Файл: Лекции по РБ.doc

Годовая эквивалентная доза не должна превышать 0,1 бэр. Доза, полученная ликвидаторами составляет:

0,05 – 0,1 Зв (5 – 10 бэр) – у 30% ликвидаторов;

0,1 – 0,25 Зв (10 – 25 бэр) – у 47% ликвидаторов;

0,25 – 0,5 Зв (25 – 50 бэр) – у 7,3% ликвидаторов.

Лекция № 4

Методы и организация дозиметрического контроля

4.1. Общие сведения

Радиоактивные излучения не воспринимаются органами чувств. Наличие радиоактивных веществ на местности нельзя обнаружить визуально (зрительно) или органолептически (с помощью других органов чувств) и поражение людей может происходить незаметно для них. Для своевременного и быстрого обнаружения радиоактивных веществ в воздухе, на местности, различных предметах и в разной среде созданы специальные приборы радиационной разведки, контроля полученных доз облучения и степени загрязнения.

Работа дозиметрических приборов основана на способности излучений ионизировать вещество среды, в котором распространяется излучение. Ионизация в свою очередь является причиной некоторых физических и химических изменений в веществе, которые могут быть обнаружены и измерены. К таким изменениям относятся: увеличение электропроводимости (газов, жидкостей, твердых материалов), люминесценция (свечение) веществ, засвечивание светочувствительных материалов (фотопленок), изменение окраски, прозрачности некоторых химических растворов и др.

В зависимости от природы регистрируемого физико-химического явления, происходящего в среде под влиянием ионизирующих излучений, различают ионизационный, сцинтилляционный, химический, фотографический и другие методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений.

Важнейшим элементом большинства приборов, предназначенных для измерения ионизирующих излучений является детектор. Детектор – это часть (элемент) прибора применяемого для обнаружения ионизирующих излучений, измерения их энергии. К детекторам относятся ионизационные камеры, сцинтилляционные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера, фотопластинки и др.

4.2. Ионизационный метод

Ионизационный метод основан на ионизации атомов и молекул, которая происходит под влиянием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме), в результате чего электропроводимость среды увеличивается, что может быть зафиксировано соответствующими электронно-техническими приспособлениями.

В качестве детектора наиболее часто применяется ионизационная камера. Она состоит из двух электродов, между которыми находится газовая среда (воздух или другой газ), которые подключены к источнику питания для создания электрического поля. При отсутствии ионизирующих излучений ток в электрической цепи камеры протекать не будет, так как в ней нет свободных электронов и сопротивление ее бесконечно большое.

Под действием ионизирующих излучений в газовой среде камеры образуются ионы и электроны, которые в результате разности потенциалов на электродах приобретают направленное движение к соответствующим электродам (аноду или катоду). В электрической цепи начинает протекать ток, который регистрируется измерительным приспособлением. Величина ионизационного тока пропорциональна величине излучений. Ионизационные камеры могут иметь различные форму и конструкцию. Наиболее часто применяются цилиндрические камеры (рентгенметр ДП-3Б) и плоские. В некоторых камерах используется конденсатор (конденсаторные камеры) – комплекты дозиметров ДП-24, ДП-23А, ДК-02, КИД-2 и др.

Ионизационные камеры используются для измерения всех видов ядерных излучений. Малая проникающая способность альфа-частиц вынуждает использовать для их регистрации камеры с очень тонкими окнами.

Пропорциональные счетчики. Под действием излучения происходит ионизация. Сила ионизационного тока начинает возрастать, поскольку ионы, образованные излучением и особенно электроны приобретают при движении к электродам ускорения, достаточные для того, чтобы самим производить ионизацию вследствие соударений с атомами газовой среды детектора. Между числом первично образованных ионов и общей суммой ионов, участвующих в создании ионизационного тока имеется строгая пропорциональность. Наличие пропорционального усиления в счетчиках позволяет определить энергию ядерных частиц и измерить их структуру. Пропорциональные счетчики в большинстве случаев используются для регистрации альфа – частиц (счетчики САТ-7, САТ-8). Счетчики наполняются смесью иона с аргоном.

Газоразрядные счетчики. Ионизационные детекторы, в которых используется принцип газового усиления называются газоразрядными счетчиками. Усиление ионизационного тока происходит за счет явления ударной ионизации. Сущность ударной ионизации заключается в следующем. На электрон, образующийся в пространстве между электродами, к которым приложена большая разность потенциалов, действует сила, равная F = e·E (E – напряженность электрического поля). Под действием этой силы скорость электрона увеличивается, а следовательно, увеличивается его кинетическая энергия. На пути своего движения он сталкивается с нейтральными атомами и передает им приобретенную энергию, вызывая тем самым ионизацию. Происходит умножение начального числа ионов (лавинообразная вторичная ионизация). Движение положительных ионов и электронов к соответствующим электродам вызывает импульс тока в цепи счетчика и соответственно импульс напряжения в его электродах. Для гашения разряда внутри счетчика вводится специальные гасящие примеси (самогасящиеся счетчики). Обычно применяют пары многоатомных спиртов. После гашения разряда процесс повторяется, в счетчик проникает вторая частица ионизирующего излучения и процесс газового усиления повторяется.

Счетчик Гейгера-Мюллера. Относится к газоразрядным счетчикам. Внутренний объем счетчика наполнен инертным газом при пониженном давлении. При попадании хотя бы одной ядерной частицы в счетчик происходит первичная ионизация газовой среды. Образовавшиеся положительные ионы движутся к катоду – стенке счетчика, а электроны движутся к аноду – нити. Малая площадь анода создает в области нити большую плотность силовых линий, поэтому здесь напряженность электрического поля достигает больших величин. Под влиянием высокой разности потенциалов между электродами и пониженного давления в счетчике электроны движущиеся к аноду, приобретают большие ускорения и производят ударную вторичную ионизацию. Новые образовавшиеся ионы, в свою очередь, приобретают скорость, при которой они способны вызвать ионизацию. Коэффициент газового усиления может достигать 10 ⁸ – 10^{10 .}

Если во время быстро нарастающей ионизации в счетчик проникает следующая ядерная частица, то она не будет регистрироваться счетчиком, поскольку произведенная ею ионизация уже не изменит имеющейся картины.

Для обнаружения второй ядерной частицы необходимо «погасить» процесс ионизации. В несамогасящихся счетчиках (а к ним относятся и счетчик Гайгера-Мюллера) для гашения используют радиотехническую схему (производят выбор соответствующего внешнего сопротивления, которое намного превышает внутреннее сопротивление счетчика). Такой способ гашения разряда медленный, поэтому счетчик готов к регистрации следующей частицы через время, большее нескольких миллисекунд.

Время, в течение которого счетчик не может зарегистрировать попавшую в него частицу, называется мертвым временем счетчика. Мертвое время газоразрядных счетчиков составляет 10^–4с Время, в течение которого счетчик способен регистрировать частицы (кванты) раздельно, характеризует его разрешающую способность. Самогасящиеся счетчики способны раздельно регистрировать до 10⁴ имп/с.

Счетчики Гейгера-Мюллера применяются для регистрации всех видов излучений, но чаще для регистрации электронов. Гамма-кванты ввиду их малой ионизирующей способности обычно не регистрируются (регистрируется один из 100). Для регистрации бета-частиц применяются счетчики СТС-5, АС-1 и др; альфа- и бета- частиц – счетчики МТС-17, СБТ-7 и др.

4.3. Сцинтилляционный метод

В некоторых веществах (сцинтилляторах) под действием ионизирующих излучений происходит ионизация и возбуждение атомов. При переходе атомов из ионизированного и возбужденного состояния в основное высвечивается энергия в виде вспышек света (сцинтилляций), которая может быть зарегистрирована различными способами. Сцинтилляции могут быть зарегистрированы наблюдением или же с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) энергия света может быть переведена в электрический сигнал (импульсы электрического тока). ФЭУ совмещает свойства фотоэлемента и усилителя тока с большим коэффициентом усиления – 10⁶-10⁹.

В основе сцинтилляционного метода лежит явление люминесценции (холодного свечения вещества), которая вызвана ионизацией и возбуждением атомов, когда входящее в их состав электроны переходят на более высокие энергетические уровни и через некоторое время возвращаются в основное состояние.

По составу сцинтилляторы делят на неорганические и органические, а по агрегатному состоянию – на твердые, пластические, жидкие и газовые. Из неорганических сцинтилляторов для регистрации бета- и гамма-излучений используют йодистый натрий (калий), активированный талием – NaJ (Tl), KJ (Tl); для регистрации альфа-излучений – сернистый цинк, активированный серебром – ZnS (Ag); для регистрации гамма-излучений – йодистый цезий, активированный талием – CsJ (Tl), сернистый кадмий, активированный серебром – СdS (Ag). Применяют также в качестве сцинтилляторов йодистый литий – LiJ, вольфрамат кадмия – CdWO₄, а также инертные газы: аргон (Аг), ксенон (Хе), криптон (Кч).

Из органических веществ наибольшее распространение получили такие, как антрацен (С₁₄Н₁₀), нафталин (С₁₀Н₈), стильбен (С₁₄Н₁₂), пластмассы и др.

От веществ, которые применяются в качестве сцинтилляторов, требуется, чтобы они давали сильные и равномерные вспышки, обладали высоким коэффициентом поглощения ионизирующих излучений, не поглощали значительно собственные излучения, имели небольшое время высвечивания.

Сцинтилляционные счетчики обладают большой эффективностью счета – до 100%. С помощью сцинтилляционных счетчиков можно по числу импульсов, возникающих в них в единицу времени, определить активность источника, а по величине тока в электрической цепи – мощность доз излучения. На этом принципе основано действие индивидуальных измерителей доз – ИД-11.