Измерения ионизирующих излучений.

Методы регистрации ионизирующих излучений (ИИ).

Ионизи­рующие излучения в объектах вызывают эффекты первичные или вто­ричные.

Обнаружение ИИ происходит по следующим процессам:

- ионизация;

- возбуждение атомов;

- образований вторичных излучений.

Все методы регистрации ионизирующих излучений можно раз­делить на следующие группы:

1. Ионизационный - при этом регистрируются эффекты ионизации.

2. Методы, основанные на регистрации вторичных эффектов:

- фотографический;

- химический;

- экзоэмиссионный;

- биологический.

При этом под биологическим методом понимают определение реакции живого организма на действие ионизирующих излучении - выживаемость, морфологические и функциональные изменения, вре­мя их развития, интенсивность выраженности первичной реакции на облучение.

Рассмотрим некоторые методы регистрации ионизирующих излучении более подробно.

Ионизационный метод.

На основе этого метода выполнено подавляющее большинство войсковых дозиметрических приборов:

- для ведения радиационной разведки - ДП-64, ДП-5 в модификаци­ях А, Б, В;

- индивидуальные дозиметры ДКП-50А, ИД-1,

- радиометрическая лаборатория ДП-100 АДМ.

Воспринимающая часть устройства представляет собой разно­видность газового конденсатора и состоит из двух изолированных пластин, на которые подается напряжение от батареи. При отсутст­вии источника излучения воздух между пластинами конденсатора яв­ляется изолятором, так как через конденсатор ток не проходит. Если на воздух подействует ионизирующее излучение, то происходит образование ионов, которые под влиянием электрического поля перемещаются к обкладкам конденсатора и в цепи возникает ионизационный ток. Сила тока, обусловленная иониза­цией, зависит от напряжения на обкладках конденсатора. Эта зави­симость достаточно сложна и может быть отражена в виде вольтамперной характеристики газового конденсатора.

Если на обкладки конденсатора подано небольшое напряже­ние, то за время перемещения ионов к пластинам часть ионов ус­певает рекомбинировать. С увеличением напряжения вероятность рекомбинации уменьшается, следовательно, возрастает сила иони­зационного тока.

Существуют следующие разновидности газового конденсатора:

- ионизационные камеры (ДКП-50А),

- газоразрядные счетчики (ДП-б4).

Ионизационные камеры войсковых дозиметров имеют напряже­ние около 200 В, а газовой средой является воздух при нормаль­ном давлении. Это достаточно грубый прибор, и он не позволяет регистрировать ионизирующие излучения небольшой интенсивности за счет низкого напряжения на обкладках конденсатора.

При увеличении напряжения на обкладках конденсатора воз­никающие в результате действия ионизирующего излучения ионы под действием электрического поля разгоняются до такой скорос­ти, что могут вызвать вторичную ионизацию. В этом случае все образующиеся ионы не успевают рекомбинировать и достигают обкладок конденсатора. Возникший ионизационный ток может быть зарегистрирован.

При возникновении напряжения насыщения прекращается ре­комбинация ионов. В режиме насыщения ионизационный ток пропор­ционален мощности дозы излучения, поэтому с помощью ионизаци­онной камеры с постоянным объемом по измеренному току можно определить мощность дозы излучения.

При очень больших напряжениях на обкладках газового кон­денсатора достаточно образования нескольких ионов под действи­ем ионизирующего излучения для того, чтобы в объеме камеры возникло нарастание вторичных ионов и произошел газовый разряд. В этом случае сила тока не зависит от первоначальной ионизации. По такому принципу работают счетчики Гейгера. Для регистрации ионизирующих излучении небольшой интенсивности используют газоразрядные счетчики - разновидность газового конденсатора.

Газоразрядные счетчики.

Газоразрядные счетчики могут быть выполнены из стекла или металла и имеют напряжение подачи около 400 В. Объем газо­разрядного счетчика может быть заполнен инертным газом - арго­ном, гелием, неоном или их смесью.

Давление внутри счетчика меньше атмосферного. В объеме газоразрядного счетчика возможно возникновение вторичных ионов и, следовательно, мощности регистрируемых излучений могут быть малы.

В связи с высоким напряжением на обкладках каждый акт ионизации вызывает импульс тока, который может быть зарегистри­рован. Для того чтобы возникающий лавинообразный разряд не но­сил непрерывный характер, в состав газовой смеси вводят высоко­молекулярные соединения, прекращающие газовый разряд после каж­дого акта ионизации.

Для измерения альфа- и бета-излучений используются тор­цевые счетчики, имеющие на торце прибора входное отверстие, за­крытое тонкой слюдяной пленкой, не являющейся препятствием для альфа- и бета-частиц.

Методы, основанные на регистрации вторичных эффектов.

Фотографический метод.

Для измерения ионизирующих излучений с помощью этого ме­тода используют различные фотоматериалы с фоточувствительными слоями. Под воздействием ионизирующих излучений в фотоэмульсионном слое, содержащем галогениды серебра, образуются центры скры­того почернения. При их обработке проявителями происходит вос­становление металлического серебра, воспринимающегося как черные точки. Не подвергшиеся воздействию ионизирующих излучений молекулы галогенул серебра растворяются в фиксаже и имеющиеся почернения фотоэмульсионного слоя могут быть измерены с помощью приборов.

Плотность почернения пропорциональна действовавшим на фо­томатериалы дозам облучения.

Недостаток метода:

- сложность создания строго определенных фотоматериалов и реак­тивов.

Преимущества метода:

1. Метод позволяет определить дозы гамма-излучения в различных диапазонах - от 0 до 200 рад.

2. Метод позволяет определить энергию излучения.

3. Метод документален.

Нa основе этого метода работает прибор ИФКУ-1 (индивиду­альный фотометрический контроль), который регистрирует поглощен­ные дозы в диапазоне от 0,05 до 2 рад и используется на практике в рентгеновских кабинетах для контроля набранных персоналом доз рентгеновского излучения.

Химический метод.

Метод основан на том явлении, что возникающие под воздей­ствием ионизирующих излучении ионы, атомы и молекулы могут обра­зовывать свободные радикалы, которые вступают в химические ре­акции между собой и другими атомами и молекулами, образуя новые вещества, появление и количество которых позволяет судить о ка­чественной и количественной характеристике ионизирующих излучений.

Данный метод имеет две разновидности:

1. Собственно химический метод.

2.Фотографический метод.

Собственно химический метод. Химический гамма-нейтронный дозиметр типа ДП-70М - типичный представитель приборов, работа­ющих на основе этого метода.

В ДП – 70М для регистрации гамма-нейтронного излучения исполь­зуется раствор азотнокислого серебра с добавкой солей борной кис­лоты. Под воздействием ионизирующих излучений ион NO₃ переходит в ион NO₂, который вступает во взаимодействие с реактивом Грисcа, входящим в состав жидкости, и придает раствору характерную малиновую окраску. Степень окраски зависит от количества образо­вавшихся ионов NO₂ и, следовательно, от дозы излучения. Сте­пень изменения окраски может быть определена колориметрическим методом.

Однако данный метод измерения ионизирующих излучений, осо­бенно, если он используется в полевых условиях, достаточно груб, что и является его недостатком.

Экзоэмиссионный (сцинтилляционный) метод.

Метод используется в работе приборов ДРГ-01, 02, 03, 04 (цифра обозначает диапазонную разницу измерений) - детектор радиацион­ный гамма-излучении, предназначенный для контроля условии труда при работе с ионизирующими излучениями,

В основе метода лежит явление люминесценции - свечение вещества, вызванное возбуждением атомов и молекул под воздействием ионизирующих излучений, проявляющееся кратковременными вспыш­ками на каждое воздействие ионизирующего излучения.

В приборе используют вещества, называемые люминофорами. Люминофоры делятся на две группы:

1. Неорганические вещества;

- йодистый цезий,

- йодистый литий,

- йодистый натрий,

- сернистый цинк и другие вещества.

2. Органические вещества:

- нафталин,

- антроцен,

- дифенил.

Применяемые вещества должны обладать определенными свойст­вами:

1. Вспышки должны быть достаточно интенсивными.

2. Коэффициент поглощения ионизирующего излучения должен быть достаточно велик.

3. Время высвечивания должно быть малым.

Приемной частью устройства является кристалл-люминофор. Энергия ионизирующего излучения преобразуется в энергию сцинтил­ляции.

К сцинтиллятору подключен фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). В ФЭУ при попадании на катод фотонов света, возникающего в люми­нофоре, выбиваются первичные электроны, которые разгоняются и выбивают вторичные электроны. Их увеличение происходит от каска­да к каскаду. Затем электроны попадают на измерительный блок прибора. Таким образом, использование сцинтиллятора совместно с ФЭУ позволяет регистрировать низкие интенсивности ионизирующих излучении и, кроме того, частицы, следующие друг за другом через ничтожно малые интервалы времени.

Разновидностями сцинтилляционного метода являются термо- и фотолюминесцентный.

Реализация фотолюминесцентного метода регистрации ионизи­рующих излучений получила применение в измерителе дозы ИД-11. Суть его работы состоит в том, что некоторые сорта стекол с раз­личными добавками меняют свои свойства под воздействием ионизи­рующих излучений.

Эффект термолюминесценции заключается в том, что в некоторых солях, в том числа солях лития, под воздействием ионизирующих излу­чений возникают центры возбуждения, которые в дальнейшем при нагревании начинают испускать видимый свет. Интенсивность све­чения пропорциональна накопленной дозе. В дальнейшем интенсив­ность свечения может быть измерена с помощью измерительного устройства.

Для измерения ионизирующих излучений созданы приборы, называемые дозиметрическими.