Πηγή μέτρησης πάχους σε χαλυβουργείο
Χαλυβουργείο μετρά το πάχος ταινίας με συσκευή μετάδοσης. Η σφραγισμένη πηγή είναι καίσιο-137, που εκπέμπει ακτίνες γάμμα 662 keV, και η ενεργότητά της όταν εγκαταστάθηκε ήταν 370 MBq. Η πηγή είναι τώρα 12 ετών· ο χρόνος ημιζωής της είναι 30 χρόνια. Προστατευτικό περίβλημα μολύβδου πάχους 20 mm περιβάλλει την πηγή, και το στρώμα υποδιπλασιασμού του μολύβδου για αυτές τις ακτίνες είναι 6,5 mm. Η ταινία που μετράται έχει πάχος 8 mm. Ένας νέος τεχνικός υποστηρίζει ότι η πηγή είναι παλιά και αδύναμη, άρα το περίβλημα μολύβδου μπορεί να αφαιρεθεί για ευκολότερη συντήρηση. Προτείνει επίσης αντικατάσταση με πηγή στροντίου-90 ενεργότητας 1,0 GBq, ισχυριζόμενος ότι τα σωματίδια βήτα θωρακίζονται ευκολότερα. Η μέγιστη εμβέλεια των σωματιδίων βήτα Sr-90/Y-90 στον χάλυβα είναι περίπου 4 mm. Ο υπεύθυνος ακτινοπροστασίας πρέπει να κρίνει αν κάποια από τις προτάσεις είναι αποδεκτή και τι πάχος μολύβδου θα χρειαζόταν για στόχο μετάδοσης 1%.
1. Υπολογίστε την ενεργότητα της πηγής Cs-137 μετά από 12 χρόνια. Δικαιολογείται το επιχείρημα ότι είναι «παλιά και αδύναμη»;
Read the worked answer
Μετά από 12 χρόνια, A = A0(1/2)^(t/T1/2) = 370 × (1/2)^(12/30) = 370 × 0,759 = 281 MBq. Η πηγή έχασε μόνο περίπου 24% της ενεργότητάς της, άρα το «παλιά και αδύναμη» δεν είναι επιχείρημα ασφάλειας. Ο κίνδυνος κλιμακώνεται με την ενεργότητα και την ενέργεια των φωτονίων, όχι μόνο με την ηλικία. Η έξοδος γάμμα είναι ακόμη περίπου τρία τέταρτα της αρχικής, και η πηγή παραμένει σημαντική σφραγισμένη πηγή που απαιτεί ελεγχόμενο χειρισμό και θωράκιση.
2. Υπολογίστε το κλάσμα μετάδοσης μέσα από 20 mm μολύβδου. Είναι ασφαλής η αφαίρεση του περιβλήματος και τι πάχος μολύβδου χρειάζεται για μετάδοση 1%;
Read the worked answer
Με στρώμα υποδιπλασιασμού 6,5 mm, η μετάδοση μέσα από 20 mm είναι T = (1/2)^(20/6,5) = 2^−3,08 = 0,118. Περίπου 12% των φωτονίων 662 keV περνούν το μόλυβδο χωρίς αλληλεπίδραση, άρα το περίβλημα παρέχει μείωση περίπου 8,5 φορές, όχι πλήρη απορρόφηση. Η αφαίρεσή του θα αύξανε τον ρυθμό δόσης περίπου κατά αυτόν τον παράγοντα. Για μετάδοση 1% θα απαιτούνταν t = 6,5 log2(100) = 43 mm μολύβδου. Η πρόταση αφαίρεσης των 20 mm είναι επομένως ανασφαλής· αν μη τι άλλο, η θωράκιση είναι οριακή για πηγή 281 MBq.
3. Αξιολογήστε την πρόταση αντικατάστασης με πηγή Sr-90/Y-90. Γιατί τα 4 mm εμβέλειας στον χάλυβα είναι καθοριστικά για ταινία 8 mm;
Read the worked answer
Το Sr-90/Y-90 είναι πομπός βήτα με μέγιστη ενέργεια περίπου 2,28 MeV· στον χάλυβα η μέγιστη εμβέλειά του είναι λίγα χιλιοστά (περίπου 4 mm), μικρότερη από την ταινία των 8 mm. Τα περισσότερα σωματίδια βήτα θα σταματούσαν στην ταινία, άρα ο μεταδιδόμενος αριθμός θα ήταν σχεδόν μηδέν και δεν θα αποκρινόταν χρήσιμα σε μεταβολές πάχους. Πηγή 1,0 GBq θα δημιουργούσε επίσης ακτινοβολία Bremsstrahlung και πρόβλημα δόσης επιφάνειας χωρίς να λύσει τη μέτρηση. Η σωστή κρίση είναι να απορριφθεί η αντικατάσταση και να διατηρηθεί πηγή γάμμα ή ακτίνων Χ για μετάδοση, ή να χρησιμοποιηθεί μετρητής οπισθοσκέδασης κατάλληλος για το εύρος πάχους.