallenden Photonen N, d.h.

Für monoenergetische Strahlung ist μ konstant, und die Integration des resultierenden Ausdrucks ergibt

Dividieren wir beide Teile dieses Ausdrucks durch die Zielfläche und die Bestrahlungszeit, erhalten wir den Ausdruck für die Gammastrahlen-Flussdichte

wobei φ γ0 und φ γ die Gammastrahlenflussdichte vor und nach dem Absorber der Dicke d sind.

Der Abhängigkeitsgraph lgφ=f(d) hat die in Abb. 2 dargestellte Form. 4.1.

Der experimentell erstellte Graph dient dazu, den Wert des linearen Schwächungskoeffizienten μ zu bestimmen und dann unter Verwendung des Referenzgraphen μ = f(E) die Energie der Gammastrahlung zu bestimmen. Der Wert von μ aus dem Diagramm wird entweder durch die Dicke der Halbdämpfungsschicht d 1/2 bestimmt

oder durch den Tangens der Steigung α

Beim Arbeiten wird nicht direkt die Flussdichte φ γ gemessen, sondern proportional dazu die Impulszahl n.

1.2. Beschreibung des Laboraufbaus

Das Blockschaltbild des Laboraufbaus ist in Abb. 1 dargestellt. 4.2. Strahlungsquellen sind Zubereitungen aus 60 Co oder 137 Cs mit einer Aktivität von etwa 10 mCu. Die Quelle befindet sich in einer Bleiabschirmung, aus der ein gerichteter Strahl von Gammastrahlen austritt, der auf seinem Weg zum Detektor einen Absorber passiert. Der zweite Kollimator dient dazu, im Absorber gestreute Gammastrahlen zu absorbieren, da sonst der Wert des Schwächungskoeffizienten der Gammastrahlung unterschätzt wird.

Die Messungen werden an einem auf Basis des Radiometers KRVP-3B entwickelten Laboraufbau durchgeführt.

Durchführung von Laborarbeiten

2.1. Arbeitsvorbereitung und Messungen durchführen

Besorgen Sie sich bei der Laborantin eine Strahlungsquelle und einen Satz Absorberplatten.

Bauen Sie den Laboraufbau wie in Abb. 4.2. Blockdiagramm. Achten Sie besonders auf die Ausrichtung der Kollimatoren. Führen Sie dazu vor dem Installieren der Quelle im Kollimator ein "Zielen" durch, indem Sie durch den zweiten Kollimator beobachten. Installieren Sie die Strahlungsquelle, nachdem Sie den Hintergrund im Labor gemessen haben.

Bereiten Sie das Radiometer KRVP-3B für den Betrieb vor. Berechnen Sie den Hintergrund für fünf Minuten.

Strahlungsquelle einstellen, Zählrate ohne Absorber messen. Installieren Sie dann der Reihe nach eins, zwei, drei usw. Absorberplatten, die jedes Mal ihre Dicke und die Zählrate des sie durchdringenden Gammastrahlenbündels messen. Wählen Sie die Messzeit für die Zählrate basierend auf einer Messgenauigkeit von 5 % aus.

Führen Sie Messungen durch, bis die Zählrate um das 8-10-fache abnimmt. Tragen Sie die Ergebnisse von Messungen und anschließenden Berechnungen in die Berichtstabelle ein.

Zeichnen Sie basierend auf den Messergebnissen lg n=f(d), bestimmen Sie den Schwächungskoeffizienten der Gammastrahlung aus dem Diagramm und verwenden Sie ihn, um die Energie der Gammastrahlen zu bestimmen.

2.2. Erstellung eines Berichts über die Laborarbeit

Vor Beginn der Arbeiten ist eine kurze Beschreibung der Arbeiten auf einem speziellen Berichtsformular zu erstellen und eine Tabelle zur Erfassung der Messergebnisse anzufertigen. Bereiten Sie die Koordinatenachsen zum Zeichnen des Abhängigkeitsgraphen lg n=f(d) vor.

Tabelle 4.1 Messergebnisse

N f = Impulse pro t = Minuten

n f = imp/min. Absorbermaterial

Erstellen Sie basierend auf den Messergebnissen einen Graphen der Abhängigkeit lgn=f(d), um den Wert von μ zu bestimmen. Aus den Graphen (siehe Anhang, Abb. 3, 4, 5, 6) die Energie von γ-Quanten bestimmen. Der erhaltene Wert der Energie von γ-Quanten wird mit den Tabellenwerten (siehe Anlage 2, Tabelle 6) verglichen und der Messfehler bestimmt.

3. Sicherheitstechnik

Jeder Ausführende muss vor Arbeitsbeginn vom Laboranten ein Dosimeter zur Messung der Strahlendosis erhalten. Nehmen Sie γ-Strahlungsquellen nur mit einer Pinzette. Schließen Sie nach dem Einsetzen der Quelle in den Kollimator die Rückseite des Kollimators mit einer Bleiabschirmung.

Bei der Durchführung von Arbeiten müssen Maßnahmen zur Reduzierung der Strahlendosis ergriffen werden, wobei zu beachten ist, dass die Strahlendosis einer Punktquelle proportional zur Zeit und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist.

Nach der Arbeit misst der Laborant die Strahlendosen, meldet sich beim Lehrer und trägt sie in das Dosisregister ein. Da im Stromkreis des Geräts eine gefährliche Spannung (400 V) anliegt, ist es VERBOTEN, den Stromkreis zu öffnen.

Testfragen

An welcher Art von Strahlung wird gearbeitet?

Was ist Gammastrahlung?

Was ist das Spektrum der Gammastrahlung?

Welche Prozesse bestimmen die Schwächung von Gammastrahlung in Materie?

Was ist ein Gammastrahlenfluss?

Was ist die Gammaflussdichte?

Was ist der Massenschwächungsfaktor für Gammastrahlen?

Welche physikalische Bedeutung hat der lineare Schwächungskoeffizient von Gammastrahlung?

Der lineare Schwächungskoeffizient von Gammastrahlung in Blei beträgt 0,5 cm -1 . Welche Energie haben Gammastrahlen?

Die Halbdämpfungsschicht der Gammastrahlung in Blei beträgt 1,4 cm Welche Energie haben Gammastrahlen?

Der Massenschwächungskoeffizient der Gammastrahlung in Blei beträgt 0,02 m 2 /kg. Welche Energie haben Gammastrahlen?

Welcher mathematische Zusammenhang beschreibt die Abschwächung von Gammastrahlung in Materie?

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit die Abschwächung von Gammastrahlung in einem Stoff durch eine Exponentialfunktion beschrieben werden kann?

Welche Form hat der Abhängigkeitsgraph lgφ γ =f(d)?

Wie bestimmt man die Energie der Gammastrahlung aus dem Graphen lgφ γ =f(d)?

Warum brauchen wir Kollimatoren in dieser Arbeit?

Welche Möglichkeiten gibt es, die Strahlendosis einer Punktquelle von Gammastrahlung zu reduzieren?

Wie ändert man die Bestrahlungsdosis der Finger, wenn man statt mit einer Pinzette (R=25cm) die Quelle mit der Hand nimmt (R=0,5cm)?

Was stellt bei dieser Arbeit die erforderliche Messgenauigkeit sicher?

Welches Radionuklid wurde in dieser Arbeit untersucht?

Welche Energie hat die Gammastrahlung des Radionuklids in dieser Arbeit?

LABOR #5

Installationsdatei „Gamma-Stream. Hydraulische Berechnung“ ist auf Anfrage erhältlich.

Die Software enthält eine Lizenzvereinbarung.

Version 1.1.0.1 des Gamma-Stream-Softwarepakets enthält die folgenden Änderungen und Ergänzungen:

1. Abschnitt "Berechnung der Gasmasse":

1.1 Erweitertes Modulangebot:

• 160l-Modul hinzugefügt. für einen Druck von 60 bar.
• Module mit einem Volumen von 80l hinzugefügt. und 100l. für einen Druck von 150 bar mit einem Durchmesser von ZPU 40 mm für Freon 23.
• Eine Reihe von Modulen vom Typ MPU für CO2 mit einem ZPU-Durchmesser von 12 mm wurde eingeführt.

1.2. Für GOTV Freon FK-5-1-12 werden zwei Werte der Standardkonzentration eingeführt:

• Standardkonzentration Sn 4,2 % gemäß der aktuellen Version von SP5.13130-2009 (Änderung Nr. 1)
• Standardkonzentration Сн 5,4% gemäß dem Entwurf der neuen Ausgabe von SP5.13130 ​​​​in der geänderten Fassung. 2015

1.3. Anzeige des verbleibenden GOTV in Rohrleitungen korrigiert

2. Abschnitt „Hydraulische Berechnung“:

2.1. Spezielle Düsen für GOTV Freon FK-5-1-12 eingeführt

2.2.Koeffizienten des hydraulischen Widerstands von Rohrleitungselementen (Kehre, T-Stück) wurden festgelegt

2.3. Zusätzliche Verluste in vertikalen Abschnitten der Pipeline wurden spezifiziert.

Die Software „Gamma-Potok“ kann innerhalb von 10 Tagen ab Installationsdatum im Testmodus ohne Funktionseinschränkung genutzt werden. Als nächstes müssen Sie sich registrieren, um den Registrierungsschlüssel zu erhalten.

Registrierungsalgorithmus:

1. Klicken Sie im Fenster „Registrierungsinformationen“ auf die Schaltfläche „Registrierungsschlüssel abrufen“.
2. Füllen Sie die Datenfelder im geöffneten Fenster "Registrierung des Benutzers des Programms Gamma Stream" aus.

Durch Klicken auf die Schaltfläche „OK“ bestätigen Sie die Richtigkeit der angegebenen Daten und stimmen der Speicherung und Verarbeitung der Daten durch NPO Fire Automation Service LLC zu.
Als nächstes generiert das Programm eine Registrierungsdatei und bietet an, sie auf Ihrem Computer zu speichern.
Um einen Registrierungsschlüssel zu erhalten, müssen Sie diese Datei an unsere Adresse senden. Den Schlüssel zum Programm senden wir Ihnen in einem Antwortschreiben zu.

Verwendung der gesammelten Informationen.

Wir geben die erhaltenen Informationen zu keinem Zweck weiter, einschließlich der Weitergabe an Dritte. Die von Ihnen erhaltenen Informationen dürfen nur in den von der Gesetzgebung der Russischen Föderation festgelegten Fällen oder auf Ihre schriftliche Anfrage hin offengelegt werden.

Häufig gestellte Fragen

Nach der Analyse der häufig gestellten Fragen von Designern haben unsere Spezialisten Folgendes entwickelt:

• Datei zur Berechnung des maximalen Betriebsdrucks für Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken (xls, ~21Kb) ;
• Datei zur Berechnung der Öffnungsfläche zur Überdruckentlastung (xls, ~62Kb) .

1. Frage: warum das Programm Rohre und Formstücke verwendet, die nicht auf dem Markt erhältlich sind.
Antworten:

• Über Rohre: In die Datenbank der Software Gamma-Potok wurde das Rohrsortiment nach GOST 8732 und GOST 8734 aufgenommen.EMPFOHLENE Rohrtypen, die vom Programm ausgewählt wurden, werden im Bericht für die hydraulische Berechnung angegeben. Der Nutzer des Programms kann sich jedoch aufgrund der Erwerbsmöglichkeiten in seiner Region selbstständig eine eigene Liste mit einem Pfeifensortiment erstellen. Wenn Sie sich mit uns in Verbindung setzen, um eine hydraulische Berechnung durchzuführen, kann der Konstrukteur die Liste der von ihm benötigten Rohre angeben. Um die Richtigkeit der Wahl der Rohrwandstärke zu überprüfen, kann der Konstrukteur die auf unserer Website veröffentlichte Datei „Berechnung des maximalen Betriebsdrucks für Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken“ verwenden.
• Profi-Armaturen: Im Bericht zur hydraulischen Berechnung werden die vom Programm ausgewählten EMPFOHLENE Armaturenarten ausgegeben. Das Standardangebot an Bögen nach GOST 17375 und T-Stücken nach GOST 17376 ist sehr begrenzt und für Konstruktionsberechnungen unzureichend. Aus diesem Grund wurde in die Gamma-Potok-Softwaredatenbank eine Reihe von Formstücken aufgenommen, die sowohl ein Standardsortiment von Bögen und T-Stücken gemäß den angegebenen GOST als auch ein Größensortiment von Formstücken (mit einer Stufe entlang des Innendurchmessers von 1 mm), die individuell nach den von GOST festgelegten Anforderungen von Fachunternehmen hergestellt werden können. Die Normen verbieten auch nicht die Verwendung von Formstücken, die von Installationsorganisationen unabhängig von Rohren gemäß GOST 8732 und GOST 8734 hergestellt werden können.

2. Frage: warum die Gamma-Potok-Software keine Berechnung der Öffnungsfläche für die Überdruckentlastung gemäß SP 5.13130.2009 vorsieht
Antworten:

• wir haben diese Berechnung bewusst nicht in das hydraulische Berechnungsprogramm aufgenommen, weil Wir glauben, dass dies nur indirekt mit der hydraulischen Berechnung zusammenhängt und ein separates Verständnis und eine Sammlung von Anfangsdaten in Bezug auf Gebäudestrukturen erfordert.
• um dem Konstrukteur zu helfen, diese Berechnung selbstständig durchzuführen, haben wir entwickelt