Учебный эксперимент: Радиоактивность человеческого тела

Комплект оборудования:

Цель эксперимента:

Цель эксперимента — осознание радиоактивности человеческого тела.

Основа эксперимента:

Калий жизненно необходим для всех живых организмов, включая человека, и в основном содержится в мышечной ткани. Он присутствует в большинстве почв, строительных материалов, растениях и животных, а также широко используется в удобрениях.
В природе существует только три изотопа калия: ³⁹K (93,3% по массе), ⁴¹K (6,7%) и ⁴⁰K (0,0117%). Из них стабильными являются ³⁹K и ⁴¹K, в то время как ⁴⁰K — радиоактивный изотоп с периодом полураспада 1,28×10⁹ лет. Именно он является одним из основных источников так называемой природной (земной) радиации.
Учитывая относительное содержание, только 12 из каждых 100 000 атомов калия являются радиоактивными, то есть примерно в 1 г калия происходит около 31 распада в секунду (~31 Бк/г). Это означает, что один банан массой 150 г содержит около 525 мг калия, что соответствует активности примерно 16 Бк. Аналогично, взрослый человек весом 70 кг содержит около 140 г калия, что соответствует примерно 4400 Бк.
⁴⁰K распадается в 89,3% случаев до основного состояния ⁴⁰Ca посредством чистого β-излучения и в 10,7% случаев путём электронного захвата с образованием возбужденного состояния ⁴⁰Ar , которое затем испускает γ-квант, переходя в стабильное состояние. Энергия испускаемого фотона составляет 1460,86 кэВ и может быть использована для идентификации и количественной оценки концентрации активности ⁴⁰K в местах измерения и в пробах окружающей среды.

Проведение эксперимента:

Включите γstream, расположенный внутри красного рюкзака. Включите планшет и подключите оба устройства через Bluetooth. Убедитесь, что внутренняя батарея γstream заряжена, в противном случае используйте внешний источник питания.
Начните эксперимент, разместив рюкзак на земле, и убедитесь, что ваше тело находится достаточно далеко от точки измерения, чтобы не попадать в зону чувствительности (А). Установите время измерения примерно на 5 минут и посмотрите результаты. Если статистика недостаточна — увеличьте время измерения. Повторите измерение, оставив рюкзак в той же позиции, но уже с вашим присутствием рядом или с присутствием нескольких человек (B).

Схема экспериментальной установки:

Результат эксперимента:

Результаты измерений показывают, что детектирование ⁴⁰K на месте измерения слабо зависит от присутствия человека.
Экспериментальные данные по регистрации γ-излучения от ⁴⁰K (1460 кэВ) с присутствием человека и без него: