МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ
ИОНИЗИРУЮЩИХ
ИЗЛУЧЕНИЙ
канд. геол.-мин. наук, доцент
О.А. Максимова
Методы и приборы
радиационного контроля
• Для исследования различных характеристик
излучений (мощности дозы, энергии,
спектрального состава и др.) используются
различные регистрирующие и
измерительные приборы.
• Любой такой прибор состоит из двух
основных частей – детектора и
измерительного устройства.
Детектор
Измерительное
устройство
Методы и приборы
радиационного контроля
• Детектор осуществляет преобразование попадающих в
него ионизирующих частиц или квантов в электрические
импульсы.
• Измерительное устройство усиливает импульсы, а затем
обрабатывает поток импульсов и в соответствии с
заложенным в него алгоритмом выдает нужную
информацию – считает число импульсов в секунду,
измеряет их длительность, измеряет амплитуду
импульсов, определяет мощность дозы, определяет
спектральную характеристику излучения и т.п.
Ионизационные
Полупроводниковые
Сцинтилляционные
Люминисцентные
Фотографические
Химические
ДЕТЕКТОРЫ
Методы и приборы
радиационного контроля
Наиболее распространёнными
детекторами заряженных частиц и
гамма-квантов являются
газовые ионизационные детекторы –
ионизационные камеры, газоразрядные
счётчики (из последних наибольшее
распространение получили счётчики
Гейгера-Мюллера).
Вальтер Мюллер, немецкий
физик, усовершенствовавший
счётчик Гейгера.
Ханс Вильгельм Гейгер,
(нем. Hans Geiger, 30 сентября
1882, Нойштадт — 24 сентября
1945, Потсдам) — немецкий физик,
первым создавший детектор
альфа-частиц и других
ионизирующих излучений.
Изобрёл в 1908 г. счётчик Гейгера.
Первый счётчик Ханса Гейгера
Ионизационные детекторы - конденсаторы
той или иной формы, заполненные газом.
Ионизационная камера
• Простейший газонаполненный детектор.
• Представляет собой систему из двух электродов в
объеме, заполненном газом (Ar). Ионизационная
камера может быть выполнена в виде плоского или
цилиндрического конденсатора.
• Движение ионов под действием электрического
поля вызывает появление ионизационного тока в
цепи камеры, который может быть измерен с
помощью какого-нибудь электроизмерительного
прибора.
• Ионизационные камеры бывают интегрирующие
и импульсные. В интегрирующих камерах при
больших потоках частиц импульсы сливаются и
регистрируется ток пропорциональный среднему
энерговыделению. В импульсных камерах
регистрируются отдельные импульсы от каждой
ионизирующей частицы.
Полупроводниковые детекторы
• Представляют собой твёрдотельную ионизационную камеру, в
которой роль носителей электрического заряда играют электроны
и так называемые «дырки». Электрон, выбитый из зоны
проводимости, обладает очень большой энергией, которой
достаточно для проведения ионизации многих других атомов
полупроводника, что приводит к увеличению концентрации
электронов, дырок и, как результат, к увеличению проводимости
полупроводника.
•
Полупроводниковые детекторы позволяют регистрировать все
виды ионизирующих излучений, в том числе и альфа-излучение,
благодаря тому, что не требуют никакого защитного корпуса и
излучение попадает непосредственно на рабочую поверхность
полупроводника.
После включения п/п в
замкнутую электрическую
цепь электроны в зоне
проводимости начинают
двигаться к аноду, а дырки в
валентной зоне к катоду.
Кристалл проводит электрический ток, когда
в зоне проводимости есть электроны. Электроны в
зоне проводимости п/п
могут появляться в результате переходов из валентной зоны.
Электрон покидает валентную зону, если
получает энергию, не меньшую ΔW.
После перехода электрона в валентной зоне п/п остается
незаполненная валентная связь, которую называют дыркой. Она
эквивалентна одному положительному элементарному заряду.
Сцинтилляционные детекторы
Прибор состоит из сцинтиллятора,
фотоэлектронного умножителя
и электронной системы.
Люминесцентный метод
Люминесцентные методы дозиметрии основаны на том, что
некоторые вещества (люминофоры) накапливают часть энергии
ионизирующего излучения, которая может быть потом
освобождена при нагреве или освещении люминофора
определенным участком спектра света (например,
ультрафиолетовым излучением, видимым светом или его
тепловым нагревом). Наблюдаемые при этом оптические эффекты
(например, люминесценция) могут служить мерой поглощенной
дозы.
Индивидуальные
термолюминесцентные дозиметры
Фотографический метод
основан на свойстве
ионизирующих излучений
воздействовать на
чувствительный слой
фотоматериалов аналогично
видимому свету. Для
решения этой задачи
применяют рентгеновские
плёнки, представляющие
собой чувствительную
эмульсию, нанесённую с
одной или двух сторон на
целлулоидную подложку.
Химический метод
основан на измерении числа молекул или
ионов (радиационно-химический выход),
образующихся при поглощении веществом
(раствором) излучения.
Радиационно-химический выход — количественная мера
изменения физико-химических свойств вещества в
результате поглощения им ионизирующих излучений при
радиолизе. Радиационно-химический выход обозначается
буквой G и измеряется количеством возникших или
разрушившихся частиц вещества (радикалов, ионов, атомов,
молекул) или изменившихся его параметров на 100 эВ
поглощенной энергии.
Методы и приборы
радиационного контроля
Методы радиационного контроля можно разделить на
следующие группы:
• дозиметрические;
• радиометрические;
• спектрометрические;
• радиохимические.
Измеренное значение отличается от действительного
благодаря присутствию таких погрешностей, как
инструментальная, методическая, статическая,
динамическая и эксплуатационная. Для приборов
радиационного контроля характерна статистическая
погрешность.
Дозиметрия • измерение, исследование и теоретические
расчёты тех характеристик ионизирующих
излучений (и их взаимодействия со средой), от
которых зависят радиационные эффекты в
облучаемых объектах живой и неживой
природы.
• Основными дозиметрическими величинами
являются: поглощённая, эквивалентная,
эффективная, экспозиционная, коллективная
дозы, мощность дозы, керма, амбиентный
эквивалент дозы.
• Дозиметр – прибор или установка для
измерения ИИ, предназначенные для
получения информации о дозе и мощности
дозы фотонного излучения.
• Групповой дозиметрический контроль (ГДК) – это
контроль облучения персонала, заключающийся в
определении мощности доз и расчёта индивидуальных доз
облучения работников на основании результатов
измерений характеристик радиационной обстановки в
рабочем помещении (на рабочих местах) с учётом времени
пребывания там персонала. Для ГДК используются
стационарные и переносные инспекционные дозиметры.
• Индивидуальный дозиметрический контроль (ИДК) – это
контроль облучения персонала, заключающийся в
определении индивидуальных доз облучения работника за
определенный промежуток времени на основании
результатов индивидуальных измерений, характеристик
облучения тела или отдельных органов каждого работника.
Для ИДК используются носимые индивидуальные
дозиметры.
Радиометрия методы измерений активности (числа распадов в
единицу времени) радионуклидов.
Радиометрические методы исследований
включают определение содержания:
• радиоактивных веществ в воздухе, воде, растениях,
пищевых продуктах, почве, строительных
материалов и других объектах окружающей среды
для дальнейшего расчёта доз облучения человека;
• уровней загрязнения рабочих поверхностей,
одежды, обуви и т.п. при попадании на них
радионуклидов;
• радиоактивных изотопов на теле человека, а также
в его выделениях (слюне, поте, моче, др.)
Гамма-спектрометрия
• Большинство ядерных материалов,
которые подвергаются учёту и контролю,
испускают гамма-излучение, которое
может быть использовано для
неразрушающего анализа этих
материалов.
• Гамма-излучение имеет хорошо известные
энергии, которые являются
характеристиками испускающих их
изотопов. Идентификация
радионуклидов проводится по энергии
гамма-линий и их интенсивности.
• Каждый прибор и метод имеет свою
область применения.
• Не существует универсальных методов и
приборов, применимых для регистрации
ионизирующих излучений при любых
условиях.
• Использование конкретного прибора и
метода за пределами области применения
может привести к грубым ошибкам при
измерении активности радионуклидов и
доз ионизирующих излучений.
Амбиентный эквивалент дозы
(амбиентная доза)
• Так как невозможно непосредственно определить
величину энергии, поглощенной от каждого вида
излучения в каждом органе, то величины
эквивалентной и эффективной доз практически
невозможно измерить. Чтобы преодолеть эту
трудность, МКРЕ рекомендует для зонного
мониторинга использовать операционную
величину «эквивалент дозы амбиентный» или
«амбиентную дозу».
• Большинство приборов используемых для
радиационного мониторинга откалиброваны по
этой величине. Показания этих приборов
используют для разумной оценки величины
эффективной дозы.
Амбиентный эквивалент
дозы, H*(d), в некоторой
точке поля излучения
определяется как
эквивалент дозы, который
создается
соответствующим полем в
шаровом фантоме МКРЕ
на глубине d мм.
Эта величина
используется главным
образом для оценки доз от
сильнопроникающего
излучения, в этом случае
рекомендованная глубина
d составляет 10 мм.
Методы определения радионуклидов
в объектах окружающей среды
Методы определения
радионуклидов
Основанные на регистрации
частиц или квантов, испускаемых
радиоактивными ядрами.
Подходят для определения
радионуклидов с малыми
периодами полураспада
Радиометрические.
Регистрируют
частицы/кванты, не
различая их по
энергиям
Ядерноспектрометрические.
Позволяют исследовать
энергетическое
распределение
частиц/квантов
НЕ основанные на
регистрации частиц или
квантов, испускаемых
радиоактивными ядрами. Для
определения радионуклидов
с низкой удельной
активностью
Спектрофотометрия,
масс-спектрометрия,
нейтронноактивационный анализ
ОБЪЕКТЫ ОТБОРА ПРОБ
Компоненты атмосферы
Атмосферные осадки
Водоёмы (вода)
Водоёмы (взвешенное и коллоидное вещество)
Водоёмы (донные отложения)
Льды
Почвы
Биологические объекты