Laboratoriekørekort. Radioaktive kilder. Øvelsens pædagogiske rammer

Transkript

1 Z.9.1 Radioaktive kilder Øvelsens pædagogiske rammer Sammenhæng Denne øvelse knytter sig til fysikundervisningen på modul 6 ved bioanalytikeruddannelsen. Fysikundervisningen i dette modul har fokus på nuklearmedicin i hvilken sammenhæng radioaktive kilder er et fundamentalt emne, hvilket betyder, at øvelsen er relevant for såvel den teoretiske som den kliniske praksis. Formål Formålet med øvelsen er at Introducere til hvorledes arbejde med radioaktive kilder udføres på en sikkerhedsmæssig forsvarlig vis. Arbejdsform Øvelsen skal betragtes som en udvidelse til laboratoriekørekortet på modul 1. Det forventes at vejledningen er læst inden udførelse af øvelsen og at eventuelle spørgsmål ligeledes er afklaret med fysikunderviseren inden øvelsens udførelse Øvelsen udføres i laboratoriet under vejledning af laboratoriepersonalet. Øvelsen laves i grupper af to til tre personer. Holdet sammensætter selv maksimalt 6 grupper. Hver øvelsesgruppe udformer en journal/rapport, som inddrages i modulets teoretiske fysikundervisning. Det er obligatorisk at lave øvelsen. Såfremt der er knyttet yderligere obligatoriske aktiviteter til øvelsen, vil det fremgå af modulets prøvekriterier. Evaluering Øvelsesforløbet evalueres ved At laboratoriepersonalet under øvelsen holder øje med at arbejdet foregår på hensigtsmæssig vis. Ved evalueringen vil der være specielt fokus på ATA-reglerne overholdes.

2 Z.9.2 Øvelsesvejledning Mål Øvelsens mål er at undersøge Geiger-Müller-rørets evne til at detektere stråling fra henholdsvis en -, en - og en -skolekilde. undersøge forskellige materialers evne til at stoppe/bremse stråling fra henholdsvis en -, en - og en -skolekilde. undersøge scintillationsdetektorens evne til at detektere stråling fra henholdsvis en -, en - og en -skolekilde. Litteratur Møller, V.; Møller, E. ADDA/ADACT -vejledning. VIA University College Bioanalytikeruddannelsen. august Møller, V.; Møller, E. LabQuestvejledning. VIA University College Bioanalytikeruddannelsen. august Powsner R. A., og Powsner E. R. Essentials of Nuclear Medicine Physics. Blackwell Publishing Forskningscenter Risø Hevesy Laboratoriet. Leverandørbrugsanvisning for Risø Demonstrationskilder Sikkerhed De radioaktive kilder der anvendes i laboratoriet er tilladt at bruge i folkeskolen og der derfor ikke udtalt farlige, især ikke hvis de bruges med omtanke. Tænk altid på ATA reglerne når du skal arbejde med radioaktive kilder. Konkret for denne øvelse vil det eksempelvis betyde, at du skal forsøge at holde størst mulig afstand til kilderne og begrænse den tid, hvor du er i kontakt med kilderne. Teori Ved øvelsen anvendes de tre demonstrationskilder fra Risø, også kaldet skolekilderne, som er hhv. en -kilde, Am-241, som ud over -stråling også udsender -stråling. Rækkevidden i luft for -strålingen fra Am-241-kilden er cirka 35 mm. en -kilde, Sr/Y-90, som udelukkende udsender -stråling. Under passende betingelser kan -stråling ved vekselvirkning med visse materialer danne

3 Z.9.3 energirig elektromagnetisk stråling. Rækkevidden i luft for den -stråling som udsendes i forbindelse med Y-90 henfaldet er cirka 10 m og for - stråling fra Sr-90 er rækkevidden i luft godt 1 m. en -kilde, Cs-137, som udelukkende udsender -stråling. Flere detaljer om kilderne kan findes i Leverandørbrugsanvisning for Risø Demonstrationskilder (se Litteratur) Geiger-Müller røret Opbygning af Geiger-Müller røret (GM-rør) og dets virkemåde er beskrevet i pensum (Powsner). Ifølge teorien kan GM røret detektere -, - og -stråling og burde derfor kunne registre stråling fra de tre skolekilder, men ikke nødvendigvis lige effektivt. Scintillationsdetektoren Opbygning af scintillationsdetektoren og dens virkemåde er beskrevet i pensum (Powsner). Ifølge teorien kan scintillationsdetektoren detektere -stråling og anden elektromagnetisk stråling med tilstrækkelig høj energi. Scintillationsdetektoren må derfor formodes at kunne detektere den -stråling der udsendes fra - og -skolekilden. Hvis scintillationsdetektoren registrerer stråling fra -skolekilden må det skyldes, at den udsendte -stråling vekselvirker med et materiale og at der derved dannes elektromagnetisk stråling. Så måske kan scintillationsdetektoren registrere stråling fra de tre skolekilder, men ikke nødvendigvis lige effektivt. Tælleeffektivitet En måde at udtrykke en detektors evnetil detektere stråling fra forskellige kilder er vha. af tælleeffektiviteten ( efficiency i Powsner). Tælleeffektiviteten,, er defineret som forholdet mellem de henfald, der registreres fra en kilde med kendt aktivitet og den kendte aktivitet. Et matematisk udtryk for tællereffektiviteten er: rp (Formel 1) A hvor r p er den registrerede baggrundskorrigerede tællehastighed for en given prøve (målt i tællinger/sekund = cps) og A er kildens aktivitet (målt i Bq). En tælleeffektivitet udregnet med formel 1 gælder KUN for en given opstilling og procedure.hvis afstanden eksempelvis ændres, vil detektoren ikke udsættes for samme strålingsmængde og tællehastigheden vil ændres, hvilket giver en anden for samme aktivitet.

4 Z.9.4 Materialer og metoder Apparatur Til måling med Geiger-Müller rør: Højfølsomt Geiger-Müller rør fra Müller og Sørensen GM-forstærker fra Müller og Sørensen LabQuest fra Vernier Til måling med scintillationsdetektor: Scintillationsdetektor ADACT -udstyr PC med dataopsamlingskort Materialer -kilde. Am-241, 37 kbq. Fra Risø. -kilde. Sr/Y-90, 37 kbq. Fra Risø -kilde. Cs-137, 370 kbq. Fra Risø Blyplader, tykkelse 1,2 mm Plastplade Papir Lineal NB. De radioaktive kilder forefindes normalt i et aflåst skab og udleves ved henvendelse til Vibeke Møller, Kirsten Jespersen eller Annette Mortensen. Når kilderne ikke er i brug, placeres de således, at deres stråling ikke påvirker detektorerne. Metode. Målingerne blev udført efter anvisningerne i ADDA/ADACT -vejledning og Lab- Quest vejledning. Fremgangsmåde Ved den ene halvdel af øvelsen arbejdes der med et Geiger-Müller rør og i den anden halvdel af øvelsen med en scintillationsdetektor.

5 Z.9.5 Præ-analytisk opgave For at kunne beregne tælleeffektiviteten er det nødvendigt at kende kildernes aktuelle aktivitet. De skolekilder som er tilgængelige er fra hhv. 1996, 2003 og Som forberedelse til øvelsen beregnes de forskellige kilders aktuelle aktivitet. -kilde -kilde -kilde Isotop Påtrykt aktivitet 37 kbq 37 kbq 370 kbq Halveringstid Aktuel aktivitet Aktuel aktivitet Aktuel aktivitet Skema 1. Informationer om skolekilderne

6 Z.9.6 Geiger-Müller rørets egenskaber I denne del af øvelsen undersøges hvor effektivt GM-røret er til at måle stråling fra -, - og -skolekilderne. 1. Klargør udstyret til GM-målingerne efter anvisningerne i LabQuest vejledning 2. Indstil måletiden til 1 minut. 3. Husk at fjerne hætten fra GM-røret. 4. Placér -skolekilden helt op ad detektoren, svarende til at afstanden mellem detektor og kilde (kant til kant) er 0 cm. 5. Lav en måling og indsæt tælletallet i Måleskema 1 herunder. 6. Udfyld resten af Måleskema 1 ved at skifte afstand og/eller kilde Afstand -kilde -kilde -kilde Baggrund 0 cm 1 cm 5 cm 10 cm Måleskema 1: per minut ved forskellige afstande og forskellige skolekilder Geiger-Müller-røret og bremsning af ioniserende stråling Målingerne hørende til nedenstående Måleskema 2 udføres som beskevet ovenfor, blot indsættes der et materiale (afskærmning) mellem kilden og GM-røret Afstand og afskærmning 0 cm og papir 1 cm og plast 5 cm og 6 mm bly -kilde -kilde -kilde Måleskema 2: med afskærmede kilder Når alle målinger er foretaget, sættes hætten atter på GM-røret og udstyret slukkes. Benyt evt. ventetid til at udfylde Resultatskemaerne sidst i vejledningen.

7 Z.9.7 Scintillationsdetektorens egenskaber I denne del af øvelsen undersøges hvor effektivt scintillationsdetektoren er til at måle stråling fra -, - og -skolekilderne. 1. Klargør udstyret til målingerne efter anvisningerne i ADDA/ADACT - vejledning, idet følgende indstillinger anvendes: o Højspænding: 950V o Måletid:1 minut o 256 kanaler o Forstærkning = 1 2. Kalibrer scintillationsdetektoren som anvist i ADDA/ADACT -vejledning. o Gem en elektronisk kopi af det kalibrerede spektrum. o Aflæs konstanterne a og b under kontrolpanelet Kalibrering, disse værdier tænkes anvendt ved den teoretiske undervisning. 3. Placér -skolekilden helt op ad detektoren, svarende til at afstanden mellem detektor og kilde (kant til kant) er 0 cm. 4. Lav en måling og indsæt tællehastigheden (rate) i Måleskema 4 herunder. 5. Udfyld resten af Måleskema 3 ved at skifter afstand og/eller kilde 6. OBS: Gem et spektrum for alle '0-cm' målingerne. Disse tænkes anvendt ved den teoretiske undervisning. Afstand -kilde -kilde -kilde Baggrund 0 cm 1 cm 5 cm 10 cm Måleskema 3 Tællehastighed (rate) i cps ved forskellige afstande og forskellige skolekilder

8 Z.9.8 Hjælp til journalskrivning Ad resultatafsnittet GM-rørets egenskaber lene i Måleskema 1 korrigeres for baggrund (dvs måling uden kilde) og omregnes til tællinger per sekund (cps = counts per second). Endelig beregnes tælleeffektiviteten for alle målingerne, hvilket kræver kildernes aktuelle aktivitet, se Skema 1. Fremstillingsår Aktuel aktivitet Baggrundstælletal 0 cm 1 cm 5 cm 10 cm -kilde -kilde -kilde Resultatskema 1: GM-rørers tælleeffektivitet overfor skolekilderne ved forskellige afstande.

9 Z.9.9 Geiger-Müller-røret og bremsning af ioniserende stråling Resultatskema 2 udfyldes ud fra Måleskema 3 på samme måde som Resultatskema 1. Indfør desuden uafskærmede værdier fra Resultatskema 1 ( uden afskærmning) og beregn endelig forholdet mellem den afskærmede og den ikke afskærmede. -kilde -kilde -kilde Fremstillingsår Aktuel aktivitet kbq Baggrundstælletal 0 cm og papirafskærmning (afskærmet) (uafskærmet) (afskærmet) 100% (uafskærmet) 1 cm og plastafskærmning (afskærmet) (uafskærmet) (afskærmet) 100% (uafskærmet) 5 cm og 6 mm blyafskærmning (afskærmet) (uafskærmet) (afskærmet) 100% (uafskærmet) Resultatskema 2. Udvalgte materialers evne til at afskærme stråling fra skolekilderne.

10 Z.9.10 Scintillationsdetektorens egenskaber Resultatskema 3 udfyldes på samme måde som de to øvrige resultatskemaer. Fremstillingsår Aktuel aktivitet Baggrunds tællehastighed 0 cm Målt tællehastighed -kilde -kilde -kilde 1 cm Målt tællehastighed (GM-rør) 5 cm Målt tællehastighed 10 cm Målt tællehastighed Resultatskema 3: Scintillationsdetektorens tælleeffektivitet overfor skolekilderne ved forskellige afstande.