云月厚，楊軍

(內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021)

大學(xué)核物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直采用蓋革-謬?yán)沼?jì)數(shù)器研究原子核衰變放射性計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律及用能譜分析儀測(cè)量Cs137、CO60等標(biāo)準(zhǔn)源的γ能譜，核物理實(shí)驗(yàn)與社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系較少，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣不高，我們將現(xiàn)開(kāi)設(shè)的核物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展，用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)照明光源輻射進(jìn)行對(duì)比研究，得到了有益結(jié)果，不僅對(duì)人們?cè)谑褂谜彰鞴庠磿r(shí)提供指導(dǎo)以有利于保護(hù)眼睛，且對(duì)拓展大學(xué)生科研訓(xùn)練有積極作用。已有研究表明高能光子對(duì)人體有害，特別是對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)組織的殺傷較大［1-2］。日常中一般對(duì)電視機(jī)、計(jì)算機(jī)熒屏的輻射較為關(guān)注［7］，迄今還未見(jiàn)到有關(guān)照明光源輻射研究報(bào)道，運(yùn)用核物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)照明光源輻射進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)用包裝照相底片的黑紙濾波后，用蓋革—謬?yán)沼?jì)數(shù)器對(duì)幾種照明光源輻射測(cè)量，用能譜分析儀測(cè)量了日光燈的發(fā)射能譜，結(jié)果顯示普通熒光日光燈輻射的高能光子要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)LED、白熾燈、太陽(yáng)光，并且不同品牌的日光燈輻射劑量差別也很大。

1 實(shí)驗(yàn)儀器

蓋革-謬?yán)沼?jì)數(shù)器(FJ-365)，標(biāo)準(zhǔn)放射源Cs137，單道能譜分析儀(FH10098)、記憶存儲(chǔ)示波器(PM3266)、打印機(jī)(FH464)。

2 實(shí)驗(yàn)原理及測(cè)試方法

2.1 三種照明光源穿透黑紙輻射光子計(jì)數(shù)對(duì)比測(cè)量

蓋革-謬?yán)?Geiger-Miller)計(jì)數(shù)器是常用的探測(cè)輻射儀器?？梢詼?zhǔn)確記錄入射光子或粒子數(shù)目，但不能區(qū)別能量大小和所帶電荷多少。實(shí)驗(yàn)原理參見(jiàn)文獻(xiàn)［3］，測(cè)量前在鉛室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)放射性同位素Cs137做高能光子源，調(diào)整觸發(fā)閾值、工作電壓等工作參數(shù)。然后將光源放在距探測(cè)窗口不同距離下測(cè)試。為了濾掉可見(jiàn)光、紫外光，用包裝照相底片的黑紙屏蔽計(jì)數(shù)器窗口。光源的入射光子穿過(guò)黑紙進(jìn)入計(jì)數(shù)管，其觸發(fā)的脈沖經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)管探頭、定標(biāo)器，在打印機(jī)顯示所接受的光子數(shù)目。

2.2 用能譜分析儀測(cè)日光燈的發(fā)射能譜

用能譜分析儀測(cè)試光源發(fā)射光譜的實(shí)驗(yàn)原理參見(jiàn)文獻(xiàn)［3］。當(dāng)光子射入閃爍晶體后，受激的晶體原子退激發(fā)射的光子數(shù)與入射光子的能量成正比，經(jīng)過(guò)光電倍增管和線性放大器，單道脈沖分析器和自動(dòng)定標(biāo)器甄別，在打印機(jī)上顯示出不同能量的光子數(shù)。測(cè)試前用放射性同位素Cs137發(fā)射γ射線的184 keV的背散射峰和662 keV的全能峰，標(biāo)定出能譜儀測(cè)量時(shí)能量刻度，然后測(cè)量日光燈發(fā)射光子的能譜?？梢詫㈤撝惦妷簱Q算成能量(keV)。

3 測(cè)量結(jié)果及討論

3.1 照明光源輻射光子計(jì)數(shù)及發(fā)射能譜測(cè)量

當(dāng)不用黑紙遮蓋探測(cè)管窗口，在太陽(yáng)光下計(jì)數(shù)的顯示每秒計(jì)數(shù)29342個(gè)，在用黑紙屏蔽探測(cè)管窗口后，在太陽(yáng)光下計(jì)數(shù)為0。用黑紙濾波后，用蓋革—謬?yán)沼?jì)數(shù)器對(duì)不同廠家生產(chǎn)的40 W普通日光燈，如國(guó)產(chǎn)、臺(tái)灣產(chǎn)、菲利浦等品牌的普通日光燈測(cè)試結(jié)果顯示，不同品牌日光燈輻射高能光子差別很大，有些雜牌燈管輻射量是菲利浦燈管的十余倍。為便于對(duì)比，圖1畫(huà)出用100 s定時(shí)測(cè)量，在不同距離時(shí)，40 W菲利浦燈管、40 W白熾燈、40 W LED燈發(fā)出的穿透黑紙的光子數(shù)如圖1所示。

圖1 三種光源計(jì)數(shù)率隨距離的變化關(guān)系曲線

利用單道能譜分析儀，選取300 s定時(shí)，測(cè)量40 W菲利浦日光燈發(fā)射能譜，如圖2所示。

圖2 日光燈的發(fā)射能譜

在剛超出紫外波段時(shí)，光子數(shù)量不大，隨著能量增加在83 keV有一個(gè)很高的射線峰，其半高寬是50 keV～260 keV，圖中已將能譜儀的閾值換算成能量。

3.2 結(jié)果分析

普通熒光日光燈是在管中充有汞或少量其它元素，在交變電楊作用下，燈管輝光放電，絕大多數(shù)光子來(lái)自中部等離子區(qū)［4］。主要是Hg最外層6S殼層電子受激發(fā)射，其電離能是10.44 eV;退激時(shí)發(fā)射紫外光，紫外光照射管壁熒光粉層轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光［5］。在離子、電子碰撞中，會(huì)有少量?jī)?nèi)層電子被激發(fā)，退激時(shí)會(huì)發(fā)出較強(qiáng)射線，其中大部會(huì)被日光燈管壁熒光粉層俘獲，但會(huì)有少數(shù)高能光子逸出形成高能光子輻射?？梢?jiàn)光能量是1～7 eV，紫外光是7～1 keV，X射線是1 k～300 keV，300 keV以外是γ射線。圖2所示的主要光子輻射所呈現(xiàn)的復(fù)雜譜形與燈管中的其它元素、熒光粉材料、能譜分析儀晶體的散射效應(yīng)等問(wèn)題有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，普通熒光日光燈輻射的高能光子數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)白熾燈和LED燈。并且實(shí)驗(yàn)顯示穿透黑紙的高能粒子在空氣中按指數(shù)規(guī)律衰減的很快，在超過(guò)50 cm后其強(qiáng)度已顯著減小。日光燈輻射的射線在空氣中，一般對(duì)人體不構(gòu)成威脅，但在較近距離，特別是近距離使用日光燈時(shí)，其輻射對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)組織的殺傷作用不可忽視。雖然輻射劑量拉德(red=100 erg/g)很小，但視網(wǎng)膜神經(jīng)組織生物學(xué)效應(yīng)系數(shù)(RBE)很大［6-10］，生物輻射劑量公式為:

長(zhǎng)期近距離使用光源的科研、教學(xué)、醫(yī)務(wù)人員應(yīng)注意防護(hù)，使用近距離光源時(shí)應(yīng)采用白熾燈或LED燈為宜。

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