Методы дозиметрии, типы дозиметрических приборов

Обнаружение и измерение ядерных излучений называется дозиметрией, а приборы, предназначенные для этих целей, — дозиметрическими (ДП). Дозиметрия основана на способности этих излучений изменять физико-химические свойства облучаемой среды. В настоящее время применяются пять основных методов дозиметрии: ионизационный, химический, фотографический, сцинтилляционный и люминесцентный.

Ионизационный метод основан на свойстве лучей вызывать ионизацию воздуха и газов. При наличии электрического поля в ионизированном объеме газа возникает ионизационный ток вследствие передвижения образующихся ионов; измерение величины этого тока и позволяет измерить дозу излучений.

Большинство полевых дозиметрических приборов основано на ионизационном принципе. Такие дозиметрические приборы состоят из четырех Основных частей: воспринимающего устройства (датчика), электрической схемы с усилительным устройством, регистрирующего устройства и системы питания.

В качестве воспринимающего устройства (детектора) применяются ионизационная камера или газоразрядный счетчик (Гейгера).

Ионизационная камера (рис. 45) представляет собой пластмассовую камеру, внутри которой расположены два электрода: отрицательный (в виде металлического кольца) и положительный (в виде стержня с токопроводящим слоем в корпусе камеры из акводага). К электродам присоединяется источник постоянного тока (полюсы сухой батареи).

 

Рис. 45. Схема ионизационной камеры.

 

В обычных условиях ток через камеру не проходит, так как электроды изолированы друг от друга, а камера заполнена воздухом. Под действием излучений происходит ионизация воздуха внутри камеры, благодаря наличию электрического поля ионы начинают двигаться к электродам и в цепи образуется ионизационный ток, который поступает в усилительное устройство прибора и измеряется микроамперметром. Сила этого тока (при определенном напряжении и в определенном диапазоне доз) пропорциональна дозе излучений.

Газоразрядный счетчик (рис. 46) представляет собой герметический металлический цилиндр (или стеклянный цилиндр, покрытый изнутри слоем меди), заполненный разреженной газовой смесью (неон и аргон или пары брома). Внутри трубки натянута тонкая металлическая нить, изолированная от корпуса. На корпус счетчика подается отрицательный заряд (катод), на нить — положительный (анод). Напряжение между полюсами 400—1000 В.

 

Рис. 46. Газоразрядный счетчик: 1 — корпус (катод), 2 — металлическая нить (анод). 3 — изоляторы, 4 — выводы (контакты) счетчика.

 

Характерными в работе газоразрядного счетчика являются вторичная ионизация и эффект газового усиления. При попадании внутрь счетчика гамма-кванта или бета-частицы образуются несколько пар ионов. Но электроны благодаря высокой разности потенциалов и разреженной газовой среды начинают двигаться к металлической нити с огромной скоростью и, сталкиваясь с молекулами газа, вызывают вторичную ионизацию атомов газа.

Выбитые вторичные электроны в свою очередь после приобретения достаточной скорости также вызывают ионизацию атомов газа. Поэтому к металлической нити подходит целая лавина электронов. В ответ на это в цепи возникает импульс электрического тока на каждую частицу излучения или на гамма-квант. Количество импульсов подсчитывается счетным устройством (в счетных установках ДП-100) или импульсы преобразуются в постоянное напряжение, которое измеряется микроамперметром (в радиометрах). Вследствие газового усиления газоразрядные счетчики в тысячи раз чувствительнее ионизационных камер.

Химический метод дозиметрии основан на свойстве радиоактивных излучений вызвать изменение химического состава некоторых веществ вследствие ионизации или возбуждения атомов. Например, в водных растворах нитраты восстанавливаются продуктами радиолиза воды, превращаясь в нитриты

NO₃^- + 2Н → NO₂^- +Н₂0.

Количество образовавшегося нитрита пропорционально дозе облучения и определяются реактивом Грисса.

На химическом методе основаны химические дозиметры, например ДП-70М (см. ниже).

Фотографический метод основан на способности излучений проникать через кассеты и вызывать засвечивание фотопленки (разложение AgBr) пропорционально дозе облучения, что обнаруживается при проявлении пленки и сравнении с эталонами.

Этот метод используется в фотопленочных дозиметрах, представляющих собой небольшую кассету с фотопленкой внутри. После облучения пленку проявляют и определяют дозу облучения, полученную владельцем данного дозиметра, с помощью специального прибора — денситометра.

Сцинтилляционный метод дозиметрии основан на том, что некоторые вещества (например, фосфор, сернистый цинк, платино-сернистый барий, вольфрамат кальция, нафталин, антрацен, антипирин и др.) при облучении начинают светиться, так как атомы этих веществ после возбуждения начинают испускать фотоны, воспринимаемые глазом в виде световых вспышек — сцинтилляций. Эти световые вспышки регистрируются сцинтилляционным счетчиком.

Люминесцентный метод основан на том, что некоторые вещества накапливают энергию ионизирующих излучений, а затем выделяют ее в виде световых вспышек после освещения инфракрасным светом или после нагревания. Интенсивность вспышек зависит от дозы облучения и определяется с помощью фотоумножителя.

Известны несколько видов так называемых твердотельных дозиметров.

Термолюминесцентные дозиметры представляют собой небольшие пластинки или цилиндры и таблетки, содержащие фториды лития или кальция, используются для измерения бета- и гамма-излучений от 50 мР до 10 000 Р.

Стеклянные радиофотолюминесцентные дозиметры состоят из активированных серебром фосфатных стекол с добавлением бария, калия, лития, магния и бора. Под действием ионизирующих излучений в них образуются центры люминесценции, и при воздействии на них ультрафиолетовыми лучами наблюдается радиофотолюминесценция (желтое свечение), измеряемая фотоумножителем. Диапазон измерений такой же, как термолюминесцентных дозиметров.

К недостаткам твердотельных дозиметров можно отнести то, что накопленная организмом доза облучения определяется только с помощью специальной измерительной аппаратуры, которой обеспечиваются этапы медицинской эвакуации, начиная с МПП, и требуется соответствующая организация раздачи дозиметров личному составу и учет их.

В условиях ядерной войны необходимо будет производить три основных вида дозиметрических измерений: измерение уровня радиации на зараженной территории и определение границ зараженной территории; измерение степени радиоактивного заражения кожных покровов и обмундирования личного состава, вооружения, боевой техники, транспорта, сооружении и других предметов, а также воды, продовольствия и фуража; измерение дозы радиации, полученной (накопленной) личным составом или населением при нахождении на зараженной территории или в ядерном очаге. Для этих целей применяются различные дозиметрические приборы (табл. 16).

 

Таблица 16