Измерительные преобразования в полях ионизирующих излучений

Ионизационное измерительное преобразование осуществляется на основе ионизационной камеры (рис. 1.6.1). Ионизационная камера состоит из газонаполненного металлического корпуса и металлического электрода (рис. 1.6.1, а). На электрод подается положительный потенциал относительно корпуса и таким образом корпус является катодом, а электрод – анодом. При отсутствии ионизирующего излучения электрический ток в цепи ионизационной камеры равен нулю. Под действием ионизирующего излучения (α, β, γ, рентгеновского, нейтронного) газ в камере ионизируется с образованием пары электрон-ион. Под действием разности потенциалов между анодом и катодом (напряжения U_ак) в электрической цепи ионизационной камеры появляется электрический ток I.

Рис. 1.6.1 Схема ионизационной камеры: к – катод; а – анод; ИИ – ионизирующее излучение

 

Фотоэлектрическое измерительное преобразование осуществляется на основе использования внутреннего фотоэффекта в полупроводниках, заключающегося в передаче энергии квантов излучения электронам вещества с изменением их энергетического состояния. Воздействие на полупроводник высокочастотного электромагнитного излучения вызывает возрастание числа носителей электрических зарядов – электронов и дырок. Это приводит к изменению электрического сопротивления полупроводника (фоторезистивный эффект), изменению электрического тока через p–n-переход (фотодиодный эффект), появлению ЭДС на p–n-переходе (фотогальванический эффект).

 

Сцинтилляционное измерительное преобразование основано на преобразовании энергии ионизирующего излучения в энергию оптического излучения и последующем детектировании оптического излучения фотоэлектрическими преобразователями.

Основным элементом сцинтилляционного детектора является сцинтиллятор – вещество, в котором под действием ионизирующего излучения в результате перехода его частиц из электронного возбужденного состояния в основное невозбужденное возникает свечение (рентгенлюминесценция). Длина волны возникающего оптического излучения обычно соответствует длинноволновой области ультрафиолетового диапазона. Фотоэлектрическим приемником регистрируются отдельные световые вспышки сцинтиллятора, число которых соответствует числу ионизирующих частиц либо фотонов. Достоинство сцинтилляционного детектора – высокая чувствительность и высокое быстродействие по сравнению со счетчиком Гейгера – Мюллера. Недостаток – сложность регистрации отдельных световых вспышек.

 

 

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Условия задачи:

Насколько должно быть увеличено время экспозиции t_э при просвечивании объекта радиоактивным источником с периодом полураспада T = 1год для обеспечения одной и той же дозы ионизирующего излучения в моменты времени t и t₂ , отличающиеся на 2 месяца?

Решение:

Постоянная распада источника составляет:

Соотношение числа излучаемых источником в единицу времени ионизирующих частиц в моменты времени :

 

Очевидно, что для обеспечения  одной и той же дозы излучения  время экспозиции после истечения 2 месяцев должно быть увеличено  в 1/0,89 = 1,124 раза.

 

Теперь автоматизируем это решение  с помощью пакета Scilab:

 

Листинг 2.1. Решение задачи

-->//Присваивание значения периоду полураспада T [мес.]

-->T=12;

-->//Постоянная распада источника S [мес^(-1)] составляет:

-->S=log(2)/T

S  =

    0.0577623 

-->//Разница моментов времени t1 и t2 [мес]:

-->t=2;

-->//Соотношение числа излучаемых  источником в ед.времени

-->//ионизирующих частиц в моменты  времени t1 и t2

-->dn=exp(-S*t)

 dn  =

    0.8908987 

-->//Найдем во сколько раз  нужно увеличить tэ:

-->dt=1/dn;

-->printf("%1.4f",dt)

1.124

 Ответ получился таким же, как и при решении обычным путем. Задача решена верно.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Возможность получения измерительной информации об объекте при использовании ионизирующих излучений основана на зависимости характеристик прошедшего через объект излучения от свойств объекта (материала, толщины, структурных особенностей). Достоинство таких измерительных преобразований заключается в том, что они позволяют исследовать движущиеся объекты (например, багаж авиапассажиров, металлургический прокат), а также объекты, доступ к которым затруднен (вследствие высоких температур, давлений, химической агрессивности).

Достоинством таких преобразований можно сделать и их автоматизацию. Как это и было сделано в  данной работе с помощью системы  компьютерной математики Scilab.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

1. Гольдштейн А.Е. Физические основы получения информации: учебник / А.Е. Гольдштейн. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 292 с.
2. Алексеев Е.Р. Scilab: Решение инженерных и математических задач / Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова, Е.А. Рудченко. – М.: ALT Linux; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 269 с.: ил. ; 8 с. цв. вклейки.
3. Автоматизация производства. Введение в Автоматизацию и общие понятия. - http://www.robopromnn.ru/articles/article.id/87.htm.