Основные способы обнаружения ионизирующих излучений, взаимодействие ионизирующих излучений с различными объектами

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………….3

1. Основные способы обнаружения ионизирующих излучений, взаимодействие ионизирующих излучений с различными объектами……….4

2. Схема строения дозиметрических  приборов радиационного контроля (дозиметры, радиометры, спектрометры)……………………………………….6

2.1 Схема дозиметра (радиационный  дозиметр)………………………….6

2.2 Схема радиометра……………………………………………………….7

2.3 Спектрометры ионизирующих  излучений  - схема строения…………….9

3. Классификация приборов  радиационного контроля (дозиметры, радиометры, спектрометры)………………………………………………….…11

4. Измерение радиоактивного  фона на открытой местности  и в разных помещениях……………………………………………………………………..13

5. Измерение загрязнения  поверхностей объектов радиоактивными  веществами………………………………………………………………………16

6. РДУ-2000 года (радиационные  допустимые уровни загрязнения  различных веществ и объектов)…………………………………………………………….18

Заключение……………………………………………………………………....20

Литература……………………………………………………………………….21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Контроль радиационной обстановки является составной частью контроля состояния экологической обстановки и заключается в проведении радиоэкологического мониторинга (наблюдения и оценки фактической радиационной обстановки), прогнозирование ее развития и на основании этих данных путем сравнения с контрольными данными определение необходимости принятия мер по защите населения и территорий и нормализации обстановки.

Контроль радиационной обстановки осуществляется постоянно на всей территории страны силами и средствами государственной системы экологического мониторинга, ГСЧС различных уровней, заинтересованными министерствами и ведомствами, подразделениями наблюдения и контроля ядерно- и радиационно-опасных объектов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные способы  обнаружения ионизирующих излучений, взаимодействие ионизирующих излучений  с различными объектами

 

Для обнаружения и регистрации радиоактивного излучения используются 4 основные метода:

1) Ионизационный метод - Сущность его заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. Проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен.

Такие устройства называют детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах используются ионизационные камеры и газоразрядные счетчики различных типов.

Ионизационный метод положен в основу работы таких дозиметрических приборов, как ДП-5А (Б, В), ДП-22В и ИД-1.

2) Химический метод – Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра гамма- и нейтронного излучения ДП-70 МП.

3) Оптический – основан на том, что под действием радиоактивного излучения возникают оптические явления (вспышки, свечения);

4) Фотографический – метод фотографирования эмульсий, основан на том, что в фотографическом материале остается скрытый след воздействия излучений.

Приборы:

1) Ионизирующий счетчик – основан на том, что под действием излучения в этом приборе возникают токи и напряжение, которые регистрируются и анализируются. По параметрам тока определяется вид излучения.

2) Пузырьковая камера - основана на том, что под действием излучения жидкость начинает вскипать под действием радиационного излучения.

3) Сцинтилляционный счетчик – состоит из 2 главных элементов:

1- пластина, чувствительная  к действию радиоактивных излучений  с множеством ячеек (сцинтиллятор);

2- регистрирующее устройство. Излучение, действуя на ячейку  прибора, возникает вспышка. Характеристика  это вспышки анализируется и  по ним определяется вид излучения. 

Взаимодействие ионизирующих излучений с различными объектами.

Под взаимодействием излучений с веществом понимают те химические и физические процессы, которые возникают в веществе при прохождении через него излучения.

Любое излучение взаимодействуя с веществом теряет свою энергию. Это может происходить 2 способами:

1. Ионизационная потеря – энергия излучения растрачивается на ионизацию встречных атомов и молекул

2. Радиационные потери (тормозные) – процесс потери энергии на резкое торможение при встрече молекул и атомов.

Взаимодействие альфа-частиц с веществом. Альфа-частицы проходя через вещество главным образом теряет свою энергию через ионизационное взаимодействие. Траектория движения альфа-частиц в веществе напоминает прямую линию.

Взаимодействие бета-лучей с веществом. Бета-лучи с маленькой энергией растрачивают энергию на тормозные потери. Бета-лучи с большим запасом энергии через тормозные потери траектория движения напоминает ломаную линию.

Взаимодействие гамма-лучей с веществом. Выделяют 3 варианта взаимодействия:

1) фотоэффект – такой процесс взаимодействия гамма-лучей с веществом при котором вся энергия гама-луча передается одному из электронов встречного атома.

2) Комптоновский эффект - процесс при котором не вся энергия гамма-луча передается электрону встречного атома. После такого взаимодействия гамма-луч продолжает движение, но с меньшим запасом энергии.

3) Эффект образования электронно-базитронных пар. В этом случае гамма-лучи действуют не на электрон, а на ядро атома. В результате такого взаимодействия гамма-луч преобразовывается в пару частиц электрон+базитрон. 

Воздействие на конструкционные материалы

Длительное воздействие корпускулярных излучений или фотонных излучений сверхвысоких энергий может существенно изменять свойства конструкционных материалов. Изучением этих изменений занимается инженерная дисциплина радиационное материаловедение. Раздел физики, занимающийся исследованием поведения твердых тел под облучением, получил название радиационная физика твердого тела.[11] Наиболее значимыми типами радиационных повреждений является:

- разрушение кристаллической решетки вследствие выбивания атомов из узлов;

- ионизация диэлектриков;

Изменение химического состава веществ вследствие ядерных реакций.

Учет радиационных повреждений инженерных конструкций наиболее актуален для ядерных реакторов и полупроводниковой электроники, рассчитанной на работу в условиях радиации.

 

2. Схема строения  дозиметрических приборов радиационного  контроля (дозиметры, радиометры, спектрометры)

1. Дозиметры — приборы для измерения дозы ионизирующего излучения (экспозиционной, поглощенной, эквивалентной), а также коэффициента качества;

2. Радиометры — приборы для измерения плотности потока ионизирующего излучения;

3. Спектрометры ионизирующих излучений — приборы, измеряющие распределение (спектр) величин, характеризующих поле ионизирующих излучений.

 

2.1 Схема дозиметра (радиационный дозиметр).

Принципиальная схема радиолюбительского дозиметра, ведущего измерения ионизирующего излучения в ЕРФ - в единицах естественного радиационного фона (Dф-15 мкР/ч), приведена на рис. 1.

Датчиком радиации BD1 в дозиметре является счетчик Гейгера типа СБМ20, чувствительный к g- и жесткому b-излучению. Его реакция на естественный радиационный фон - импульсы тока, следующие без видимого порядка со средней скоростью Na=20...25 имп/мин. Скорость счета в счетчиках Гейгера линейно связана с уровнем радиации.

Так, на десятикратное увеличение ее уровня счетчик СБМ20 отреагирует десятикратным же увеличением скорости счета - до Nрад =200...250 имп/мин. Прямая пропорциональность преобразования Nрад <->Dрад начнет нарушаться лишь при очень значительных уровнях радиации, с появлением большого числа импульсов, разделенных слишком малым, за пределами разрешающей способности счетчика, временным интервалом. В паспорте счетчика обычно указывают Nmax - максимальную скорость счета. Для счетчика СБМ20 Nmax=4000 имп/с. И если он сохранит линейность преобразования Nрад <->Dрад хотя бы до 2000 имп/с, то по скорости счета можно будет численно оценивать радиационные поля в диапазоне Dрад =(1...5000) Dф - более чем достаточном для бытового прибора.

Рис. 1. Радиолюбительский дозиметр

 

2.2 Схема радиометра.

Регистрация излучения проводится по стрелочному прибору и свето-диоду. Для питания используется любой источник с напряжением не менее 4,5 В. Напряжение питания прибора можно варьировать от 4,5 до 6 В. Работоспособность радиометра сохраняется при уменьшении питающего напряжения до 3,75 В. Ток, потребляемый прибором,приведен в таблице.

Прибор состоит из выносного блока детектирования ВД1 - регистратора импульсов, в качестве которого используется счетчик Гейгера-Мюлле-ра, помещенный в герметичный пластмассовый корпус; высоковольтного преобразователя на транзисторе VT1, являющегося источником питания счетчика импульсов; эмиттерного повторителя на VT2; усилителя на VT3; усилителя на полевом транзисторе VT4; выходных транзисторных усилителей на VT6, VT5 с интегратором; стрелочного прибора РА1 и светодиода НИ.

Рис. 2. Схема радиометра

Высоковольтный источник питания счетчика импульсов (счетчика Гейгера-Мюллера) состоит из преобразователя напряжения на транзисторе VT1 по схеме трансформаторного автогенератора и выпрямителя, собранного по схеме умножителя напряжения на VD1-VD4, С1-С4, что позволяет получить необходимое напряжение питания счетчика импульсов. Указанное напряжение колеблется в пределах от 360 до 450 В в зависимости от выбранного счетчика импульсов. Автор применил малогабаритный счетчик СБМ-20, однако данная схема без каких-либо изменений и доработок позволяет использовать любой счетчик промышленного производства, например, СТС-6, СИ-19Г, СИ-20Г, СИ-21Г, СИ-22Г. Все вышеуказанные типы счетчиков проверены на работоспособность в рассматриваемой схеме и показали хорошую надежность.

При попадании в счетчик ВД1 заряженной частицы (beta-частицы) или гамма-кванта, являющихся результатом распада радиоактивных элементов, в газовой среде счетчика возникают ионы и электроны. Это приводит к лавинообразному процессу, в результате которого происходит газовый разряд, который сразу же гасится гасящим элементом - примесью галогенов. В результате на конденсаторе С5 возникает отрицательный импульс, который подается на базу транзистора VT2 (усилителя тока) эмиттерного повторителя, и через усилители на VT3-VT6 отражается одиночной вспышкой светодиода НИ.

Если таких импульсов в единицу времени в результате радиоактивного распада несколько, то они будут непрерывно "отражаться" на светодиоде НИ. Кроме этого, сформированные схемой радиометра импульсы через усилитель на VT5 и через цепочку R1 ,С6 будут фиксироваться на стрелочном индикаторе РА1.