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

Для лучшего понимания функционирования радиометра рассмотрим два режима работы транзисторов: когда импульс от счетчика на входе VT2 отсутствует и когда он присутствует.

В первом режиме (гамма-квант отсутствует) напряжение (относительно общего провода, т.е. положительного вывода источника питания) на эмиттере VT2 равно "0" (VT2 закрыт), на коллекторе VT3 напряжение "-4.5" (VT3 закрыт), на стоке VT4 -"0" (VT4 открыт), светодиод НИ не светится (транзистор VT6 закрыт).

Во втором режиме в результате радиоактивного распада одиночный кратковременный импульс от счетчика импульсов (от одиночного гамма-кванта) поступает на VT2. Этот одиночный импульс можно проконтролировать по осциллографу: на эмиттере VT2 - отрицательный, на коллекторе VT3 - положительный, на стоке VT4 - отрицательный, на коллекторах VT5 и VT6 -положительный.

Если импульсов от счетчика ВД1 в результате радиоактивного распада beta- или гамма-частиц в единицу времени поступает несколько, то эти импульсы будут одновременно регистрироваться на светодиоде HL1 и на стрелочном индикаторе РА1. Показания прибора по шкале мкА нетрудно перевести в мкР/ч.

Если прибор работает нормально, то наличие этих импульсов в вышеуказанных точках можно проконтролировать по осциллографу. При этом импульсы будут просматриваться аналогично прохождению одиночного импульса и в аналогичной полярности.

Например, при наблюдении естественного радиоактивного фона (это гамма-кванты - результат естественного распада радиоактивных элементов плюс космические распады) по осциллографу можно наблюдать редкие одиночные импульсы в количестве 50-100 импульсов/мин. При этом каждый импульс, контролируемый на осциллогрфе, будет зафиксирован вспышкой светодиода HL1.

Предел, выбранный автором, составляет 0-100 мкР/ч и его можно легко изменить в сторону уменьшения или увеличения. Для этого достаточно изменить параметры интегрирующей цепи R1 ,С6 и R4.

 

2.3 Спектрометры ионизирующих излучений  - схема строения

 

Рис. 3. Схема спектрометра заряженных частиц

Устройство для регистрации частиц содержит детектор, усилитель, преобразователь сигнала и регистрирующее устройство. Преобразователь переводит сигнал детектора в стандартный импульс или преобразует амплитуду или время прихода сигнала в цифровой код. Для регистрации результатов измерения применяются счётчики импульсов, запоминающие устройства или компьютеры, реже самопишущие приборы или фотоаппаратура.

На Рис. 3 изображена упрощённая система для исследования спектров излучения. Заряженная частица пересекает детекторы Д1, Д2, Д3 и останавливается в детекторе Д4. Сигналы с Д1, Д2, Д3 через формирователи Ф1, Ф2, Ф3 поступают на схему совпадений СС, которая отбирает события, при которых сигналы на её входы приходят одновременно. Одновременность прихода импульсов обеспечивается согласующимися линиями задержки ЛЗ. Схема совпадения вырабатывает сигнал, который «разрешает» преобразование исследуемого импульса от детектора Д4. Результат преобразования из аналого-цифрового преобразователя АЦП в виде цифрового кода заносится в оперативное запоминающее устройство или ЭВМ. Измеренный амплитудный спектр выводится на экран электроннолучевой трубки ЭЛТ. Эта часть системы, ограниченная пунктиром, представляет собой многоканальный амплитудный анализатор. Скорость счёта на выходе схемы совпадений, фиксируемая счётчиком СЧ, показывает число зарегистрированных событий. Временной отбор сигналов осуществляется схемами совпадений, которые срабатывают от импульсов с определённой длительностью и амплитудой. Схемы совпадения реализуют логическую функцию «И» (логическое умножение), т. е. на её выходе сигнал появляется лишь тогда, когда импульсы на всех входах имеют определённый уровень, называются «единичным». Если на один из входов схемы совпадения подать сигнал с инвертированной полярностью, она превращается в схему антисовпадений. В современных схемах совпадений и антисовпадений используются стандартные интегральные схемы (Рис. 4).

Рис.4. Схема совпадений

  

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

 

Приборы, системы и средства контроля радиационной обстановки подразделяются на:

- радиометрические;

- дозиметрические;

- спектрометрические.

Приборы и системы для непосредственного измерения ионизирующих излучений и вспомогательные средства, включающие пробоотборники различного назначения, а также оборудование радиометрических лабораторий.

В соответствии с данной классификацией характера измерений ионизирующих излучений, определяющей основное назначение приборов и систем радиационного контроля, а также с учетом специфики их конструкции и сферы применения, приборы, системы и средства радиационного контроля можно условно разделить на приборы, системы и средства, применяемые для контроля радиационной обстановки, и приборы, используемые для дозиметрического контроля облучения населения.

1) Приборы контроля  радиационной обстановки:

- Радиометры.

Также их можно назвать измерителями радиоактивности. Такие приборы применяются для обнаружения и определения степени радиоактивного загрязнения различных поверхностей, оборудования, транспорта, одежды, кожных покровов, удельной и объемной активности проб объектов внешней среды, проб различных пищевых продуктов. К таким приборам относятся (РУБ-ОШ и РУБ-01П7, РПГ-09).

PaduoMevipbi-дозиметры - это приборы, решающие задачи как радиометрии, так и дозиметрии, причем основной задачей этих приборов считается измерение степени загрязнения объектов, т.е. радиометрия. К ним относятся такие приборы, как МКС-05Н, РЗС-10НР, ИРД-02.

Сигнальные установки.

Такие приборы предназначены для контроля и сигнализации о загрязнении различных поверхностей (рук, обуви, спецодежды). К сигнальным установкам относятся РЭБ-05, СЗБ-03, сигнализатор радиоактивных денег «Ирида».

- Дозиметрические приборы.

Приборы дозиметрического контроля населения включают приборы контроля внешнего облучения и приборы контроля внутреннего облучения. Приборы, системы и средства радиационного контроля могут быть переносными, стационарными и передвижными (бортовыми), базирующимися на различных видах транспорта.

В группу дозиметрических приборов входят дозиметры, дозиметры-радиометры и индикаторы-сигнализаторы мощности дозы гамма-излучения. По специфике использования среди этих типов приборов можно условно выделить приборы, выпускаемые промышленностью для населения, так называемые бытовые дозиметрические приборы, предназначенные для оценки населением радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях; некоторые из них позволяют также определять и измерять загрязнение продуктов питания. Эти приборы, как правило, характеризуются простотой конструкции и эксплуатации, достаточно высокой надежностью и относительно малой стоимостью.

При пользовании бытовыми дозиметрическими приборами следует учитывать, что они обеспечивают измерение в основном мощности дозы гамма-излучения, но не все из них чувствительны к бета-излучению. Они также не чувствительны к мягкому рентгеновскому и тормозному излучению (цветные телевизоры, цветные дисплеи компьютеров), альфа-частицам и нейтронам.

Непосредственно к дозиметрам относятся приборы типа ДПГ-06Т, ДРГ-01Т, к бытовым дозиметрам ("Белла", "Юпитер", карманный дозиметр DG-101.

- Дозиметры-радиометры.

Эти приборы решают задачи как дозиметрического, так и радиометрического контроля, причем основной задачей является измерение мощности дозы, т.е. дозиметрия. К таким приборам относятся МКС-02С \ МКС-ОЗС, измеритель радиоактивности РСМ-101 и другие, к бытовым приборам - Анри-01 "Сосна", ДБГ-07 "Эксперт".

Дозиметры и дозиметры-радиометры дают на выходе, как правило, цифровую индикацию.

Индикаторы-сигнализаторы, в том числе пороговые индикаторы-сигнализаторы мощности дозы гамма-излучения, (это наиболее простые по конструкции приборы, фиксирующие наличие ионизации в определенном диапазоне). Приборы имеют, как правило, световую и звуковую индикацию. Это в основном бытовые сигнализаторы-индикаторы мощности дозы "Свсрчок-4М", "Светофор", РМ-121,РМ-122.

- Спектрометрические приборы

Спектрометры (приборы, предназначенные для регистрации и измерения энергетического спектра ионизирующих излучений. Они классифицируются по виду излучений (альфа-, альфа-бета-, альфа-бста-гамма- спектрометры), по принципу действия и по конструктивным особенностям.

В сфере радиационного контроля окружающей среды с помощью спектрометров решается задача определения наличия в окружающей среде радионуклидов, отсутствующих в составе природного фона, т.е. фиксируется наличие радиоактивного загрязнения техногенного характера, причем учитывается тип изотопов и их активность. Индикация приборов цифровая и графическая.

К приборам такого вида относятся спектрометры "MS PS-40Ge", "Проспект-НРФ", "СКЗ-50".

 

 

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

Уровень радиации на открытой местности и  в закрытых помещениях отличается  значительно. Причем, имеет значение, в каком месте производится измерение.

Уровень радиации на открытой местности меньше, чем в здании в 1,2 раза. Уровень радиации в деревянных домах гораздо меньше, чем в кирпичных или панельных зданиях.

В Международной системе единиц СИ экспозиционная доза излучения измеряется в кулонах на килограмм, Кл/кг, а ее мощность - в кулонах на килограмм в секунду, Кл/кг*с. Кулон на килограмм равен экспозиционной дозе, при которой в 1 кг воздуха в результате ионизации образуется суммарный электрический заряд всех ионов одного знака, равный 1 Кл.

При оценке последствий облучения людей ионизирующими излучениями важно знать не экспозиционную, а поглощенную дозу излучения, т.е. количество энергии ионизирующих излучений, поглощенное тканями организма человека.

В качестве единицы измерения поглощенной дозы излучения в системе СИ принят грэй, Гр, а мощность такой дозы - грэй в секунду, Гр/с. На практике используется внесистемная единица поглощенной дозы - рад (в одном грамме облучаемого вещества поглощается энергия, равная 100эрг). Внесистемная единица мощности поглощенной дозы - рад в час или рад в секунду, рад/ч, рад/с.

Между экспозиционной Дэксп и поглощенной Дпогл дозами излучения имеется зависимость:

Дпогл = ДэкспК,

Где К - коэффициент пропорциональности (для мягких тканей организма человека К = 0.877).

Учитывая то, что погрешность измерений существующих дозиметрических приборов составляет 15-30 %, коэффициент пропорциональности принимают равным единице. Поэтому при оценке последствий облучения людей значения экспозиционной и поглощенной доз, измеренные с помощью дозиметрических приборов, примерно одинаковы.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамм-излучений является рентген. Дозе в 1 рентген соответствует образование 2,083*109 (в 9 степени) пар ионов в 1 см3 кубическом воздуха при температуре 0 С и давлении 760 мм рт. ст.

Для оценки последствий облучения организма человека различными видами излучений, а также при попадании радионуклидов в его организм с воздухом, водой и пищей применяется специальная единица измерения эквивалентной дозы облучения - бэр (биологический эквивалент рентгена).

Источниками радиационной обстановки на Земле являются: природная радиоактивность, включая космическое излучение; глобальный радиационный фон, обусловленный проводившимися испытаниями ядерного оружия; эксплуатация радиационно опасных объектов.

Для обнаружения и измерения ионизирующих излучений используют следующие методы: фотографический, сцинтилляционный» химический и ионизационный.

Фотографический метод основан на степени почернения фотоэмульсии Под воздействием ионизирующих излучении молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, распадаются на серебро и бром. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее проявлении. Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу излучения {экспозиционную или поглощенную)/ полученную пленкой. На этом принципе основаны индивидуальные фотодозиметры.