IFM - Institutionen för Fysik, Kemi och Biologi

Laborationer i

Modern fysik

93FY41, 93FY47

Senast reviderad 2017 av Ingemar Persson

2

Innehållsförteckning

1a Fotoelektrisk effekt 3

1b Rydbergs konstant 8

2a Bestämning av e/m 11

2b Radioaktivitet och

Geiger-Müller-rör 13

3a -absorption 22

3b -strålning 27

Appendix 30

2017-09-12

3

Inledning

Kursen omfattar 3 laborationer, laborationsgenomgångar (där närvaro för

blivande laboranter är obligatorisk) ett antal förberedelseuppgifter samt

skriftlig redogörelse för utförandet av en av dessa 3 laborationer.

Förberedelseuppgifterna bearbetas dagarna innan och redovisas så snart tid ges

under laborationspasset.

Säkerhetsaspekter är viktiga i denna laborationskurs då exempelvis radioaktiva

preparat hanteras och anslutning till aggregat som lämnar höga spänningar ska

utföras.

4

1a: FOTOELEKTRISK EFFEKT

Målsättning

Syftet med denna laboration är att visa att energin i elektromagnetisk strålning är

kvantiserad och att kvantats energi är proportionell mot strålningens frekvens.

Proportionalitetskonstanten, Plancks konstant h, mellan kvantats energi E och frekvens i

sambandet E = h skall bestämmas.

Teori

Den fotoelektriska effekten innebär att elektroner bundna till atomerna i en kropp upptar

energi från infallande elektromagnetisk strålning och frigörs. Den elektromagnetiska

strålningen beskrivs fullständigt av storheterna intensitet, frekvens och

polarisationstillstånd. Laborationen avser att visa hur energin hos de vid fotoeffekten

frigjorda elektronerna beror av strålningens frekvens. Elektronerna i en metall är bundna

med olika energier. Om vi tillför en elektron en energi E som är större än dess

bindningsenergi kan den frigöras och röra sig som en fri partikel. Den har då

rörelseenergin:

Ek E (1)

Den maximala kinetiska energi en elektron kan ha är:

Ek,max E 0 (2)

där 0 är bindningsenergin för de mest energirika elektronerna i metallen. 0 kallas också

utträdesarbetet för metallen.

Energin hos den elektromagnetiska strålningen, E, beskrivs av

E = h

Då fås

Ek,max h 0 (4)

Den maximala kinetiska energin kan mätas enligt den metod som beskrivs i figur 1.

Figur 1 Principskiss för mätning av fotoelektrisk effekt

V

5

Genom att lägga en spänning mellan plattorna A och B kan de frigjorda elektronerna från

platta A retarderas. Vid en särskild spänning Umax blir strömmen genom galvanometern G

noll. Detta indikerar att inte ens de snabbaste elektronerna når platta B. Då fås:

eUmax Ek,max h0 (5)

Genom att ändra frekvensen på det infallande ljuset kan man få ett antal värden på

bromsspänningen Umax. Eftersom

Uma xh

e

0

e

h

e 0 (6)

bör Umax som funktion av vara ett linjärt samband. Ur linjens riktningskoefficient kan

man beräkna ett värde på Plancks konstant h. Frekvensen 0 kallas tröskelfrekvensen. För

lägre frekvenser än tröskelfrekvensen får man ingen emission alls (se figur 2).

Figur 2 Bestämning av tröskelfrekvensen

Utförande

Börja med att undersöka funktionen hos de filter som används tillsammans med

kvicksilverlampan. Använd välkända instrument och komponenter från optiken

(exempelvis lampa med vitt ljus, spektrometer med prisma med 90 grader konstant

deviation och filterhållare) för att bestämma vilket (vilka) våglängdsområden som

transmitteras av filtren. Här är det inte frågan om att göra någon precisionsmätning utan

bara att undersöka filtrens funktion och märkning.

Det finns ingen anledning att göra en grundlig spektrometerkalibrering utan det är

tillräckligt att kontrollera spektrometerns skala med hjälp av en känd ljusvåglängd genom

att använda exempelvis en natriumlampa. Varje filter är märkt med en våglängd mätt i

nanometer. Konsultera tabell för att bestämma vilka våglängder som kan vara aktuella för

kvicksilver-lampans ljus och jämför med de resultat som mätningarna på filtrena har givit.

6

Den funktion som kombinationen av ljuskälla och filter kommer att ha i laborationens

nästa moment bör därmed vara bestämd.

Figur 3 Fotoelektrisk effekt, försöksuppställning

Övergå nu till mätningarna som avser fotoelektrisk effekt! Se försöksuppställningen i figur

3!

1. Tänd kvicksilverlampan. Lampan når full effekt först efter ca 10 minuter. Efter

släckning måste den ges tillfälle att svalna innan den tänds igen.

OBS! Var aktsam när det gäller ljuset från lampan som är skadligt för

synen. Använd så korta avstånd som möjligt mellan de optiska komponenterna

på optiska bänken så att direktljuset från lampan inte träffar ögonen OBS!

2. Justera strålgången så att det existerar en (rätlinjig) optisk axeln för systemet.

Skydda fotocellen från onödig bestrålning genom att ha luckan framför

fotocellen stängd så snart du inte mäter.

3. Ställ nanoamperemetern G på lägsta känslighet. Sätt i ett filter i filterhållaren.

Öppna luckan framför fotocellen och justera bländaren.

4. Justera spänningen på fotocellen så att strömmen genom amperemetern blir

noll. Öka stegvis känsligheten hos G och justera för varje steg strömmen till

noll. Observera att utslaget på den mycket känsliga nanoamperemetern lätt kan

påverkas kapacitivt. Stillhet under mätningen är en fördel! När detta gjorts för

instrumentets känsligaste område stängs luckan framför fotocellen och G:s

känslighet minskas.

5. Avläs på voltmetern bromsspänningen Umax. Detta upprepas några gånger, t.ex.

3 gånger, för varje filter för att undersöka spridningen i mätdata.

OBS! Efter en viss tids användning kommer en del katodmaterial att finnas på anoden och

förorena denna. Anoden kan dock renas igen genom så kallad glödgning, där en ström

skickas genom anoden som förångar bort katodmaterialet. Detta bör du göra exempelvis

före varje filterbyte för att erhålla bästa möjliga resultat. När tråden just jämt börjar glöda i

ett helt mörkt rum är proceduren utförd. Försiktighet krävs för att anoden inte ska skadas.

Varför tror du att fotocellen är konstruerad som den är?

7

Redovisning

- Medelvärde och felgränser (standardavvikelse eller maximalfel) för varje Umax

bestäms.

- En graf över bromsspänningen som funktion av frekvensen uppritas. Drag den linje

som bäst ansluter till mätresultaten.

- Räkna ut riktningskoefficienten h

e och bestäm Plancks konstant genom att använda

tabellvärde på elektronladdningen e.

- Uppskatta felet i h. Bestäm även tröskelfrekvens samt metallens utträdesarbete

(med felgränser) och vilken metall det är.

- Jämför med värde uträknat från i Physics Handbook.

8

1b: RYDBERGS KONSTANT

Målsättning

Studera vätets synliga atomspektrum (Balmerserien), som visar på kvantiseringen av

energin. Beräkna Rydbergs konstant för väte, RH, ur vätelinjernas våglängder.

Teori

Väteatomen består av en atomkärna med en positiv elementarladdning, e, och en elektron

med negativ elementarladdning. För en elektron i någon bana runt en godtycklig kärna med

laddningen Ze gäller att Coulombkraften F verkar på systemet:

F Ze2

40r2

ˆ r (1)

Energin hos elektron-kärnsystemet är då summan av den kinetiska och den potentiella

energin:

E 1

2mev

2

Ze2

40r

1

2

Ze2

40r

Ze2

40r

1

2

Ze2

40r (2)

Förberedelseuppgift 1

Utgå från kvantiseringen av rörelsemängdsmomentet dvs. L = n ћ. Dessutom gäller för

Bohrmodellen för rörelsemängdsmomentet L = mevr, som är en rörelsekonstant eftersom

vi har en centralkraft, och visa att energin kan skrivas som:

E mee4Z2

2 40 2 2n2

mee4Z2

802h

2n

2 (3)

Om man tar hänsyn till att elektronen inte rör sig omkring själva kärnan, utan kring

kärnans och elektronens gemensamma tyngdpunkt fås att me i ovanstående uttryck bör

ersättas med den så kallade reducerade massan, :

mM

m M m om m << M (4)

där M är kärnans massa.

Om väteatomens elektron exciteras till ett högre liggande tillstånd, E2, förblir den i detta

tillstånd under cirka 10-8 s, varefter den återgår till något lägre liggande tillstånd, E1, under

utsändande av strålning. Vi låter nu E1 och E2 beteckna energin hos de respektive

tillstånden. Den utsända strålningens frekvens, , blir då:

9

E2 E1

h kc (5)

där k är vågtalet (= antalet våglängder per längdenhet i vakuum).

Detta ger Balmers formel:

k E2 E1

hc

e4

8 02 h

3 cZ

2

1

n12

1

n22

RH Z

2

1

n12

1

n22

1

(6)

där

RH e4

802h

3c

(7)

och där RH kallas Rydbergs konstant för väte. För väte gäller dessutom Z = 1.

När n1 är 2 och n2 har värdena 3, 4, 5, 6, ... o.s.v. får man den så kallade Balmerserien, en

serie spektrallinjer som ligger i det synliga eller nära ultravioletta området.

Figur 1 De olika linjeserierna i vätets spektrum

Förberedelseuppgift 2

Betrakta den övergång som motsvarar lägsta energin i Lymanserien, och den övergång som

motsvarar högsta energin i Paschenserien, och kontrollera att ingen av dessa båda linjer

ligger inom det synliga området.

Utförande

I vårt experiment analyserar vi ljuset från en vätgaslampa i en spektrometer. Principen för

spektrometern är att en stråle innehållande ljus av olika färger faller in mot ett prisma, där

12

15

.7 Å

10

25

.7 Å

97

2.5

Å

Lyman

H

H

H

Balmer

PaschenBrackett Pfund

1

2

34 5

n E (eV)

-13.60

-3.39

-1.51-0.85

-0.540

10

ljuset bryts olika mycket för olika färger, så att olika färger går ut i olika riktningar från

prismat.

På grund av osäkerhet vid tillverkning av prisman måste spektrometern i praktiken alltid

kalibreras för det aktuella prisma som används i den. Vi kalibrerar med hjälp av heliums

spektrum, som anses ha kända våglängder. Vi erhåller en kalibreringskurva som visar

korrektionen som måste adderas till avläst våglängd, som funktion av denna våglängd.

Vätets Balmerserie ses som tre distinkta linjer mot en bakgrund av svagare tättliggande

linjer, vilka härrör från vätets molekylspektrum. När kvanttalet identifierats för var och en av

linjerna kan Rydbergskonstanten beräknas. Som slutresultat anges medelvärdet av de

erhållna värdena.

Observera att vätgaslampan drivs med en spänning på flera kV. Se till att spänningen inte är

på när lampan monteras. Behöver man flytta lampan under mätningen är det lämpligt att

bara använda ena handen.

Om tiden medger kan det vara intressant att ersätta vätgaslampan med en vanlig

glödlampa. Därmed kan man kontrollera mellan vilka våglängder det synliga ljuset ligger.

(Jämför PH T-4.2 eller tabellverket Tefyma sid 113. Tefyma är utförligare på denna

punkt.) Noggrannheten i bestämningen av Balmerseriens våglängder kan kontrolleras i PH

T-4.5.

Redovisning

- En graf över kalibreringskällans och vätets uppmätta våglängder som funktion av

tabellvärden uppritas. Drag den linje som bäst ansluter till mätresultaten.

- Medelvärde och felgränser (standardavvikelse eller maximalfel) för varje bestäms.

- Räkna ut riktningskoefficienten för kalibreringskurvan och Rydbergs konstant.

- Jämför med värde från Physics Handbook.

- Uppskatta felet i RH.

11

2a. BESTÄMNING AV e/m

Målsättning

Förhållandet mellan elektronens laddning och dess massa ska bestämmas genom att

studera hur en elektronstråle böjs av i ett magnetfält.

Teori

När en elektron rör sig i ett plan vinkelrätt mot ett homogent magnetfält påverkas den av en

kraft som är riktad så att elektronen beskriver en cirkel. Ur sambandet mellan den kraft

som verkar på partikeln och uttrycket för centripetalkraften i en centralrörelse kan cirkelns

radie bestämmas enligt

Bve mv2

r r

mv

Be (1)

där m är elektronens massa, v är dess hastighet, e är dess laddning och B är magnetiska

flödestätheten.

Elektronstrålen i röret alstras av en elektronkanon bestående av en glödtråd och en anod

med ett hål. Elektronerna får alltså sin hastighet genom att de accelereras av ett

spänningsfall U. Hastigheten kan då beräknas ur energiprincipen (rörelseenergi = potentiell

energi)

mv 2

2 eU v

2eU

m (2)

Magnetfältet genereras i vårt fall av två likadana spolar med relativt stor diameter och med

gemensam symmetriaxel, s.k. Helmholtzspolar. Den magnetiska fältstyrkan i ett plan mitt

emellan spolarna och nära deras gemensamma symmetriaxel ges av

B 04

5

3/2 NI

R (3)

där 0 = permeabiliteten i vakuum = 4π.10-7 Vs/Am

N= antalet lindningsvarv hos en spole

I = strömmen som flyter genom spolarna [A]

R = radien hos spolarna [m]

Förberedelseuppgift 1

Plocka fram ett uttryck för e

m genom att kombinera (1), (2) och (3).

e

m ________________________ (4)

12

Utförande

Röret innehåller argonånga till ett tryck av 0,1 Pa. De elektroner som passerar ut genom

hålet i anoden har så hög energi att de vid kollision med Ar - atomerna exciterar dessa. När

atomerna sedan återgår till grundtillståndet utsänds överskottsenergin i form av ljus. Därför

kan vi se elektronernas väg som ett svagt lysande spår. Genom att lägga på ett magnetfält

vinkelrätt mot elektronbanan får vi den tidigare omtalade cirkelbanan. För att minimera

störande inverkan från det jordmagnetiska fältet placeras försöksapparaten så att fältet från

spolarna blir vinkelrätt mot det jordmagnetiska fältet.

För 3 olika inställningar på U, mät den ström I som krävs för att elektronbanan ska få de

önskade radierna (5, 4, 3, 2 cm). Beräkna e

m som medelvärdet av samtliga mätningar.

Figur 1: Skiss över elektronkanonen. U = 200 - 300 V

OBS! Den totala accelerationsspänningen, som är summan av två pålagda spänningar (a:

negativ potential på glödtråden 50V, b: accelerationsspänning mellan katod och anod, max

250V) får ej överstiga 300V och strömmen genom spolarna får ej överstiga 5A.

Intressanta tekniska data

Spolarnas diameter: 400 mm

Antal varv per spole: 154

Redovisning

1. Härledning av e

m.

2. Värdet på e

m med feluppskattning. Jämför med värde uträknat från i Physics Handbook

angivna värden på elektronens laddning och massa.

3. Diskussion av felkällor.

Anod

Katod

6.3V Glödtråd

U

+ -

13

2b: RADIOAKTIVITET OCH GEIGER-MÜLLER RÖR

Målsättning

Laboration avser att göra dig förtrogen med radioaktiva preparat, strålskada samt den

utrustning och de frågeställningar som blir aktuella vid mätning med Geiger-Müller-rör.

Teori

GM-röret består av en metallcylinder i vars centrum en elektrod i form av en tunn tråd är

uppspänd. Tråden är elektriskt isolerad från cylindern. I röret finns vidare en lämplig gas.

Mellan cylindern och centraltråden läggs en spänning med polaritet enligt figur 1.

Figur 1: Principiellt uppkopplingsschema för den elektroniska utrustningen till GM-röret

Då en joniserande partikel (elektron, foton eller -partikel) tränger in i GM-röret kommer,

beroende på partikelns art och energi, ett varierande antal jon-elektronpar att skapas i

gasen. Elektronerna accelereras i det elektriska fältet mot tråden och gasjonerna mot

cylindern. Är spänningen tillräckligt hög bildas genom stötjonisation nya joner och

elektroner. Rörets ledningsförmåga ökar och vi får en strömrusning varvid spänningen över

röret minskar.

Notera i figur 1 att röret ligger i serie med ett motstånd. Då röret inte leder har röret hög

resistans och så gott som hela spänningen ligger då över röret.

När röret, till följd av bildningen av elektron-jonpar börjar leda, minskar dess resistans och

därmed spänningen över röret, varvid bildningen av nya elektron-jonpar förhindras. De fria

elektroner som redan bildats driver till tråden i centrum och de tyngre jonerna rör sig mot

metallcylindern och röret får åter hög resistans och är därmed berett att registrera nästa

inkommande partikel.

I och med att röret under en kort tid varit ledande har vi fått en kortvarig strömpuls, vilken

via en kondensator leds vidare genom en förstärkare till en räknare. Kondensatorn är

nödvändig för att undvika att den konstanta högspänningen på röret förs till ingången på

den efterföljande förstärkaren.

Puls- omvandlare

(Elektroniskt räkneverk)

Scaler

Gas vid lågt tryck

Metall- cylinder

Isolering

14

Under den tid en puls varar är röret oförmöget att detektera andra partiklar som råkar

komma in. Röret är under denna tid ”dött” - vi talar om en viss dödtid eller

återhämtningstid innan en ny partikel kan registreras.

Som framgår av den graf här som visar karakteristikans utseende måste drivspänningen på

röret komma över ett visst tröskel-värde för att elektron-jonpar ska kunna bildas. Dock, om

vi kommer över en viss spänning kommer urladdningen i röret att fortsätta oavbrutet, även

om inte någon fler partikel kommer in i röret - röret tänder, dvs. leder ström kontinuerligt,

ungefär som ett lysrör gör. Röret är inte konstruerat för sådana förutsättningar och tål inte

detta under någon längre tid utan blir förstört. Det gäller alltså att finna en lagom hög

drivspänning. Vilken drivspänning man ska välja beror på rörets dimensioner och ligger

mellan några hundra volt upp till tusen volt.

Figur 2: GM-rörets karakteristika

Med räknehastighet, n, menas antal räknade partiklar per tidsenhet.

n = antal partiklar / s (1)

Räknehastigheten som funktion av pålagd spänning, U, ger GM-rörets karakteristika.

Parallellt med att mätningen genomförs ritas resultatet, karakteristikan, i ett diagram, bland

annat för att bevaka och förhindra att mätpunkterna inte hamnar långt upp på kurvans

högra branta del. Man undviker då enligt ovan att röret blir skadat under mätningen.

I ett visst spänningsintervall, kallad platån, är räknehastigheten obetydligt beroende av den

pålagda spänningen. Platåns relativa lutning, f-värdet, är ett mått på GM-rörets kvalitet:

f n

n0

100% per 100 V. (2)

Där n avser ändring i räknehastighet per 100 Volt förändring av rörets drivspänning, och

n0 är räknehastigheten vid arbetsspänningen. Ett bra GM-rör har ett f-värde som är mindre

U

n

Arbet sspänning

Platå

n0

n

U

15

än 10 % per 100 V, men om utrustningen innehåller ett välstabiliserat spänningsaggregat

kan högre f-värden tolereras. Vid användningen av GM-röret håller man spänningen på ett

konstant värde, arbetspunkten, belägen något nedanför mitten av platån.

På grund av GM-rörets egenskaper kommer all strålning som överhuvudtaget detekteras att

ge pulser av ungefär samma form och röret kan därför inte diskriminera vare sig mellan

olika energier hos strålningen eller olika slag av strålning. Effektiviteten är hög för - och

strålning (nära 100 %). För gammastrålning är effektiviteten däremot låg (< 1 %).

Förberedelseuppgift 1

Vid räkning av pulser (med rätt pulshöjd) måste man känna till GM-rörets dödtid, . Om

räknehastigheten är för hög löper man risk att partiklar som träffar GM-röret inte

registreras. I extremfallet kan röret blockeras och inkommande partiklar registreras då inte

alls.

Om dödtiden är 1 sekundblir röret varje sekund oförmöget att detektera nya

partiklar under tiden nDetta eftersom efter varje partikeldetektion följer dötiden .Den

effektiva mättiden under en sekund blir då (1 − 𝑛𝜏)

Ange formeln för den korrigerade räknehastigheten, nkorr, uttryckt i 𝑛 och 𝜏.

nkorr _________________ (3)

Förberedelseuppgift 2

Vi är intresserade av att bestämma dötiden hos GM röret och därefter uppskatta dess

konsekvens på den uppmätta signalen. Detta kan göras på flera sätt, t.ex. genom att koppla

in ett oscilloskop och studera strömpulserna och deras dödtid. Detta ger dock endast en

noggrannhet på ca 30 %. Vi ska istället räkna ut dödtiden med hjälp av en noggrannare

metod.

Anta att vi har två radioaktiva källor, A respektive B, och att vi mäter antalet detekterade

partiklar. Partiklarna kommer således från båda källorna. Därmed gäller

nkorr = nkorr(A)+n korr(B) (4)

där nkorr är det totala antalet detekterade partiklar per sekund och nkorr(A) och n korr(B) är

antalet partiklar detekterade per sekund från källa A respektive B.

Från ekvation (1) tillsammans med ekvation (3) och (4) kan man uttrycka dödtiden τ i n, nA

och nB.

16

Härled uttrycket för dödtiden τ enligt ovan. Du kommer att behöva lösa en andragrads-

ekvation, motivera teckenval. Vad har τ för enhet?

Ledtråd: Vad gäller när τ = 0?

τ = ________________________________________________ (5)

Förberedelseuppgift 3

För att räkna ut τ enligt ovan behöver vi värden på n, nA och nB. För den detektor vi ska

använda under labbtillfället har tidigare mätningar gjorts på americum (241Am) och cesium

(137Cs). Resultatet blev;

N=64300, NA=54800 samt NB=20300.

N motsvarar antalet detekterade partiklar från båda preparaten samtidigt, NA endast Am

och NB endast Cs. Mätningarna gjordes under en minut.

Beräkna

τ = _________________ sekunder.

Hur stor påverkan har den uppskattade dödtiden på den uppmätta signalen från 137Cs i ett

100s intervall?

Ledtråd: Tag reda på aktiviteten för 137Cs.

Svar: ________________________________________________

________________________________________________

________________________________________________

Förberedelseuppgift 4

En radioaktiv punktkälla strålar ut uniformt i alla riktningar. För att ta reda på hur mycket

strålning som träffar ett objekt används rymdvinkelberäkning. Med detta menas den del av

totala strålningen från en punktkälla som träffar objektets yta, σ, på avståndet R från

punktkällan.

Figur 3: Rymdvinkel

17

Ange en formel för att beräkna rymdvinkeln, Ω, uttryckt i radien R och σ.

Ω = _________________

Om avståndet mellan ett preparat och ett detektorfönster är 10 cm, vad blir då rymdvinkeln

om detektorfönstret är cirkulärt och har radien 4 cm?

Ω = _________________ sr (steradianer)

Förberedelseuppgift 5

Vid den sannolikhetsteoretiska behandlingen av det radioaktiva sönderfallet antas att

sannolikheten adt gäller för registrering av en partikel i ett mycket litet tidsintervall av

längden dt. Antalet registreringar i ett intervall av längden t kan då visas vara

Poissonfördelat med parametern at, det vill säga:

P t(N)(at)N

N!eat

(6)

- t är tidsintervallet som används för mätningarna i försöksserien.

- N är antalet sönderfall som observeras under tiden t vid ett visst försök i serien.

- a är en konstant, där adt alltså anger sannolikheten för ett sönderfall under tiden dt.

- Pt(N) är sannolikheten för att N sönderfall skall observeras under tiden t i ett enskilt

försök.

Ur Poissonfördelningen kan standardavvikelsen D beräknas till m där m är medelvärdet

av antalet registreringar under tiden t.

Härled ett uttryck för medelvärdet m:

D m ______________________ (7)

Vidare gäller givetvis: Pt(N) 1 för alla värden på t. (8)

Redan för måttliga värden på medelvärdet m (m≥20) kan den diskreta Poissonfördelningen

approximeras med en kontinuerlig normalfördelning:

P(x)dx 1

2me

(xm)2

2m dx (9)

där x är en kontinuerlig variabel.

För m smalnar emellertid Poisson-fördelningen kring m. Man kan därför i praktiken sätta

N lika med m där N är det observerade antalet pulser. Standardavvikelsen blir då

18

D N (10)

och det relativa felet blir följaktligen:

D

m

1

N (11)

Utförande

Burken ST360 COUNTER innehåller högspänningsaggregat, räkneutrustning, och har

knappar för manuell styrning av mätningarna. Vi låter dock datorn med tangentbord och

dataskärm till höger styra alla mätningar genom att gå in i dess program ST360. Bilden på

dataskärmen visar därvid överst en menyrad och närmast därunder en rad med

kommandoikoner. Denna består av först en grupp av tre för oss mindre intressanta ikoner,

därefter en grupp av tre intressanta ikoner, för funktionerna COUNT, STOP resp. ERASE

Därunder utgöres bilden på skärmen av stora fält som visar aktuella inställningar och data.

Menyn ger först alternativen File, Edit, Setup, View, Preset, Instrument Display, Windows

och Help. Man kan inför en mätning gå in på Preset och där sätta Number of runs, antal

mätomgångar, samt Preset Time, hur lång varje omgång skall vara. Om man sedan från

huvudmenyn går in på Setup, och bland alternativen där på HV setting, så kan man sätta

spänningsnivån High Voltage och även med Step Voltage Enable aktivera en successiv

uppstegning av spänningen för varje mätomgång och därvid satta steget Step Voltage.

1. Bestämning av arbetsspänning

Innan vi går vidare måste vi välja en lämplig arbetsspänning för vårt GM-rör genom att ta

upp dess karakteristika. För att ta upp GM-rörets karakteristika byts nu preparatet till 137Cs. 137Cs är samma isotop som vi hört en hel del om i massmedia efter Tjernobyl-olyckan och

olyckan i Fukushima. Problemet med 137Cs i naturen är dess halveringstid. Vore den

betydligt längre skulle den ju inte stråla så kraftigt - är halveringstiden mycket lång är

isotopen stabil och utgör inget problem. Med en mycket kort halveringstid får vi

visserligen hög aktivitet under den första tiden men aktiviteten avtar snabbt. En

halveringstid på några tiotal år är alltså ur miljösynpunkt ett olyckligt optimum men nu, då

vi i laboratoriet studerar radioaktivitet, är 137Cs ett lämpligt val. Den ger oss en

radioaktivitet som är signifikant högre än den allestädes närvarande naturliga

bakgrundsstrålningen och kan anses ha konstant aktivitet under de timmar som ett

laborationspass utgör. Preparaten behöver inte heller förnyas varje år.

1. På laborationsplatsen har Du tillgång till en liten röd kapsel som ligger i en

plastlåda. Kapseln innehåller radioaktivt cesium 137Cs med en halveringstid på 30

år. Du skall inte ta i kapseln med händerna! Använd i så fall pincett! Egentligen

skall Du inte ta ut kapseln ur plastlådan. Preparatet strålar åt alla håll vilket betyder

19

att intensiteten avtar med kvadraten på avståndet. På avståndet l cm är alltså

intensiteten 104 ggr högre än på avståndet 1 m!

2. Placera plastlådan med det radioaktiva preparatet på ett lämpligt avstånd från GM-

röret så att mätningarna får ett fel som är av storleksordning 3% på grund av

inverkan av rörets dödtid och ett jämförbart fel på grund av karaktären i den

statistiska processen (ekvationerna (2) respektive (8)).

3. Du skall nu ta upp GM-rörets karakteristika genom att köra en mätserie där

spänningen automatiskt stegas upp med hjälp av Step Voltage. Mättiden Preset

Time kan ställas kort, t ex 10 s. GM-röret har sin ansatsspänning, dvs. börjar räkna

någonstans i trakten kring 700 V. För att få karakteristikan kan vi gå från t ex 600

V till 1000 V i steg om 20 V. Vi sätter då High Voltage på 600, Step Voltage på 20

och Run på 20 (20 steg om 20 V = 400V), och kör. Röret bör i viket fall som helst

inte utsättas för högre spänning än 1000 V. Rita upp en graf och jämför med figur

2. Välj en arbetsspänning mitt på platån. Sedan har du den hela tiden, dvs. använder

inte mer funktionen Step Voltage.

2. Bestämma radioaktiv skadepåverkan (absorberad dos)

Sönderfallet av 137Cs sker huvudsakligen enligt diagrammet nedan. Preparatet ger alltså

- (maximal energi 514 keV) åtföljt av - kvanta (energi 662 keV) .

En del av - - partiklarna stoppas av kapselns material och av plastlådans lock varför vi

enbart räknar med att vi utsätts för - strålningen. För att inte betastrålningen skall störa

vår mätning lägger vi ett l mm tjockt aluminiumbleck mellan preparat och GM-rör.

I aluminium är halvvärdestjockleken för gammastrålning med energi 662 keV ung. 30

mm varför vi inte behöver räkna med någon nämnvärd reduktion av gammastrålningens

intensitet. (Den beräkning vi gör här är ju mycket grov och skall bara ses som en

uppskattning av dosens storleksordning.) Ett GM-rör har mycket låg effektivitet för

gammastrålning. Endast omkring 1 % av de kvanta som genomkorsar röret leder till en

puls som kan registreras.

20

1. Lägg plastlådan ned kapseln på bordet under röret. För att beräkna preparatets

aktivitet behöver du utöver den nämnda låga effektiviteten 1 % känna diametern

hos GM-rörets fönster, som är 3 cm, samt preparatets avstånd till fönstret, som du

kanske t o m kan uppskatta med ögonmått (Se exemplet på

strålskyddsberäkning!)

2. Lägg aluminiumblecket mellan preparat och GM-rör. Gör en mätning vid

arbetsspänningen. Du märker att antalet registreringar under en sek varierar

ganska mycket. (Jfr uppgift 3.) Det kan vara lämpligt att mäta under längre tid för

att få ett medelvärde på antalet pulser/sek.

Beräkna preparatets totala aktivitet.

A = ________________________ MBq.

Ledtråd: Tag reda på rymdvinkeln för detektorfönstret (förberedelseuppgift 4).

Formeln nedan anger gammastrålningens verkan från en extern punktkälla, uttryckt i

mGy/h, på ett visst avstånd från preparatet när dess aktivitet angivits i MBq.

𝐷𝜎 (𝑚𝐺𝑦

ℎ) =

Γ

3700

𝐴𝜎(𝑀𝐵𝑞)

𝑑2(𝑚)

Här är Γ = 0.31 vilket motsvarar en skalfaktor för gammaenergin tillhörande 137Cs, 𝐴𝜎

är aktiviteten gammastrålning som träffar ytan 𝜎 och 𝑑 är avståndet till preparatet.

Beräkna din absorberade dos på l m avstånd från preparatet (antag att du har en total

träffyta på 1 m2).

𝐷𝛾 = ________________________ mGy/h

Ledtråd: Tag reda på rymdvinkeln för din träffyta.

l mGy är den genomsnittliga dos vi får från bakgrundsstrålningen under ett år, så beräkna

för jämförelsens skull även årsdosen (~9000 h).

Anm: Vårt sätt att räkna ut aktiviteten ovan ger ett för högt värde. Många

gammakvanta går in i blykapslingen och sprids sedan in genom rörets mantelyta.

Rörets effektiva yta är därför större än den vi räknat med. Skulle vi ta bort

blykapslingen skulle vi alltså mäta färre pulser från preparatet. Detta är något man

bör tänka på även då man använder bly som strålskydd för människor. Ett

ofullständigt blyskydd kan öka i stället för minska dosen då man utsätts för

gammastrålning.

21

Beräkna din absorberade årsdos.

𝐷𝛾 = ________________________ mGy/år

3. Undersökning av sönderfallets statistiska natur

För att undersöka de statistiska fluktuationerna placeras ett preparat 137Cs på lämpligt

avstånd. Olika avstånd ger olika värde på N (varför då?). Ställ in analysatorn så att Du

mäter under t ex 10 sekunder. Ni anger alltså antalet pulser på 10 s. Kör förslagsvis 100

runs och återge resultatet som ett histogram. Ju fler mätningar Du gör desto bättre bör

histogrammet likna en poissonfördelning. En egenskap hos poissonfördelningen är att

standardavvikelsen, s, ges direkt ur sambandet D = m, där m är medelvärdet av antalet

pulser. Det är intressant att approximativt bekräfta detta samband när vi nu har tillgång till

en serie oberoende händelser och en automatisk räknare.

Redovisning 1. Redovisa den uppmätta karakteristikan. Sätt ut det statistiska felet. Ange vald

arbetsspänning. Beräkna relativa lutningen och bestäm GM-rörets f-värde.

2. Ange uppskattad dödtid, härled formeln för verklig räknehastighet (3) och dötiden (5),

och uppskatta felet.

3. Beräkna absorberad dos från 137Cs preparatet på 1 m avstånd under 1 år (~9000 h).

Jämför med årsdosen från den naturliga bakgrundsstrålningen.

4. Beräkna medelvärde och standardavvikelse för den statistiska fördelningen. Rita ett

histogram över den experimentella fördelningen. Rita i samma diagram en

normalfördelning med det experimentellt bestämda medelvärdet som medelvärde.

Beräkna D = m. Beräkna hur många procent av antalet mätvärden som hamnade i

intervallet m 1.65s (90 % konfidensnivå). Kontrollera att Du har ungefär 90 % av

mätvärdena i detta intervall.

22

3a: -ABSORPTION

Målsättning

Att studera -strålning med hjälp av en ytbarriärdetektor. Studium av hur -partiklarnas

energi avtar i luft. Mätning av tjockleken hos ett aluminiumfolium med hjälp av -

partiklarna.

Teori

Att sända ut joniserande strålning är ett sätt för instabila atomkärnor att göra sig av med

överskottsenergi. För vissa (vanligtvis tunga) kärnor kan det vara fördelaktigt att sända ut

-partiklar. Energierna hos de utsända -partiklarna visar sig vara diskreta, dvs. endast

några få värden på alfaenergin förekommer.

Figur 1 visar ett sönderfallsdiagram för 235U. Dotterkärnan är vanligen exciterad, vilket

innebär att -partiklarna får olika energier. Längst till höger finns angivet den procentuella

fördelningen för de förekommande alfaenergierna.

Figur 1 Sönderfallsdiagram för 235U

0,448

0,387

0,337

0,279

0,234

0,204

0,185

0,097

0,042

0

235 92 U

0,5%

5,7%

0,6%

3,4%

18%

57%

4%

1,2%

3,7%

4,6%

62 0

.021

38 0

.180

500.

204

43 0

.204

43 0

.163

14 0

.110

83 0

.185

17 0

.143

A Z X =

23

Förberedelseuppgift 1

Ange en allmän reaktionsformel för en kärna med kärnladdning Z som undergår -

sönderfall.

ZA

X __________________

Fyll också i rätt grundämnesbeteckning på dotterkärnan i figur 1.

Detektorn

Den detektorn du ska använda är en ytbarriärdetektor, som alltså kan detektera och

bestämma energin hos laddade partiklar. Den består av en n-dopad kiselkristall, i vars ena

yta ett ytterst tunt (1m) p-dopat skikt har skapats i en etsningsprocess. På detta skikt har

en tunn (40 g/cm2) guldkontakt förångats. Med positiv polaritet på n-skiktet blir

detektorkristallen en backspänd diod. I n-skiktet fås då ett område utarmat på

laddningsbärare. Tjockleken på detta utarmningsområde bestäms av den pålagda

spänningen och halvledarens resistivitet. Eftersom -partiklarnas räckvidd är kort, krävs

endast ett tunt utarmningsområde, men vid mätning på -partiklar måste det vara betydligt

tjockare (storleksordningen mm). Den detektor du ska använda har ett utarmningsområde

som är ungefär 500 m djupt.

Principen för detektorns funktion framgår av figur 2. Då den laddade partikeln bromsas

upp i utarmningsområdet skapas elektron-hål-par, som kommer att ge upphov till en

strömpuls. Om utarmningsområdet är tillräckligt tjockt kommer partikelns hela kinetiska

energi att avlämnas och ge upphov till ett motsvarande antal elektron-hål-par, varvid den

erhållna strömpulsens storlek blir strikt proportionell mot partikelns energi.

Figur 2 Skiss över ytbarriärdetektorn

U

Laddad partikel

R

Signal

Guldkontakt

p-dopat skikt

n-dopad Si-kristall

utarmningsområde

24

Förberedelseuppgift 2

Den radioaktiva isotopen som undersöks är 241Am.

1. Skriv ner reaktionsformeln med hjälp av nuklidkartan (se Appendix).

2. Beräkna med hjälp av de angivna nuklidmassorna (se Appendix) den frigjorda

energin vid sönderfallet.

3. Beräkna alfaenergierna för de två vanligaste förekommande sönderfallen.

4. Hur många och vilka alfaenergier kan man förvänta sig utgående från nuklidkartan?

Uppgift 4a.1: Bromsförmågan i luft för -partiklar

Detektorn är kopplad till datorprogrammet WinDas som hittas på skrivbordet. Innan försök

påbörjas, kontrollera att detektorskyddet är insatt, om inte finns risk att preparat skjuts för

långt in och skadar detektorn.

Ställ förstärkaren i läge och starta datainsamlingen. Stoppa efter några sekunder. Drag ut

preparatet 0,5 cm. Starta insamlingen och stoppa när toppen i spektrumet blivit ungefär liks

stor som den första. Upprepa förflyttning av preparat och datainsamling ytterligare några

gånger.

För varje mätning, avläs kanalvärdet för toppen i spektrumet (centroiden) och för in

resultatet i tabell 1 tillsammans med avståndet mellan källa och detektor. Till de uppmätta

avstånden måste adderas 1,1 cm, som är avståndet mellan källa och detektor när källan är

inskjuten så långt som möjligt.

Tabell 1

Topp Avstånd (cm) Centroid

(kanaler)

1

2

3

4

5

6

Använd data från tabell 1 och rita ett diagram över centroiden som funktion av avståndet.

Anpassa en kurva så bra som möjligt till punkterna och extrapolera den till y-axeln. Längs

y-axeln kan vi nu göra en energiskala om vi låter skärningspunkten motsvara -energin

avläst i nuklidkartan och förutsätter att ”kanal 0” motsvarar ”energi 0”.

Beräkna genom att extrapolera kurvan i ditt diagram till x-axeln hur lång räckvidden är i

luft för dessa -partiklar.

Räckvidden i luft = _________________________

25

Riktningskoefficienten för kurvan ger energiförlusten per längdenhet, dE

dx, som också

kallas bromsförmåga. Beräkna bromsförmågan för luft i din energikalibrerade graf vid α-

energin 3,0MeV. Jämför med vad man avläser ur Appendix, som visar energin för en

proton. Eftersom en α-partikel består av två protoner och två neutroner, som har

jämförbara massor, kan man anta att α-strålningen stoppas fyra gånger mer än en proton,

men vid en fjärdedel av energin för en proton.

Beräkna sedan bromsförmågan vid olika avstånd i din energikalibrerade graf och för in

värdena i tabell 2. Rita sedan ett diagram över bromsförmågan som funktion av avståndet,

den s.k. Braggkurvan.

Bromsförmågan = __________________ (experiment)

Bromsförmågan = __________________ (ur diagram)

Tabell 2

Avstånd (cm) dE

dxMeV / cm

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Som du ser varierar bromsförmågan med avståndet som -partiklarna färdats. Ju lägre

rörelseenergi de har desto större bromsförmåga. Ökningen av bromsförmågan i slutet av

partikelbanan syns i diagrammet som den s.k. Braggtoppen. I slutet av partikelbanan avges

alltså mycket energi per längdenhet och det är detta som utnyttjas inom strålterapi för att

skada en tumör maximalt men samtidigt skona omgivande vävnad.

Uppgift 4a.2: Beräkning av tjockleken hos ett aluminiumfolium

Placera 241Am-preparatet inskjutet så långt som möjligt. Samla data några sekunder. För in

ett aluminiumfolium (monterat i absorbatorhållaren) mellan källan och detektorn. Samla

data några sekunder. Tag reda på centroiderna för de två topparna i spektrumet.

26

Tabell 3

Topp Centroid

(kanaler)

Energi

(MeV)

1

2

Ur diagram 2 i Appendix över energiförlusten för -partiklar i aluminium avläses: dE

dx=__________________ för E = medelvärdet _______________(av energierna ovan).

Beräkna tjockleken av foliet enligt metoden i uppgift 3a.1. (Antag att densiteten är x

mg/cm2. Obs! Enheten! Energiskillnaden E2 - E1 kan sättas lika med dE

dxx ).

Aluminiumfoliets tjocklek = _____________________________

27

3b. STRÅLNING

Målsättning

Att studera -strålning med hjälp av halvledardetektor. Med hjälp av spektrum över

konversionselektronernas energi bestämma energidifferensen mellan K- och L- skalen i

atomens elektronhölje.

Teori

Vissa atomkärnor är instabila beroende på att dess sammansättning av protoner och

neutroner inte är den optimala, utan kärnan kan sänka sin energi genom att omvandla en

neutron till en proton enligt följande reaktionsformel:

n p . (1)

Den totala laddningen är oförändrad genom att protonens positiva laddning uppvägs

genom bildandet av en -partikel (elektron). Dessutom bildas ytterligare en partikel, en

antineutrino.

Det finns också kärnor där det omvända sker; en proton omvandlas till en neutron, enligt

följande:

p n

där +-partikeln är en positron (elektronens antipartikel).

Dessutom kan en del kärnor fånga in en elektron från de innersta K-skalen. Dessa

elektroner når väldigt nära kärnan i sina banor och har därför relativt stor chans att fångas

in av en proton i kärnan. Denna process kallas elektroninfångning och resulterar i att en

proton övergår till en neutron.

p e n

Den energi som frigörs vid -sönderfallet återfinns som kinetisk energi hos de bildade

partiklarna och den fördelas godtyckligt mellan dem. Betaenergin kan alltså anta värden

mellan 0 och den maximala energin, som är lika med den i reaktionen frigjorda energin.

Om dotter-kärnan bildas i sitt grundtillstånd blir den frigjorda energin lika med Q-värdet

för sönderfallet.

Figur 3 visar hur 137Cs -sönderfaller. Dotterkärnan kan efter sönderfallet vara i sitt

grundtillstånd, men vanligtvis är den i ett exciterat tillstånd med en energi 0,662 MeV över

grundtillståndet. Denna överskottsenergi sänds antingen ut som -strålning eller genom s.k.

konversion. Det senare innebär att kärnans överskottsenergi överförs till en elektron i

elektronhöljet som sänds iväg med en energi av 0,662 MeV minus elektronens

bindningsenergi.

28

Figur 3 Sönderfallsdiagram för 137Cs

Förberedelseuppgift 1

1. Ange reaktionsformeln för 137Cs som undergår -sönderfall.

55137

Cs__________________

2. Fyll också i rätt grundämnesbeteckning på dotterkärnan i figur 3.

3. Beräkna den frigjorda energin i sönderfallet, det s.k. Q-värdet.

4. Beräkna den maximala energin för -partiklarna när dotterkärnan lämnas i

– grundtillståndet

– det exciterade tillståndet

5. Beräkna energin för den konversionselektron som härrör från K-skalet, om

bindningsenergin för K-skalet är 37,4 keV.

Utförande

Placera 137Cs-preparatet i detektorlådan. Detektorn kan användas till att detektera både –

partiklar och -partiklar. Detektorn ska nu med hjälp av en omkopplare på utrustningens

baksida vara inställd i -läge. Tag upp ett spektrum, mättid minst 5 minuter. Ett -

spektrum karakteriseras av den kontinuerliga fördelningen för betaenergin. Spektrumet för 137Cs domineras av de -partiklar som sänds ut till det exciterade tillståndet, eftersom

93,5% av sönderfallen går den vägen.

Längst till höger i spektrumet syns ett par diskreta toppar (en stor och till höger om den en

mindre). Dessa härrör från konversionselektronerna som sänds ut då kärnan i det

exciterade tillståndet återgår till grundtillståndet vid deexcitation av det exciterade

tillståndet med energin 0,662 MeV.

Gör en energikalibrering av -spektrumet med hjälp av 'K-toppen' förutsatt att kanal 0

motsvarar 0 MeV. Beräkna därefter energin för konversionselektronerna från L-skalet och

137 55Cs

A Z X =

0,662

0

93,5%

6,5%

30,0 y

29

bindningsenergin för L-elektroner.

Beräkna i spektrumet maximala betaenergin från sönderfallet till de exciterade tillståndet

genom att ”extrapolera” den högra kanten av den breda fördelningen ner till energiaxeln.

Jämför med värdet från förberedelseuppgiften.

Dessutom, förstora för höga energier. Vad ser du där?

30

Appendix

1. Några intressanta atommassor

2. Sönderfallsschema för 241Am

3. Energiförlust för -partiklar

4. Hantering av radioaktiva preparat

Appendix 1: Några intressanta atommassor

Isotop Atommassa (u)

24

He 4,002602

55137

Cs 136,907073

56137

Ba 136,905812

93237

Np 237,048168

95241

Am 241,056823

31

Appendix 2: Sönderfallsschema för 241Am

(från 'Table of Isotopes', Seventh Edition, Wiley Interscience Publication, 1978)

32

Appendix 3: Energiförlust för -partiklar

dE

dx

E 4

dE

dxproton

E

4

Energiförlust i kväve

Energiförlust i aluminium

33

Appendix 4: Hantering av radioaktiva preparat

1. Allmänt

Samtliga preparat som används i undervisningen är väl inkapslade men en ansvarsfull

hantering av dem krävs så att skador helt kan undvikas.

Varje student skall ta del av denna information och på bilaga intyga detta med sin

namnteckning innan laborationer med radioaktiva preparat får påbörjas.

Ett radioaktivt preparats styrka vid omvandling från moder- till dotteratom anges av dess

aktivitet

n = -dN/dt = N = antal sönderfall per sekund (dN < 0 ty minskning)

där N = antal atomer och = sönderfallskonstant,

med = ln2/ T1/2 och T1/2 = halveringstid.

Aktiviteten anges i enheten Becquerel, Bq (1 Bq = ett sönderfall / sekund). En äldre enhet

är Curie, Ci (1 Ci = 37 x 109 Bq).

Radioaktiva atomer utsänder joniserande strålning i form av - ,- och - strålning eller

kvanta.

= heliumkärna räckvidd i luft 7 cm varefter två elektroner

infångats och en neutral heliumatom bildats).

= elektron

= elektromagnetisk strålning (på grund av kärnomvandling, jfr ljus respektive

X-ray)

Vid omvandlingen från moder- till dotterkärna utsändes ofta fler kvanta än antalet

modersönderfall beroende på att dotterkärnan ej direkt bildas i stabilt läge. Om

sönderfallsschemat ser ut på följande sätt:

moder

dotter

så utsändes två -kvanta per moder- dottersönderfall. Mer komplicerade sönderfallsschema

är mycket vanliga. Om preparatstyrkan är 10 mCi så utsändes > 3,7 x 105 -kvanta per

sekund. Vid en -detektion anges normalt den totala aktiviteten av antalet -kvanta

per sekund mot detektorn. Det detekterade antalet -kvanta beror på typ av detektor och

rymdvinkel mot detektorn men också på i vilken riktning de olika -kvanta utsändes i

förhållande till varandra.

34

2. Strålningsdoser och enheter

Först några definitioner:

Den i ett ämne absorberade energin eller dosen anges i enheten Grey, Gy

1 Gy = 1 J/kg (äldre enhet är rad 1Gy = 100 rad).

För att få ett mått på dosens farlighet måste den multipliceras med en faktor Q och för den

ekvivalenta dosen används enheten Sievert, Sv.

Q = 20 för - strålning

Q = 1 för - och - strålning (äldre enhet är rem 1 Sv = 100 rem).

För -strålning används normalt begreppet exposition, som anges med enheten ”röntgen”*)

istället för dos varvid gäller:

1 mR/h 0,05 mSv/y ( verkande under ett år) eller 1 R 0,01 Sv.

Vid kärnreaktioner kan dessutom neutroner utsändas. Denna n -strålning kan ej detekteras

med t ex en -detektor på grund av att neutronerna är oladdade. n -strålningen är starkt

penetrerande och stoppas ej av blyskydd men den kan ge upphov till nya kärreaktioner.

Våra neutronkällor utstrålar både n -strålning och -strålning.

Den som utsätts för joniserande strålning (inklusive n -strålning) kan få bestående skador

i träffade celler. Vid låga doser ( 50 mSv/år) krävs normalt många års bestrålning innan

allvarliga skador uppstår. En momentan stor dos ger större skador än om samma dos

erhålles via kontinuerlig bestrålning.

Här följer några exempel på årliga doser (gällande normer är inramade):

25 mSv max -nivå tillåten för den som arbetar i joniserande strålningsmiljö

25 mSv ger samma risk som om man röker 1 cigarett per dag.

12 mSv nivå uppnås i ett radonhus om dess luft ger 400 Bq/m3 av radongas (=

gräns för sanitär olägenhet i Sverige).

7 mSv normaldos i Sverige (total bakgrund inklusive medeldos från radon).

6 mSv radonhalt på 200 Bq/ m3 (maximal nivå i nybyggda hus).

3 mSv erhålles från -strålning av nivån 60 mR/h tex. från en ”blå-Ytongvägg”.

(Byggnadsmaterial i våra bostäder får ha en -nivå på högst 50 mR/h och ge en

radonhalt på maximalt 200 Bq/m3 dvs. en dos på 6 mSv /år).

1 mSv naturlig bakgrund (från kosmos, mat och mark men exklusive dos från

radon).

*)Röntgenstrålning är elektromagnetisk strålning alstrad utanför atomkärnan, främst via

övergångar i elektronhöljet. Enheten röntgen definieras som den mängd elektromagnetisk

strålning som i 1 cm3 torr luft (NTP) bildar 2,083*109 jonpar eller 1 R= 2,58-4 C/kg.

Strålskyddsinstrument är numera vanligen graderade i enheten Sv/h.

35

3. IFM:s preparat

Vid laborationer med användning av de radioaktiva preparat som finns vid IFM gäller

följande expositions- och dosnivåer:

n-källor (2st) ger 60 mR/h -strålning på avståndet 1,5 m. Dessutom

vardera 1 Ci241Am n -strålning (0,2 Sv/h Am-Be) med ungefär samma

T1/2=432 år riskavstånd som för -strålningen. På detta avstånd kan

risknivån jämföras med den som maximalt gäller intill en

”blå-Ytongvägg”. (Dess -strålning ger 3 mSv/år om man

befinner sig intill väggen hela året). Den totala dosen under

en laboration blir, som framgår av tabellen ovan, mycket

mindre än den naturliga bakgrunden som är 1 mSv/år.

OBS! Rakt upp finns ett hål för laborationsprov. Där är förstås risknivån större men om

man enbart lämnar och hämtar prov, utan att luta sig direkt över hålet, är den totala risken

mycket liten.

1 -preparat (< 1 mCi 137Cs) Den kollimerande -strålningen ger 60 mR/h på

inbyggt i kollimerande avståndet 1,5 m. I övriga riktningar erhålles

mässingskydd märkt med denna nivå på avståndet 40 cm (= ”blå-Ytongnivå”).

radiaktejp.

Övriga preparat finns inlagda i dubbla små plastkapslar (för att undvika kontaminering på

yttre kapselns yta). Dessa förvaras sedan i plastaskar (6 cm x 2 cm). normalt bör man ej

öppna plastaskarna men man skall hantera dessa med tång. Varje student kan kontrollera

preparatstyrkan med hjälp av den monitor som finns i radioaktivitetsrummet (H301). Då

detta instrument ger nivån 3 Imp/s motsvarar det 60 mR/h.

3 st 137Cs – preparat ger 60 mR/h på avståndet 1,5 m.

T1/2= 30 år OBS! Om kapslarna i någon laboration måste tas

Förvaras i skyddande ur plastaskarna skall tång användas.

gulmålad blylåda försedd

med radiaktejp

(gulmålningen är till för att

skydda mot handberöring av blyet).

2 st övningspreparat ger 60 mR/h på avståndet 1 m.

(märkta ”okänt”) OBS! Om kapslarna i någon laboration måste tas

Förvaras i skyddande ur plastaskarna skall tång användas.

gulmålad blylåda försedd

med radiaktejp

Alla övriga preparat är svagare och uppnår maximalt ”blå-Ytong-nivå” på avståndet 30

cm.

På samtliga laborationsplatser intill radioaktivitetsrummet är - nivån högst 40 mR/h (som

intill medelstrålande blå Ytongvägg).

Ansvarig för fysikavdelningens radioaktiva preparat Hasan Dzuho.