Методи визначення іонізуючих випромінювань

Виявлення радіоактивних речовин та іонізуючих (радіоактивних) ви-промінювань (нейтронів, гамма-променів, бета- і альфа-частинок), ґрунту-ється на здатності цих випромінювань іонізувати речовину середовища, в якій вони поширюються.

Під час іонізації відбуваються хімічні та фізичні зміни у речовині, які можна виявити і виміряти. Іонізація середовища призводить до: засвічу-вання фотопластинок і фотопаперу, зміни кольору забарвлення, прозорос-ті, опору деяких хімічних розчинів, зміни електропровідності речовин (га-зів, рідин, твердих матеріалів), люмінесценції (світіння) деяких речовин.

В основі роботи дозиметричних і радіометричних приладів застосо-вують такі методи індикації: фотографічний, сцинтиляційний, хімічний, іонізаційний, калориметричний, нейтронно-активізаційний.

Крім цього, дози можна визначати за допомогою біологічного і роз-рахункового методів.

Фотографічний методоснований на зміні ступеня почорніння фото-емульсії під впливом радіоактивних випромінювань. Гамма-промені, впли-ваючи на молекули бромистого срібла, яке знаходиться в фотоемульсії, призводять до розпаду і утворення срібла і брому. Кристали срібла спри-чиняють почорніння фотопластин чи фотопаперу під час проявлення. Оде-ржану дозу випромінювання (експозиційну або поглинуту) можна визна-чити, порівнюючи почорніння плівки паперу з еталоном.

Сцинтиляційний методполягає в тому,що під впливом радіоактив-них випромінювань деякі речовини (сірчистий цинк, йодистий натрій) сві-тяться. Спалахи світла, які виникають, реєструються, і фотоелектронним посилювачем перетворюються на електричний струм. Вимірюваний анод-ний струм і швидкість рахунку (рахунковий режим) пропорційні рівням радіації.

Хімічний методбазується на властивості деяких хімічних речовинпід впливом радіоактивних випромінювань внаслідок окислювальних або відновних реакцій змінювати свою структуру або колір. Так, хлороформ у воді під час опромінення розкладається з утворенням соляної кислоти, яка

вступає в кольорову реакцію з барвником, доданим до хлороформу. У кис-лому середовищі двовалентне залізо окислюється в тривалентне під впли-вом вільних радикалів, які утворюються у воді при її опроміненні. Трива-лентне залізо з барвником дає кольорову реакцію. Інтенсивність зміни ко-льору індикатора залежить від кількості соляної кислоти, яка утворилася під впливом радіоактивного випромінювання, а її кількість пропорційна дозі радіоактивного випромінювання. За інтенсивністю утвореного забарв-лення, яке є еталоном, визначають дозу радіоактивних випромінювань. За цим методом працюють хімічні дозиметри ДП-20 і ДП-70 М.

Іонізаційний методполягає в тому,що під впливом радіоактивнихвипромінювань в ізольованому об’ємі відбувається іонізація газу и елект-рично нейтральні атоми (молекули) газу розділяються на позитивні й нега-тивні іони. Якщо в цьому об’ємі помістити два електроди і створити елект-ричне поле, то під дією сил електричного поля електрони з від’ємним за-рядом будуть переміщуватися до анода, а позитивно заряджені іони – до катода, тобто між електродами проходитиме електричний струм, названий іонізуючим струмом і можна робити висновки про інтенсивність іоніза-ційних випромінювань. Зі збільшенням інтенсивності, а відповідно й іоні-заційної здатності радіоактивних випромінювань, збільшиться і сила іоні-зуючого струму.

Калориметричний методбазується на зміні кількості теплоти,якавиділяється в детекторі поглинання енергії іонізуючих випромінювань.

Нейтронно-активаційний методзручний під час оцінювання доз ваварійних ситуаціях, коли можливе короткочасне опромінення великими потоками нейтронів. За цим методом вимірюють наведену активність, і в деяких випадках він є єдино можливим у реєстрації, особливо слабких нейтронних потоків, тому, що наведена ними активність мала для надійних вимірювань звичайними методами.

Біологічний методдозиметрії ґрунтується на використанні власти-востей випромінювань, які впливають на біологічні об’єкти. Дозу оціню-ють за рівнем летальності тварин, ступенем лейкопенії, кількістю хромо-сомних аберацій, зміною забарвлення і гіперемії шкіри, випаданню волос-ся, появою в сечі дезоксицитидину. Цей метод не дуже точний і менш чут-ливий, ніж фізичний.

Розрахунковий методвизначення дози опромінення передбачає за-стосування математичних розрахунків. Для визначення дози радіонуклідів, які потрапили в організм, цей метод є єдиним.

На основі іонізаційного методу розроблені прилади, які мають одна-кову будову і складаються зі сприймаючого пристрою 1 (іонізаційної ка-мери або газорозрядного лічильника), підсилювача іонізуючого струму 2 (електричної схеми), реєстраційного пристрою 3 (мікроамперметр) і дже-рела живлення 4 (сухі елементи або акумулятори) (Рис 3.1).

1 – сприймаючий пристрій; 2 – підсилювач іонізуючого струму; 3 – реєстраційний пристрій (мікроамперметр); 4 – джерело живлення

Рисунок 3.1 – Принципова схема приладу для іонізаційного визначення радіоактивних випромінювань

Сприймаючий пристрій призначений для перетворення енергії радіо-активних випромінювань в електричну.

В основу роботи дозиметричних приладів покладено принцип іоніза-ції газів.

Як відомо, гази не є провідниками електричного струму. Під впли-вом радіоактивних випромінювань гази іонізуються (утворюють пару каті-он – електрон) і в результаті іонізації починають проводити струм. При цьому величина цього струму (його звуть іонізаційним струмом) пропор-ційна потужності дози (рівню радіації). На цій властивості газів і ґрунту-ється робота сприймаючого пристрою дозиметричних приладів – іоніза-ційної камери та газорозрядного лічильника.

Іонізаційна камерамає вигляд прямокутної коробки або трубки,ви-готовленої з алюмінію або пластмаси. В останньому випадку внутрішню поверхню стінок вкривають струмопровідним матеріалом. У середині ко-робки або трубки розміщується графітовий чи алюмінієвий стержень.

Отже, в іонізаційній камері є два електроди: до стінки камери, яка

виконує роль позитивного електрода, підключається позитивний полюс від джерел живлення, а до графітового чи алюмінієвого стержня, який виконує роль негативного електрода і розміщений у середині камери – негативний полюс. Простір у камері між електродами заповнений сухим розрядженим повітрям. Сухе повітря, що заповнює іонізаційну камеру, є добрим ізоля-тором. Ось чому у звичайних умовах електричний струм через камеру не проходить. У зоні радіоактивних забруднень у камеру проникають гамма-випромінювання і бета-частинки, які спричиняють іонізацію повітря. Іони, що утворилися під дією електричного поля, починають спрямовано руха-тися, а саме: негативні іони рухаються до позитивного електрода (анода), а позитивні іони – до негативного електрода (катода). Таким чином, у лан-цюгу камери виникає іонізаційний струм.

Проте безпосередньо виміряти силу іонізуючого струму неможливо, бо вона дуже мала. У зв’язку з цим для посилення іонізуючого струму за-стосовують електричні підсилювачі, після чого струм проходить через ви-мірювальний прилад, шкала якого проградуйована у відповідних одиницях вимірювання.

Газорозрядний лічильникпризначений для вимірювання малої ін-тенсивності у десятки тисяч разів меншої тієї, яку можна виміряти іоніза-ційною камерою. Через це газорозрядні лічильники застосовуються у при-ладах для вимірювання рівня радіації на місцевості (рентгенметрах), у приладах (радіометрах) для вимірювання ступеня забрудненості різних предметів, продуктів, урожаю, кормів альфа-, бета- і гамма-активними ре-човинами.

Газорозрядні лічильники відрізняються від іонізаційних камер як конструктивним оформленням, так і характером іонізації, що відбувається в них. Лічильник складається з тонкостінної металевої (з нержавіючої ста-лі) трубки довжиною 10–15 см і діаметром 1–2 см. По осі трубки протягну-то дуже тонку вольфрамову нитку. До електродів лічильника, тобто до во-льфрамової нитки і стінок трубки, підведено напругу від джерела живлен-ня. Простір між стінками трубки і металевою ниткою заповнений інертним газом (неоном, аргоном або їх сумішшю), з невеликою добавкою галогенів (хлору, брому).

Тиск газового наповнення в лічильнику понижений – близько 1330 Паскалів (10 міліметрів ртутного стовпчика).

Іонізаційна частинка, потрапляючи всередину лічильника, створює принаймні одну пару іонів: позитивний іон і електрон. Під дією електрич-

ного поля позитивний іон рухається до катода (стінки трубки), а електрон

– до анода (нитки лічильника). Рух іонів спричиняє в ланцюгу лічильника стрибок (імпульс) струму, який після посилення може бути зареєстрований вимірювальним приладом (мікроамперметром).

Реєструючи кількість імпульсів струму, які виникають за одиницю часу, можна знайти інтенсивність радіоактивних випромінювань.

Проходження в газовому лічильнику імпульсів напруги можна почу-ти в головних телефонах у вигляді клацань, які при сильному зараженні поверхні переходять у шум (тріск).

Підсилювач іонізуючого струму призначений для посилення слабких сигналів, які виробляються сприймаючим пристроєм, до рівня, необхідного для роботи реєстраційного (вимірювального) пристрою.

Реєстраційний пристрій призначений для вимірювання сигналів, які виробляються сприймаючим пристроєм. Шкали приладів градуйовані без-посередньо в одиницях тих величин, для вимірювання яких призначений прилад (відповідної характеристики радіоактивних випромінювань).

Джерело живлення забезпечує роботу приладу. Для цієї мети засто-совують сухі елементи або акумулятори.

Поиск по сайту: