Méréstechnika 1/15. ML osztály részére 2017. Zaj- és sugárzás mérése A szóbeli vizsga 13. tételéhez http://tp1957.atw.hu/mt_13.ppt

Tartalom Kulcsszavak, fogalmak: Ismertesse a zaj és a radio-aktív sugárzás mérését! Mutassa be a hangnyomás és frekvencia össze-függését, a zajszint kiszámítását! Ismertesse a zajmérés elvét, a mérőműszer felépítését és működését! Ismertesse a radioaktív sugárzás fajtáit és mérési módjait! Végezze el a mellékelt számítási feladatot! Kulcsszavak, fogalmak: Hangjelenségek felosztása frekvencia alapján (infrahang, hallható hang, ultrahang) Hangnyomás, frekvencia, hangszintek Zajmérő berendezés felépítése, szűrők szerepe Radioaktív sugárzás fajtái (, ,  sugárzás) Dozimetria, dózismérők

Hangsebesség, frekvencia, hullámhossz Frekvencia, rezgésszám: a másodpercenkénti rezgések száma. Jele f, mértékegysége 1/s (= s–1 = c/s = cps) vagy Hz (Hertz). Független a közegtől, hőmérséklettől, nyomástól. A hallható hangok tartománya f = 20 .. 20000 Hz. A kisebb frekvenciájú hangok az infrahangok, a nagyobb frekvenciájúak az ultrahangok. Terjedési sebesség: a másodpercenként megtett út, az út és az idő hányadosa. Jele v, mértékegysége m/s, km/h. Függ a közegtől, hőmérséklettől, nyomástól. Levegőben 0 °C-on v = 331,8 m/s, 20 °C-on v = 340 m/s. Hullámhossz: egy hullám hossza, egy rezgés alatt megtett út. Jele , mértékegysége m. Szintén függ a közegtől, hőmérséklettől, nyomástól. A minőségi jellemzők összefüggése: v = f · 

Hangnyomás, hangszintek Hangnyomás: a légnyomás pillanatnyi legnagyobb eltérése a nyugalmi (illetve átlagos) értéktől (más szóval az amplitúdó). Jele p, mértékegysége Pa. Az emberi fül számára hallható legkisebb hangnyomás, a hallás-küszöb p0 = 2·10–5 Pa = 20 µPa. A legnagyobb hangnyomás, ami atmoszférikus (≈ 1 bar = 105 Pa) levegőben lehetséges 105 Pa. Hangnyomásszint: ahol p0 a hallásküszöb, értéke 20 µPa, ami megfelel 0 dB-nek. (Azért van a képletben a négyzetre emelés, mert a hangenergia a hangnyomás négyzetével arányos, mint minden rezgésnél a rezgési energia az amplitúdó négyzetével). Hangteljesítményszint: ahol P0 a hallásküszöb, értéke 10–12 W , ami megfelel 0 dB-nek. Hangintenzitásszint: ahol I0 a hallásküszöb, értéke 10–12 W/m2 , ami megfelel 0 dB-nek.

Zajmérés – a műszer részei 1. Érzékelő (detektor): mikrofon – kondenzátor-mikrofon. [Hangrögzítő – magnetofon (ma már ritkán használják) vagy számítógép] Jelformáló: pl. „A” szűrő Erősítő (lehet több fokozatú is) Jelfeldolgozó AC → DC Időállandó: slow (S), fast (F), impulse

Zajmérés – a műszer részei 2. [Szűrő (oktáv, terc) – ha részletes mérésre van szükség] Kijelző, … pillanatnyi értékhez analóg (mutatós) digitális (számkijelzésű) hosszabb méréshez regisztráló memória műveletek végzéséhez integrátor, célszámítógép Kalibráló eszköz: etalon hangforrás (pisztofon), hiteles hangnyomásszintű és frekvenciájú hangot állít elő. Magyarországon a Brüel & Kjær (dán cég) műszerei a legelterjedtebbek.

Hallás – fon-görbék A görbék a fül számára azonos hangos-ságú pontokat kötik össze

Zajmérés – szűrők Az A- B-, C- és D-súlyozó-szűrő csillapí-tása a frekven-cia függ-vényében

Zajmérés – zajmérő eszköz Buskó András – Kiss Balázs [MÁV Zrt]: Közlekedési környezetvédelem című előadás sorozat

A radioaktív sugárzás fajtái (alfa)-sugárzás részecske: He-atommag, nagy tömeg, pozitív töltés, kis sebesség, kis áthatoló képesség pl. Rn-222 → Po-218 + He-4 (béta)-sugárzás részecske: elektron, kis tömeg, negatív töltés, közepes – nagy sebesség, közepes áthatoló képesség; pl. C-14 → N-14 + e– (gamma)-sugárzás részecske: foton, 0 tömeg, nincs töltés, fénysebesség, nagy áthatoló képesség; önállóan alig van az  és a -sugárzás kísérője. n(neutron)-sugárzás töltés nincs, nagy áthatoló képesség; az atomreaktorban keletkezik a maghasadáskor.

Fizikai hatás – dozimetria 1. Fizikai hatás: a sugárzás energiája hővé alakul, az anyag a sugárzás energiájának csökkenésével arányosan melegszik. Elnyelt dózis: tömegegységre vonatkoztatott elnyelt energia. Jele: D Mértékegysége: J/kg, Gy (grey) [régi egység: rad, 1 rad = 0,01 Gy] Elnyelt dózisteljesítmény (D’): az elnyelt dózis és az idő hányadosa: Mértékegysége: Gy/h [régi egység: rad/h, 1 rad/h = 2,78·10–6 Gy/s]

Kémiai, biológiai hatás – dozimetria 2. Kémiai hatás: az anyagban ionok keletkeznek, ezek további reakciókat indíthatnak meg. Besugárzási dózis Jele: X Mértékegysége: A·s/kg (1 Gy=29,4 mA·s/kg) ΔQ: a Δm tömegű levegőben keltett ionok töltésösszege. Biológiai hatás: a fizikai és kémiai hatások következtében a sejtek egyes részei megváltozhatnak Egyenérték dózis (H): Az egyes sugárzások élettani hatása nem egyenlő. A - és a -sugárzásét tekintjük egységnyinek, az -sugárzásé 20-szoros, a neutron sugárzásé energiától függően 3..10-szeres. Az elnyelt dózist ezekkel a súlyozó faktorokkal beszorozva és összegezve kapjuk az egyenérték dózist. Mértékegysége a Sievert (Sv).

Dózismérők 1. A doziméter a sugárzás intenzitását hosszabb időn át (pl. 8 óra) regisztrálja vagy összegzi. Lehet aktív és passzív. Aktív: bármikor leolvasható. Ilyen a képen látható „töltőtoll” doziméter. Mérés előtt az ionizációs kamra kondenzátorát feltöltik. A kondenzátor az ionizáló sugárzás hatására lassan kisül, mert a keletkezett ionok az elektródákra vándorolnak. A kondenzátor feltöltött-ségének mérésével a levegőben keltett ionok száma és ezen keresztül a levegőben elnyelt dózis meghatározható.

Dózismérők 2. Passzív: utólagos kiértékelésű eszközök a film-doziméter és a termolumineszcens dózismérő (TLD). A TLD működési elve a következő: a kristályokban (pl. gipsz) a besugárzás hatására szabaddá váló elektronok a kristály hibahelyein befogódnak, s onnan csak melegítés hatására lépnek ki. A melegítés hatására az elektronok fénykibocsá-tás kíséretében kerülnek vissza alapállapotba. A kibocsátott fény intenzitása arányos az elnyelt dózissal.