Kako pravilno izmeriti radioaktivni vir nizke aktivnosti z Geigerjevim števcem. Ukrepi, metodologijo in potrebna orodja.
Merjenje nizkoaktivnega radioaktivnega vira z Geigerjevim števcem predstavlja enega najzanimivejših izzivov za vsakega navdušenca ali strokovnjaka v tem sektorju.. Pod temi pogoji, res, število delcev gama ali fotonov, ki jih prestreže detektor, je lahko zelo majhno, zaradi česar je meritev posebej občutljiva na običajna statistična nihanja.
Ukrepi, metodologijo in orodja, potrebna za pridobitev zanesljivih meritev
Neizkušen uporabnik bi si ta nihanja lahko razlagal kot okvaro instrumenta, toda v fizični realnosti je to povsem normalno vedenje. Za pridobitev zanesljivih podatkov ni dovolj, da vklopite Geigerjev števec in odčitate vrednost, prikazano na zaslonu: potrebno je sprejeti pravilno merilno metodologijo in razumeti verjetnostno naravo radioaktivnega razpada.
Ker meritve Geigerjevega števca nenehno nihajo?
Jedrska fizika nas uči, da je radioaktivni razpad naključen pojav. Atomi radioaktivne snovi ne razpadajo v rednih intervalih, vendar sledijo statistični porazdelitvi, znani kot Poissonova porazdelitev.
Posledično, celo ohranjanje Geigerjevega števca popolnoma mirnega in v enakih merilnih pogojih, število zaznanih števcev se bo nenehno spreminjalo.
Na primer, Med 60-sekundnim merjenjem lahko zabeležite 30 štetij, medtem ko bi lahko v naslednji minuti štetje bilo 42. Ta spremenljivost ne pomeni okvare instrumenta, temveč naravna posledica naključnosti radioaktivnega razpada.
Razumevanje tega pojava je prvi korak k pravilni interpretaciji katere koli radiometrične meritve.
Vloga časa zajema in statistične napake
Kdaj je treba meriti šibko radioaktivne vire, Čas pridobivanja je temeljnega pomena.
Dejansko se statistična napaka meritve zmanjša, ko se skupno število preštetih impulzov poveča. Z drugimi besedami, večje je število zbranih dogodkov, bolj zanesljiv bo končni rezultat.
Praktični primer
- 100 štetij → statistična napaka približno ±10%
- 1.000 štetje → statistična napaka približno ±3%
Iz tega razloga, pri najbolj kritičnih meritvah je priporočljivo uporabiti funkcijo SKALER o Skupno število, prisoten v profesionalnih Geigerjevih števcih, z nastavitvijo dolgih časov pridobivanja, na primer:
- 300 sekund;
- 600 sekund;
- 3600 sekund.
Samo s kopičenjem velikega števila dogodkov je mogoče zmanjšati statistično negotovost in pridobiti resnično pomembne rezultate.
Izvajanje več zaporednih meritev poveča zanesljivost
Zanašanje na en sam ukrep je lahko zavajajoče.
Običajna statistična nihanja lahko dejansko povzročijo vrednosti, ki so občasno višje ali nižje od povprečja. Iz tega razloga, pri najpomembnejših meritvah je dobra praksa izvesti vsaj tri zaporedne meritve z enakim integracijskim časom.
Izračun povprečja dobljenih vrednosti in ovrednotenje vseh očitno nepravilnih rezultatov, pridobljeni so robustnejši podatki, ki so bolj reprezentativni za dejansko dejavnost vira.
Ta postopek se pogosto uporablja tudi na področju meroslovja.
Geometrija meritev naj ostane nespremenjena
Za pravilno primerjavo meritev, opravljenih ob različnih časih, je bistvenega pomena, da geometrija meritev ostane konstantna.
Zato je pomembno ohraniti:
- enaka razdalja med virom in sondo;
- enako usmerjen kot detektor;
- enako izpostavljeno površino;
- enaki pogoji delovanja.
Pri točkovnih virih, predvsem za sevanje gama, razdalja med sondo in izvorom lahko pomembno vpliva na rezultat.
Nizkoenergijsko beta sevanje je še bolj kritično, saj se zlahka absorbirajo iz zraka. Tudi majhne spremembe razdalje lahko bistveno spremenijo število zaznanih delcev.
Izmerite naravno ozadje: nepogrešljiva referenčna točka
Geigerjev števec vedno meri vsoto radioaktivnosti vira in naravnega okoljskega ozadja.
Slednjega v glavnem ustvarja:
- kozmični žarki;
- Prisoten radon v zraku;
- gradbeni materiali;
- naravna radioaktivnost tal.
Zato je priporočljivo, da pred izvajanjem kakršnih koli meritev zaznate okoljsko ozadje z uporabo istega časa zajemanja, ki bo kasneje uporabljen za vir.
Na primer:
- naravno ozadje: 25 CPM;
- vir + dno: 45 CPM;
Povišanje izključno zaradi vira bo torej enako 20 CPM.
Brez te operacije, vir nizke aktivnosti je težko ločiti od naravnega ozadja.
Prednost visoko občutljivih sond
Izbira sonde lahko pomembno vpliva na kakovost meritve.
Tradicionalne majhne Geigerjeve cevi imajo omejeno občutljivo površino in zahtevajo daljše čase pridobivanja, da dobijo pomembne rezultate.
Profesionalne sonde tipa palačinke, kot KJV 7317, namesto tega imeti:
- velika občutljiva površina;
- tanko okence iz sljude;
- visoka učinkovitost zaznavanja.
Te značilnosti omogočajo prestrezanje večjega števila delcev in učinkovitejše zaznavanje celo nizkoenergetskega beta sevanja, ki bi ga tradicionalne Geigerjeve cevi lahko merile z manjšo občutljivostjo..
Večje število štetij pomeni tudi manjšo statistično napako in krajše čase meritev.
CPM o µSv/h? Katero enoto uporabiti?
Za vrednotenje virov z nizko aktivnostjo je na splošno bolje uporabiti vrednosti, izražene v:
- CNT (Štetje na minuto);
- CPS (Štetje na sekundo).
CPM dejansko predstavljajo podatke, ki jih dejansko izmeri detektor.
Vrednost, izražena v µSv/h, izhaja iz matematične pretvorbe, ki jo izvede programska oprema instrumenta na podlagi posebnih kalibracijskih faktorjev.
Ker se ti koeficienti lahko razlikujejo glede na energijo sevanja in vrsto prisotnega izotopa, vrednost CPM je pogosto najbolj objektiven in zanesljiv parameter za primerjavo različnih virov.
Sklepi
Za pravilno merjenje nizkoaktivnega radioaktivnega vira je potrebna potrpežljivost, metode in dobro poznavanje temeljnih principov radiometrije.
Uporaba ustreznih časov pridobivanja, preventivni ukrep naravnega ozadja, ponavljanje pridobivanja podatkov in uporaba visoko občutljivih sond omogočata natančne in ponovljive rezultate.
Tudi najboljši Geigerjev števec ne more nadomestiti pravilne metodologije merjenja.
Iz tega razloga, pri meritvah šibko radioaktivnih virov, potrpežljivost in tehnika sta pogosto pomembnejši od zmogljivosti, ki jo navaja uporabljen instrument.