7.10 Μετρήσεις ακτινοβολίας υποβάθρου με τον

απαριθμητή GEIGER –MULLER

 

 

 

Ακτινοβολία υποβάθρου

Με τον όρο «ακτινοβολία υποβάθρου» εννοούμε το χαμηλότερο επίπεδο ακτινοβολίας που μπορούμε να μετρήσουμε σε μια περιοχή. Είναι η ακτινοβολία που οφείλεται στα ραδιενεργά υλικά που υπάρχουν στο περιβάλλον (έδαφος, οικοδομικά υλικά, ξύλα, τρόφιμα, αέρας κλπ.), στους ιστούς μας και στην κοσμική ακτινοβολία. Τα επίπεδά της μπορούν να ποικίλουν πολύ. Η ακτινοβολία του εδάφους εξαρτάται από τη γεωλογική σύστασή των πετρωμάτων κάθε περιοχής, λόγου χάρη, όσοι ζουν σε περιοχές με πετρώματα από γρανίτη δέχονται περισσότερη  ακτινοβολία, ενώ όσοι  ζουν ή εργάζονται σε μεγάλο υψόμετρο περισσότερη κοσμική ακτινοβολία (το μεγαλύτερο ποσοστό έκθεσή μας οφείλεται στο ραδόνιο, ένα αέριο που διαρρέει από το έδαφος και είναι παρόν στον αέρα που αναπνέουμε). 

 

Μετρητής Geiger-Muller

 

Ο απαριθμητής Geiger-Muller ελέγχει, μετρά και ειδοποιεί για τα επίπεδα ραδιενέργειας. Αποτελείται από ένα μεταλλικό κύλινδρο που περιέχει αέριο σε χαμηλή πίεση και από μια συσκευή απαρίθμησης (Εικ.1). Κατά μήκος του άξονα του κυλίνδρου υπάρχει ένα λεπτό ευθύγραμμο σύρμα, ενώ το μπροστινό τμήμα του κυλίνδρου κλείνεται με μια λεπτή μεμβράνη (παράθυρο). Μια υψηλή τάση διατηρείται μεταξύ του σωλήνα και του σύρματος. Έτσι, όταν ένα σωματίδιο α ή β ή ακτινοβολία γ περνά από το παράθυρο του ανιχνευτή, ιοντίζει τα άτομα αερίου κατά μήκος της πορείας του και προκαλεί μια αλυσίδα ιοντισμών που κάνει προσωρινά ηλεκτρικά αγώγιμο το αέριο. Τότε, ένας ηλεκτρικός παλμός καταγράφεται στη συσκευή απαρίθμησης (και αν η συσκευή φέρει βομβητή, εκπέμπεται ηχητικό σήμα κάθε φορά που καταγράφεται παλμός). Ο  απαριθ-

μητής Geiger - Μuller  δεν αναγνωρίζει το είδος της ακτινοβολίας

που τον διαπερνά.

 

 

Ενεργότητα

 

Η μονάδα με την οποία μετρούμε τη χαρακτηριστική ραδιενέργεια φυσικών και άλλων υλικών, δηλαδή την ενεργότητα του δείγματος, είναι το μπεκερέλ (becquerel, Bq). Ένα μπεκερέλ ισούται με τη διάσπαση ενός πυρήνα σε ένα δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, η ενεργότητα 1kg γρανίτη είναι 1000 Bq (όση κι 1kg καφέ), ενώ 1kg ουρανίου είναι 25 εκατομμύρια Bq. Η ενεργότητα της ακτινοβολίας υποβάθρου ποικίλει από περίπου 10 διασπάσεις σε ένα λεπτό στην επιφάνεια του εδάφους (0+ m) έως περίπου 400 διασπάσεις σε ένα λεπτό σε ύψος 10 km.  

 

Εξοπλισμός

 

·  Αισθητήρας GEIGER –MULLER με βιδωμένο το βραχίονα στήριξης (η συσκευή φέρει βομβητή).

·  Καταγραφέας δεδομένων MultiLog.

·  Ορθοστάτης (βάση και ράβδος στήριξης).

·  Απλός σύνδεσμος και μεταλλική λαβίδα.

 

 

Σύνδεση εξοπλισμού

 

1. Συνδέστε το MultiLog στον υπολογιστή σας.

2. Συνδέστε στην είσοδο Ο/Ι-1 του MultiLog τον αισθητήρα  Geiger-Muller.

3. Τοποθετήστε τη λαβίδα στον ορθοστάτη, σφίγγοντάς τη στον απλό σύνδεσμο.

4. Τοποθετήστε τον αισθητήρα στη λαβίδα, πιάνοντας στη λαβίδα το βραχίονα του αισθητήρα. Εναλλακτικά, μπορείτε να συνδέσετε απευθείας τον αισθητήρα στον απλό σύνδεσμο με το βραχίονα στήριξής του (πόδι).

5. Στρέψτε τη λαβίδα με τον αισθητήρα σε οριζόντια

θέση (Εικ.2).

6. Ανοίξτε το MultiLog είτε πιέζοντας το πλήκτρο RUN/STOP της συσκευής είτε από το λογισμικό DB-Lab .

7.Στη δεύτερη περίπτωση, από το μενού επιλέξτε Καταγραφέας>Πίνακας Ελέγχου. Στο παράθυρο διαλόγου που ανοίγει επιλέξτε τον αισθητήρα Geiger-Muller.

8.Ανοίξτε το πλαίσιο διαλόγου Σημεία και επιλέξτε αριθμό δειγμάτων: 32 000, και από το πλαίσιο διαλόγου Ρυθμός : 100/sec (Εικ. 3).

 

 

         

 

                                  Εικόνα 3                                                     Εικόνα 4

 

9. Πατήστε το κουμπί Λήψη Δεδομένων. Στο παράθυρο λήψης διαμορφώνεται σε πραγματικό χρόνο η καταγραφή (διάγραμμα) αριθμός διασπάσεων – χρόνος (Εικ.4).

10. Πάρτε μετρήσεις για περίπου 1 min και πατήστε το κουμπί Διακοπή. Κλείστε το MultiLog, πατώντας Off.

11. Αποθηκεύστε το διάγραμμα (αρχείο *.smp).

 

Ανάλυση δεδομένων

 

1. Στο γράφημα αριθμός διασπάσεων (ΔΝ/Δt)–χρόνος (t), το εμβαδόν παριστάνει τις καταγραφές. Για να τον υπολογισμό του εμβαδού, από το μενού επιλέξτε Ανάλυση > Ολοκλήρωμα. Στην οθόνη εμφανίζεται το γράφημα αριθμός διασπάσεων – χρόνος (Εικ. 5). Στη συνέχεια επιλέξτε Ανάλυση > Γραμμική παλινδρόμηση  (προσαρμογή  καμπύλης). Στο κάτω μέρος της γραφικής

παράστασης εμφανίζεται η κλίση της ευθείας. Η συνάρτηση που εμφανίζεται είναι της μορφής     Υ = - αΧ + β (R² = 0,….), όπου α = (μέση ενεργότητα του δείγματος).          [α = 1,65Τ]

 

                  

                                  

                            Εικόνα 5                                                            Εικόνα 6

2.Τοποθετήστε τον κέρσορα επάνω στο σημείο ‘’60 ‘’ (60 sec) του άξονα του χρόνου  και πατήστε διπλό αριστερό κλικ. Στο κάτω μέρος της γραφικής παράστασης εμφανίζεται (κάτω από την κλίση) ο συνολικός αριθμός των διασπάσεων: Υ=….., t = 60 sec     [Περίπου 86,8 διασπάσεις / min ]

 

Παρατήρηση : Ο αριθμός των καταγραφών ακτινοβολίας υποβάθρου στην επιφάνεια του εδάφους (σε υψόμετρο 0+ m), σε φυσιολογικά επίπεδα, δεν ξεπερνά τις 10-12 διασπάσεις/ min. Σε αντίθετη περίπτωση, δηλαδή συνεχής καταγραφή 40 ή 60 ή 90 διασπάσεων/ min κτλ. υπάρχει σημαντικό σφάλμα στη μέτρηση (που μάλλον οφείλεται στο κύκλωμα καταγραφής του ΜultiLog). Για αυτό το λόγο σκόπιμο είναι να συγκρίνονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας με το λογι-σμικό DB-Lab (εμβαδόν του γραφήματος αριθμός διασπάσεων – χρόνος),  με την απαρίθμηση των διασπάσεων/ min, μετρώντας τον αριθμό των χαρακτηριστικών ήχων ανά λεπτό που εκπέ-μπει ο βομβητής σε κάθε διάσπαση. Στην περίπτωση που οι περισσότερες καταγραφές είναι  κατά μέσο όρο γύρω στις 10 διασπάσεις/ min και μία από αυτές είναι αισθητά μεγαλύτερη, λ.χ. 25 διασπάσεις/ min, πιθανόν οφείλετε σε βροχή σωματιδίων λόγω της ηλιακής δραστηριότητας.

 

Υπολογισμοί-Συζήτηση

 

1.Παρατηρήστε το διάγραμμα ενεργότητας –χρόνου (Εικ.4).

• Για πόσο χρονικό διάστημα ο απαριθμητής Geiger-Muller κατέγραψε την ακτινοβολία;

• Πόση είναι η ελάχιστη και πόση η μέγιστη τιμή της ενεργότητας;

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. Από το διάγραμμα ενεργότητας –χρόνου (Εικ.4) να υπολογίσετε τα επί μέρους εμβαδά ανά 10s και οι υπολογισμοί να καταχωρηθούν στον Πίνακα 1 και στη συνέχεια  να κάνετε το διάγραμμα αριθμός διασπάσεων –χρόνος.

 

Πίνακας 1

 

χρόνος ( σε min)	0	1	2	3	4	5
αριθμός  διασπάσεων

 

Διάγραμμα: αριθμός διασπάσεων –χρόνος

 

 

3. Αν θέλατε να μετρήσετε μόνο την κοσμική ακτινοβολία, τη μέτρηση θα την κάνατε: (α) στην επιφάνεια της θάλασσας, (β) στην κορυφή ενός βουνού, (γ) πετώντας σε μεγάλο ύψος με αερόστατο; Με ποιο προσανατολισμό του ανιχνευτή θα το κάνατε; Αιτιολογήστε τη απάντησή σας.

 

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………