3.3.1. Снимите крышку-фильтр 4, переведите движки кодового переключателя S4 в положения, показанные на рис. 6.4 и установите крышку-фильтр на прежнее место.
3.3.2. Переведите тумблеры S2 и S3 в верхнее положение («РАБ.» и «´0,01 ´0,01 ´200» соответственно).
3.3.3. Поднесите прибор к исследуемой поверхности, поместив между ними пластмассовую упаковку. Включите прибор тумблером S1, установив его в положение «ВКЛ.»
Рис. 6.4. Положение движков кодового переключателя
3.3.4. Снимите показание прибора jф с закрытой крышкой-фильтром. Запишите показание прибора в табл. 6.5. Повторите измерения пять раз (n = 5). Найдите среднее значение 
.
3.3.5. Выключите прибор тумблером S1.
3.3.6. Снимите заднюю крышку-фильтр 4 и установите прибор над исследуемой поверхностью (между ними пластмассовая упаковка прибора).
3.3.7. Включите прибор тумблером S1. Запишите показание прибора (jи) в табл. 6.5. Повторите измерения пять раз (n = 5). Найдите среднее значение 
.
3.3.8. Определите величину степени загрязнения поверхности бета-излучающими радионуклидами и найдите плотность потока j бета-излучения с поверхности, по формуле
, (6.13)
где j – плотность потока бета-излучения с поверхности, частиц/(см2×мин); K 1 – коэффициент, равный 0,01; – показание прибора со снятой крышкой; – показание прибора с закрытой крышкой.
Пример. Показание прибора с закрытой крышкой – 18 (значащая часть числа 0018), показание прибора со снятой крышкой – 243 (значащая часть числа 0243). По формуле определим результат измерения плотности потока бета-излучения:
j = 0,01×(243 – 18) × 60 = 135 b-частиц/(см2×мин).
3.3.9. Результаты измерений и расчетов занесите в табл. 6.5.
3.3.10. Полученный результат сравните с допустимыми уровнями радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей бета-активными радионуклидами (прил. 7).
Контрольные вопросы
1. Что такое ионизация и ионизирующее излучение?
2. Назовите виды излучений (их состав).
3. В чем различие механизмов непосредственной и косвенной ионизации вещества излучением?
4. Дайте определение линейной плотности ионизации (ЛПИ). Приведите значения ЛПИ, скоростей, пробегов в воздухе и органической ткани для альфа-, бета- и гамма-излучений.
5. Дайте определения основных дозиметрических величин и их единиц.
6. Для чего вводится взвешивающий коэффициент (коэффициент качества излучения)? Чему он равен для основных видов излучения?
7. Для чего вводится взвешивающий коэффициент (коэффициент радиационного риска) для тканей (органов)?
8. Поясните связь между дозиметрическими и радиометрическими величинами.
9. Как и какие дозиметрические и радиометрические величины можно измерить прибором РКСБ-104?
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 7
Бета-радиометрия
Цель работы: ознакомление с процессами бета-распада, свойствами бета-активных радионуклидов; определение удельной активности образцов и анализ образца из смеси радионуклидов.
1. Основные теоретические положения
Самопроизвольное превращение ядер с испусканием элементарных частиц или их групп называется радиоактивным распадом. Если радиоактивный распад сопровождается испусканием альфа-частиц, то он называется альфа-распадом, бета-частиц – бета-распадом. Альфа- и бета-распад обычно сопровождается излучением фотонов (гамма-квантов).
Бета-распадом называется самопроизвольное превращение нестабильных ядер, которое сопровождается излучением (или поглощением) электрона и антинейтрино, или позитрона и нейтрино.
Нейтрино – легкая (возможно, не имеющая массы) стабильная элементарная электрически нейтральная частица. Антинейтрино – античастица для нейтрино.
Известны три вида бета-распада: b– (электронный), b+ (позитронный) и электронный (или K -) захват (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Виды бета-распада
| Вид распада | Схема распада | Энергетическое условие распада |
| b– |  
|  > 
|
| b+ | 
| > 
|
| K -захват | 
|  > 
|
Примечание. A – массовое число; z – зарядовое число (порядковый номер в периодической таблице элементов); Х и Y – символы химических элементов; М – масса ядра; me – масса электрона; v и 
– символы нейтрино и антинейтрино.
Бета-частицы рождаются при радиоактивном распаде, причем бета-распад – процесс внутринуклонный, при котором в ядре распадается один нуклон.
В результате электронного бета-распада активным является свободный нейтрон, распадающийся на протон, электрон и антинейтрино. При этом исходное ядро превращается в новое ядро, масса которого остается прежней, а заряд увеличивается на единицу:
.
Позитронный бета-распад приводит к образованию ядра с прежней массой и зарядом, уменьшенным на единицу. При позитронном распаде в ядре распадается одиночный протон с образованием нейтрона, позитрона и нейтрино:
.
Позитрон стабилен, но в веществе существует лишь короткое время (доли секунды) из-за аннигиляции с электронами.
При электронном захвате ядро поглощает один из электронов, расположенных на внутренних орбитах атома (чаще K -слоя).
.
Место захваченного электрона сразу же занимается электроном с более высокого уровня, при этом испускается рентгеновское излучение. Таким образом, при всех видах бета-распада массовое число A остается без изменения, а зарядовое число Z отличается от исходного на DZ = ±1.
Типичные представители бета-активных ядер: калий-40, стронций-90, цезий-137 (первый из них – естественного происхождения, два других – результаты аварии на Чернобыльской АЭС).
Схема распада 
приведена на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Схема распада изотопа калия-40
Его период полураспада (Т1/2 = 1,4 × 109 лет) сравним со временем жизни солнечной системы (~4,6 × 109 лет). Главный канал распада (его доля 88,8%) – электронный бета-распад в основное состояние 
с граничной максимальной энергией Е 0 = 1321 кэВ.
На долю K -захвата приходится 11% распадов и на долю позитронного распада – 0,16%. Содержание изотопа в природном калии составляет 0,012%, а удельная бета-активность природного калия около 3×104 Бк/кг.
Ядра цезия-137, наряду с бета-частицами, испускают гамма-кванты с энергией 661 кэВ (рис. 7.2).
Стронций-иттриевый источник является чистым бета-излучателем; он содержит два компонента с граничными максимальными энергиями 546 кэВ и 2274 кэВ соответственно (рис. 7.3).
Рис. 7.2. Схема распада ядра Рис. 7.3. Схема распада ядра
цезия-137 стронция-90
Бета-радиометрия имеет свои особенности. Они обусловлены непрерывным энергетическим спектром бета-частиц и небольшой длиной пробега в жидких и твердых веществах.
Из-за непрерывного спектра для идентификации бета-излучателя необходимо измерить энергетическое распределение бета-частиц и построить график Ферми – Кюри для определения граничной энергии Е 0. С этой целью применяются бета-спектрометры – приборы сложные и дорогие. Поэтому для радиометрии типична ситуация, когда заранее известны возможные распадающиеся элементы и нужно измерить удельную активность (Ки/кг и Ки/л) или поверхностную активность (частиц/(см2 × с); Ки/км2) для конкретного изотопа. Измерение активности может быть выполнено абсолютным или относительным методом (см. лаб. раб. № 5). Абсолютный метод требует знания довольно большого числа поправочных коэффициентов и специально изготовленного источника (проводятся в условиях сферической геометрии). В относительном методе применяются эталонные источники с известной удельной активностью выбранного изотопа, по составу, весу и форме близкие к изучаемой пробе.
Пробег бета-частиц с непрерывным энергетическим спектром может характеризоваться величиной максимального пробега R max (минимальная толщина поглотителя, при которой полностью задерживаются все бета-частицы). Потери энергии бета-частиц пропорциональны числу n электронов в единице объема вещества, а величина n = N A Z r / A (где N A – число Авогадро; Z – атомный номер; А – массовое число; ρ – плотность) и примерно одинакова для слоев вещества разной толщины, но одинаковой массы.
Поэтому толщину поглотителя (и пробеги) принято выражать значением массы на единицу площади (г/см2). Обычно измеряют максимальный пробег бета-частиц для алюминия (R A1); для другого вещества R = R A1(Z / A)A1 / (Z/A). Между граничной энергией (R max, г/см2) бета-спектра и максимальным пробегом (Е max, МэВ) имеются эмпирические соотношения, например:
, (7.1)
где 0,05 < Е max < 3 МэВ.
Представление о толщинах алюминиевых поглотителей, задерживающих бета -частицы с различными Е max, дает табл. 7.2.
Таблица 7.2