Калькулятор радіації в літаку, Універсальні калькулятори, Конвертер величин

1. Визначення і формули Радіації уникнути неможливо. Вона є скрізь. Однак, якщо ви перебуваєте в літаку...
2. Загальні відомості
3. Пристрій дозиметра і його складові частини
4. Лічильник Гейгера-Мюллера
5. недоліки дозиметрів
6. експеримент
7. Устаткування і матеріали:
8. Мета експерименту:
9. Хід експерименту:
10. Етап 1. Вимірювання фонової радіації:
11. Етап 2. Вимірювання радіації намистин з уранового скла:
12. висновок:

Визначення і формули

Радіації уникнути неможливо. Вона є скрізь. Однак, якщо ви перебуваєте в літаку на великій висоті, рівень радіації значно перевершує рівень природного фону на поверхні землі. При будь-якому польоті на висоті 32 000 футів (10 000 м) пасажир піддається впливу космічного іонізуючого випромінювання. Загальна доза випромінювання невисока, якщо ви літаєте рідко. У той же час, якщо потрібно літати часто, наприклад, потрібно пару раз на місяць робити трансатлантичні перельоти, ризик захворіти на рак зростає.

На поверхні землі космічні промені становлять лише невелику частину радіаційного фону Землі, в середньому 0,4 мЗв при загальному тлі 3 мЗв, що становить приблизно 13%. Однак зі зростанням висоти опромінення космічними променями збільшується і, наприклад, в Мехіко на висоті 2300 м над рівнем моря річна доза космічного випромінювання двоє вище середнього значення і дорівнює 0,8 мЗв. Якщо припустити, що ви цілий рік перебуваєте в літаку на крейсерській висоті 33 000 футів (10 км), де потужність дози випромінювання становить 3 мкЗв / год, то річна доза випромінювання буде 3 мкЗв / год × 8760 год = 26,3 мЗв на рік . Приблизно таку кількість радіації ви отримаєте при двох процедурах комп'ютерної томографії грудної клітини.

Екіпажі літаків використовують складні калькулятори для підрахунку дози галактичного випромінювання. Прикладом таких калькуляторів може служити програма CARI-6, яка розраховує ефективну дозу, одержувану членами екіпажу під час польоту по найкоротшій відстані між двома аеропортами. Наш калькулятор - простий, не надто точний і розрахований на пасажирів, які літають тільки кілька разів на рік і не потребують високої точності.

Для виведення використовуваної в нашому калькуляторі формули ми скористалися даними таблиці 2 документа «Що повинні знати члени екіпажів повітряних суден про вплив в польоті на організм іонізуючого випромінювання», підготовленого Інститутом авіаційної медицини в цивільній авіації »Федерального управління цивільної авіації США . Була отримана крива наближення, що виражається формулою:

де D - доза випромінювання в мЗв і t - час польоту в годиннику. Це час відраховується від моменту закриття дверей (точніше, розблокування гальмівних колодок) до моменту відкриття дверей літака в аеропорту призначення.

Вихідні польотні дані і крива наближення, отримана з використанням логістичної сігмоідной регресії з чотирма параметрами

Вимірювання космічної радіації в польоті

Для визначення можливих наслідків радіоактивного опромінення вимірюється його ефективна доза в зіверт. Ця одиниця вимірювання не фізичної величини, а можливої ​​шкоди, завданої організму іонізуючим випромінюванням. Зіверт - одиниця виміру в системі СІ. Є також позасистемна одиниця, використовувана в ядерній фізиці та медицині - біологічний еквівалент рентгена (бер); 1 зіверт = 100 бер. Для вимірювання дози іонізуючого випромінювання використовуються прилади, які називаються дозиметрами. Сучасні персональні дозиметри представляють собою невеликі пристрої, призначені для носіння у тих випадках, коли організм піддається впливу іонізуючого випромінювання на виробництві. Вони показують поточну потужність дози та накопичується дозу випромінювання, а також видають сигнал у разі перевищення порогового рівня для цих величин. Принцип роботи дозиметра описаний нижче.

Загальні відомості

У цій статті поговоримо про лічильниках Гейгера і про дозиметрах. Їх використовують для вимірювання радіації.

Радіація оточує нас всюди. У маленьких дозах вона нешкідлива, але в великих дозах може бути смертельна. Радіація - це фізичне явище, що складається з виділення або передачі енергії у вигляді рухомих з високою швидкістю частинок або хвиль, енергія яких достатня для іонізації атомів і молекул. Іонізація - це процес, під час якого атоми або молекули або втрачають, або захоплюють електрони, в результаті чого їх нейтральний заряд стає позитивним або негативним.

Радіація може пошкодити молекули ДНК

Іонізуюче випромінювання корисно - адже енергію цих частинок можна перетворити в електричну, і використовувати для наших потреб. Але необхідна обережність при роботі з радіацією, так як вона може пошкодити тканини тварин, рослин, і людини. Такі пошкодження - це результат руйнування хімічних зв'язків між атомами, що знаходяться в молекулах клітин, які складають цю тканину. Це може, в свою чергу, змінити молекулярний склад речовини або матеріалу, з якого складається клітина. Такі зміни можуть викликати безповоротні процеси і мутацію в клітинах, і можуть цю клітку зруйнувати. При цьому можливе руйнування таких життєво важливих молекул, як ДНК.

Людина не може відчувати радіацію - її неможливо відчути, побачити, понюхати, або спробувати на смак. Так як ми широко використовуємо її в різних галузях, наприклад в медицині, енергетиці, і навіть в харчовій промисловості, необхідний надійний спосіб для вимірювання радіації, щоб забезпечити безпеку людей, схильних до опроміненню на робочому місці.

Радіацію вимірюють кількома способами, наприклад як загальна кількість іонізованих частинок на одиницю площі, або як експозиційну дозу, або як вплив радіації на різні органи і частини тіла. Останні зміни важливі тому, що радіація впливає на різні внутрішні органи і тканини по-різному, тобто на деякі сильніше, а на деякі - менше.

У цій статті ми розглянемо, з чого складається дозиметр, і детально поговоримо про те, як вони влаштовані. Щоб краще зрозуміти, як працюють дозиметри, ми також проведемо простий експеримент з намистинами з уранового скла.

Пристрій дозиметра і його складові частини

Лічильник Гейгера-Мюллера, вбудований в дозиметр

Основна складова дозиметра - це трубка Гейгера-Мюллера. Вона складається з джерела живлення, а також дисплея для відображення інформації, отриманої при вимірюванні. У дозиметрах нерідко встановлюють невеликий звуковипромінювач - ймовірно вам знайоме характерне потьохкування дозиметрів. Подивимося тепер, як працює лічильник Гейгера-Мюллера.

Деталі дозиметра Terra-P; 1 - зовнішня кришка; 2 - плата з лічильником Гейгера-Мюллера, процесором, дисплеєм і іншими деталями; 3 - задня кришка; 4 - кришка фільтра лічильника Гейгера-Мюллера; 5 - кришка відсіку батареї живлення; 6 - батарея; 7 - зумер

Лічильник Гейгера-Мюллера

Саме в лічильнику Гейгера-Мюллера реєструється дію радіації на сам дозиметр. Можна сказати, що ця лічильник - датчик радіації всередині дозиметра. Він реєструє альфа, бета, гамма і рентгенівське випромінювання.

Механізм роботи такий: іонізуючі випромінювання (гамма промені, альфа, або бета частинки) потрапляє в лічильник Гейгера-Мюллера, який представляє собою трубку з електродами. Деякі молекули газу в трубці ионизируются, і газ в трубці стає провідником, по якому тече струм. Цей струм реєструється електронною схемою і надходить на рахунковий пристрій і індикатор. Якщо іонізованих частинок в трубці немає, то струм по ній не тече.

Плата дозиметра Terra-P; 1 дисплей; 2 - процесор; 3 - лічильник Гейгера-Мюллера

Для того, щоб через трубку лічильника Гейгера проходив струм, необхідно наступне:

лавинна іонізація

1. Усередині лічильника повинні бути два елементи, які проводять електрику. Вони називаються електродами, і зазвичай зроблені з металу.
2. Між електродами повинна бути різниця потенціалів.
3. Простір між електродами повинен бути заповнений проводять речовиною.

Для задоволення перших двох умов всередині трубки Гейгера-Мюллера встановлено два електроди. Різниця потенціалів між ними - кілька сотень вольт. Простір між електродами заповнений інертним газом, який сам по собі не проводить електрику. Завдяки такій конструкції, якщо в трубці немає радіоактивних частинок, то вона не проводить електричний струм.

При взаємодії радіоактивних частинок або гамма-променів з інертним газом, вони іонізують молекули газу, і таким чином, створюються всі умови для того, щоб трубка лічильника Гейгера-Мюллера проводила струм. Коли радіоактивні частинки іонізують газ усередині трубки, вона починає проводити струм, який і реєструється схемою дозиметра. Але як же ці частинки реєструються сенсором, адже їх так мало всередині трубки? Все відбувається завдяки лавинному пробою.

Лавинний пробій - цікаве явище, що протікає всередині трубки лічильника Гейгера-Мюллера. Його можна порівняти з ланцюговою реакцією або ефектом доміно. Електрони всередині трубки створюють сильне магнітне поле, яке змушує електрони (які, як ми знаємо, заряджені негативно) рухатися назустріч позитивно зарядженого анода. У той же час позитивно заряджені частинки, іони, починають рухатися до негативно зарядженого катода. У міру того, як частинки іонізуються, вони накопичують кінетичну енергію і починають рухатися всередині електричного поля з дуже великою швидкістю. При цьому вони стикаються з іншими частинками і іонізують їх, повідомляючи їм енергію, щоб і ці нові частинки також могли рухатися на великій швидкості. Так виникає ланцюгова реакція. Таким чином, іонізація всього однієї або декількох часток викликає іонізацію великої кількості частинок. Чим вище рівень радіації - тим більш інтенсивний цей ефект. Але навіть при дуже низькому рівні радіації, вона все одно реєструється датчиком, так як електричний струм, який тече через трубку, можна виявити і зареєструвати.

Тиск всередині трубки впливає на рівень іонізації в описаному вище процесі, так як для того, щоб набрати енергію і іонізувати інші частинки при зіткненні, іонів необхідно пройти певну відстань. Якщо тиск занадто високо, то молекули знаходяться дуже близько один до одного, і в результаті проходять до зіткнення дуже маленьку відстань і не передають досить енергії частинкам, з якими стикаються.

недоліки дозиметрів

Дозиметри на основі лічильників Гейгера зручні і гарні тим, що вони досить малі і їх легко переносити з місця на місце. До того ж у них невисока ціна. Незважаючи на це, у них є ряд недоліків, про які ми поговоримо нижче.

• У середовищі з високим рівнем радіації вони неефективні
  Дозиметри, не призначені для вимірювання високих рівнів радіації, погано працюють в середовищі з високим рівнем радіації, так як в таких умовах вони легко пошкоджуються.
• Лічильники Гейгера не можуть визначити тип радіації в середовищі
  Лічильники Гейгера використовують для вимірювання різних типів радіації, але самі лічильники не можуть визначати вид іонізуючого випромінювання. Щоб визначити тип радіації необхідно проаналізувати спектр радіації, чого лічильник Гейгера зробити не може. Тому для реєстрації різних видів випромінювання в дозиметрах використовують лічильники Гейгера різної конструкції і з різними фільтрами.

експеримент

Уранові намистини в ультрафіолетовому освітленні

Продемонструємо роботу дозиметра за допомогою простого експерименту, на прикладі роботи дозиметра Terra-P, який оснащений лічильником Гейгера.

Етап 1. Вимірювання фонового рівня радіації

Устаткування і матеріали:

Дозиметр Terra-P з вбудованим лічильником Гейгера, 30 намистин з уранового скла.

Мета експерименту:

Перевірити, чи можливо зареєструвати радіацію, що випромінюється намистинами з уранового скла.

Етап 2a. Вимірювання радіації намистин за допомогою дозиметра із закритою кришкою з фільтром

Хід експерименту:

Говорячи про радіацію ми найчастіше згадуємо Чорнобиль і Фукусіму, або про радіотерапії, або про ядерну енергетику, але мало хто подумає про виробних матеріалах, а саме про намисті. А даремно, особливо якщо ви колекціонуєте уранове скло, і у вас є уранові намиста. У них містяться радіоактивні ізотопи урану, які надають бусам характерне жовто-зелене свічення в ультрафіолетовому випромінюванні. Такі намиста можна знайти в антикварних магазинах і в інтернеті, наприклад на eBay. Подивимося, випромінюють вони досить радіації, щоб вона була зареєстрована лічильником Гейгера.

Етап 1. Вимірювання фонової радіації:

Радіація оточує нас весь час внаслідок фонової космічної радіації, а також радіоактивного випромінювання речовин і матеріалів, що зустрічаються в природі, таких як радіоактивний калій в бананах або радіоактивний радон в повітрі, яким ми дихаємо. Ми хочемо виміряти радіацію самих намистин, а не навколишнього середовища, тому необхідно диференціювати між радіацією в навколишньому середовищі і тієї, яка безпосередньо випромінюється намистинами. Для цього виміряємо спочатку радіацію в навколишньому середовищі. Включимо дозиметр і залишимо його включеним до тих пір, поки цифри на індикаторі не перестануть блимати. У нашому офісі TranslatorsCafe.com дозиметр показав 0,08 мкЗв / год. Це безпечний рівень радіації.

Етап 2b. Вимірювання радіації намистин за допомогою дозиметра зі знятою кришкою фільтра лічильника Гейгера

Етап 2. Вимірювання радіації намистин з уранового скла:

Тепер відкриємо коробочку з намистами з уранового скла і будемо тримати дозиметр зверху над коробочкою. Показання майже не змінилися з 0,08 мкЗв / год. Чому? Перевіримо інструкцію до дозиметру Terra-P. Згідно з інструкцією, зараз наш дозиметр, виявляється, вимірює гамма-промені, але, як нам відомо, радіоактивний уран гамма-промені не випромінює. Уран випромінює бета-частинки (це або електрони, або позитрони). Для їх вимірювання знімемо фільтрує кришку на трубці Гейгера-Мюллера, і будемо тримати дозиметр над намистинами. Тепер значення на екрані змінилося. Видно, що показання коливаються між 0,45 і 0,59 мкЗв / год, причому дозиметр починає пищати, як тільки свідчення досягнутий 0,30 мкЗв / год. Це зроблено для того, щоб попередити користувачів про рівень радіації, якщо вона перевищить рівень, який вважається безпечним для людини.

висновок:

Ми тільки що побачили, що лічильник Гейгера, вбудований в дозиметр Terra-P реєструє радіоактивне випромінювання уранового скла.

Автор статті: Kateryna Yuri

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолій Золотков