Файл: РадБезЛР.pdf

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕТА-АКТИВНОСТИ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ МЕТОДОМ РАДИОМЕТРИИ ИХ ЗОЛЬНЫХ ОСТАТКОВ

Цель работы:освоение методики определения бета-активности радиоактивных материалов путем радиометрии их зольных остатков с использованием радиометра РУБ-91.

1. Основные теоретические положения

Характеристикой источников ионизирующих излучений является их активность. При определении активности различных видов продукции растительного и животного происхождения широко используется радиометрия их зольных остатков при малых значениях удельной активности исследуемых проб, когда определение активности сырых проб оказывается неэффективным или даже невозможным. При озолении исследуемых проб нелетучие радионуклиды концентрируются в малых объемах, что упрощает их радиометрию и в значительной мере повышает точность измерений.

Отношение массы озоленной пробы mз к ее массе m в сыром виде на-

зывают коэффициентом озоления q:

q = mз / m.

Удельная активность исследуемой сырой пробы

где Аз – активность зольного остатка, Бк/пробу.

Активность золы определяется относительным (сравнительным) и абсолютным методом.

Относительный метод используется при исследованиях активности зольных остатков, имеющих массу 0,2–0,3 г. Этот метод основан на сравнении скорости счета импульсов, регистрируемых от эталона υэт (источника с известной активностью Аэт) и озоленной пробы υз , активность которой неизвестна.

Отношение скоростей счета:

78

Для измерений принимается эталон, имеющий такой же радионуклидный состав, как и исследуемая проба.

В качестве эталона при определении бета-активности продукции растительного и животного происхождения в зависимости от радионуклидного состава проб применяют стандартные источники излучения:

9038Sr 9039Y ; 13755 Cs или другие бета-излучатели с известной активностью. При отсутствии стандартных источников для бета-радиометрии мяса, овощей, фруктов, крупы и т. д. в качестве эталона используют хлористый калий. Природный калий, содержащийся в KCl, состоит из стабильного 3919 K

(99,9881%) и радиоактивного 4019 K (0,0119%). Калий-40 является бета- и

гамма-излучателем. Схема распада K-40 приведена на рис. 7.2.

При измерениях скорость счета импульсов υ и активность Аn радиоактивного источника с учетом самопоглощения излучения совпадают. Такие измерения лежат в основе абсолютного метода определения активности проб. Этот метод используется в бета-радиометре РУБ-91.

В результате Чернобыльской аварии в природную среду были вы-

брошены искусственные долгоживущие бета-излучатели 238 24194 Pu , 13455 Cs ,

13755 Cs , 9038Sr и др., наибольшую биологическую опасность представляют радионуклиды цезия и стронция. Эти элементы по химическим свойствам близки калию и кальцию.

Цезий – химический аналог калия. Активно всасывается корневой системой растений и их наземной частью. В организм животных цезий попадает с кормами, водой и воздухом. С загрязненными продуктами питания, водой и воздухом радиоактивный цезий поступает в организм человека и распространяется по всему телу. Накапливается цезий в мышечной ткани, печени и легких.

Стронций состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами A 84, 86, 87 и 88. В число продуктов деления входят два радио-

изотопа стронция: долгоживущий 9038 Sr (Т1/2 = 29,12 лет) – бета-излучатель с энергией 546 кэВ и короткоживущий 8938Sr (Т1/2 = 50,5 сут) – бета-

излучатель с энергией 1463 кэВ.

Стронций по своим химическим свойствам близок к кальцию. Через корневую систему и наземную часть растений он поступает во все части растения. Пути поступления стронция в организм животных и человека такие же, как у цезия. Особенностью действия является то, что он накапливается в костной ткани, остается там длительное время и вызывает саркомы костей. Стронций-90 очень медленно выводится из организма, для него

79

биологический период полувыведения составляет около 50 лет.

При взаимодействии бета-частиц с веществом происходит ионизация

ивозбуждение атомов, при этом бета-частицы передают атомам свою кинетическую энергию и рассеиваются. Потеря бета-частицей энергии при каждом акте взаимодействия с веществом сопровождается уменьшением ее скорости до тепловой скорости движения вещества.

Отрицательная бета-частица при этом либо остается в виде свободного электрона, либо присоединяется к нейтральному атому или положительному иону, превращая первый в отрицательный ион, а второй – в нейтральный атом.

Положительная бета-частица (позитрон) в конце своего пути, сталкиваясь с электроном, соединяется с ним и аннигилирует (самоуничтожается). В процессе аннигиляции электрон и позитрон перестают существовать как вещественные частицы и превращаются в два гамма-кванта с энергией 0,511 МэВ каждый.

Многократные изменения направления бета-частицы при ее взаимодействии с веществом приводят к тому, что глубина проникновения (длина пробега) ее в вещество оказывается значительно меньше истиной длины пути бета-частицы в веществе, а ионизация носит объемный характер.

Ионизирующая способность бета-излучений зависит от энергии бе- та-частиц. Каждый радиоактивный источник бета-излучений испускает частицы различной энергии – до 3 МэВ у естественных и до 15 МэВ у искусственных радионуклидов. Имея во много раз меньшую массу, чем аль- фа-частица, бета-частица приобретает значительно большие скорости. Так как заряд бета-частицы в два раза меньше, чем альфа-частицы, взаимодействие электрического поля бета-частицы с электронами атомов в два раза слабее, чем альфа-частицы и значительно кратковременное.

Средняя величина удельной ионизации – линейная плотность ионизации – в воздухе зависит от энергии бета-частиц и составляет 100–300 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег в воздухе достигает нескольких метров, в биологической ткани – сантиметры, в металлах – десятки микрометров. Скорость движения бета-частиц в воздухе близка к скорости света (250 000–270 000 км/с).

Вклад различных радионуклидов в суммарную активность растений

иживых организмов на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению, зависит от физико-химических свойств почвы, плотности загрязнения, вида растений, структуры питания.

При радиометрическом определении суммарной бета-активности заключение о содержании в исследуемой пробе искусственных радионукли-

80

дов следует делать после сопоставления полученных значений с ее естественной активностью, обусловленной наличием калия-40.

Подготовка проб для проведения бета-радиометрического анализа осуществляется согласно Государственному стандарту Республики Беларусь «Радиационный контроль. Отбор проб пищевых продуктов» (Минск: Госстандарт, 1998).

Пробы растительных пищевых продуктов вымывают, очищают и нарезают навесками по 0,5–2,0 кг, помещают в сушильный шкаф и высушивают при 100–120 С. Сухие пробы в фарфоровых чашках нагревают на электроплитке или под инфракрасной лампой до полного обугливания. Пересыпают в фарфоровые тигли и помещают в муфельную печь для озоления при 400 С.

Для подготовки проб продуктов животного происхождения мясо отделяют от костей и нарезают мелкими кусками. Творог и сыр в фарфоровых чашках высушивают под инфракрасной лампой, обугливают на электроплитке, затем переносят в фарфоровые тигли небольшими порциями и озоляют при 400 С.

Пробы пресной воды объемом 10–20 л пропускают через ионообменную колонку с ионообменной смолой КУ-2-8 4С. Смолу извлекают из колонки в фарфоровый тигель, сушат под зеркальной лампой и прокаливают в муфельной печи при температуре 400 С в течение 3–6 ч. После охлаждения зольный остаток анализируют на бета-радиометре.

2. Оборудование и принадлежности

Для измерения активности в лабораторной работе используется автоматизированный бета-радиометр удельной активности радионуклидов РУБ-91 «АДАНИ» (в дальнейшем бета-радиометр) предназначен для измерения удельной (объемной) активности радионуклидов стронция-90 в природных объектах и продуктах питания с соответствующей подготовкой проб.

Бета-радиометр (рис. 9.1) состоит из блока детекторов, в котором расположены сцинтилляторы С1 и С2 и фотоэлектронные умножители (ФЭУ) Ф1 и Ф2, и блока анализаторов с кнопками управления прибором.

Сцинтилляторы С1 и С2 совместно с ФЭУ Ф1 и Ф2 образуют два детектора, диаметрально расположенных относительно исследуемого образца. Наличие двух сцинтилляционных детекторов обеспечивает практически полный (4 ) угол регистрации.

81

Рис. 9.1. Общий вид бета-радиометра РУБ-91 «АДАНИ»: 1 – исследуемый образец (проба); 2 – предметный столик;

3 – кнопка включения и выключения прибора; 4 – кнопка включения высоковольтных источников питания ФЭУ; 5 – блок анализаторов

Принцип действия бета-радиометра основан на анализе амплитудного распределения импульсов, возникающих в сцинтилляционном датчике при попадании в него бета частиц. Вычисление активности исследуемого образца производится на основе сравнения полученного амплитудного распределения с функциями формы, записанными в памяти бетарадиометра.

Бета радиометр позволяет проводить измерения в твердых и сыпучих образцах, сухих и сублимированных продуктах питания, а также пробах почв на фоне радионуклидов техногенного происхождения: цезия-137, ру- тения-106, церия-144 и естественного радионуклида калия-40.

Соответствующая подготовка пробы (сушка, озоление и т. д.) позволяет измерять активности проб до 1,8 Бк/кг. Индикация калия-40 предусмотрена в том случае, если активность калия-40 в измеряемой пробе составляет не менее 5 Бк.

Время установления рабочего режима – не более 60 мин. Время измерения активности пробы устанавливается в диапазоне от 100 до 10 000 с.

82