Методи виявлення й виміру іонізуючих випромінювань

 

Принцип виявлення й виміру іонізуючих (радіоактивних) випромінювань (альфа- і бета- частинок, нейтронів і гамма-променів) заснований на їх здатності іонізувати речовину. Іонізація, у свою чергу, призводить до зміни фізико-хімічних властивостей речовин, які можна виявити й виміряти. До них відносяться: зміна електропровідності речовин (газів, рідин і твердих матеріалів); зміна люмінесценції (світіння) деяких речовин; засвічування фоточутливих матеріалів, зміна кольорів, прозорості деяких розчинів; зміна кількості теплоти тіла, що поглинає енергію радіоактивних випромінювань, та ін. На цих явищах засновані такі методи: фотографічний, сцинтиляційний, хімічний, калориметричний, іонізаційний та біологічний.

Фотографічний метод заснований на почорнінні фотоемульсії. Під впливом іонізуючих випромінювань молекули бромистого срібла, що входять до її складу, розпадаються на срібло і бром. При цьому утворюються дрібні кристалики срібла і брому, що викликають почорніння фотоплівки при її проявленні. Щільність почорніння пропорційна поглиненій енергії випромінювання.

Сцинтиляційний метод заснований на вимірі інтенсивності світлових спалахів люмінесцентних речовин (сірчистого цинку, йодистого натрію, фосфору та ін.). Кількість спалахів пропорційна потужності дози випромінювання.

Хімічний метод заснований на тому, що деякі хімічні речовини під впливом іонізуючих випромінювань змінюють свою структуру, яку можна оцінити за допомогою кольорових індикаторів. Поглинуту дозу випромінювання оцінюють за кольором.

В основі калориметричного методу лежить вимір кількості теплоти, яка виділяється в детекторі поглинання радіоактивних випромінювань. Метод використовується для визначення потужності дози випромінювань у ядерних реакторах і прискорювачах, де її значення перевищує кілька десятків рентгенів за годину.

Іонізаційний метод заснований на виникненні іонізаційного струму в газі. Для виміру застосовують іонізаційні камери або лічильники, що служать датчиками. Лічильник є циліндричним конденсатором, заповненим інертним газом. На рис.3.1 і рис.3.2 зображені спрощені електричні функціональні схеми вимірників потужності дози випромінювання.

 

 

 

Рисунок 3.1 – Електрична функціональна Рисунок 3.2 – Електрична

схема вимірника потужності дози функціональна схема вимірника

випромінювання із стрілковим потужності дози випромінювання

приладом із цифровим табло

 

 

Під впливом радіації іонізується газ усередині лічильника. Під дією неоднорідного електричного поля циліндричного конденсатора носії заряду прискорюються, утворюючи лавиноподібний пробій, що приводить до імпульсу електричного струму. Отже, газорозрядні лічильники одночасно виконують роль датчика й підсилювача й тим самим дозволяють домогтися високої точності виміру. Величина струму або кількість імпульсів за одиницю часу пропорційна потужності дози випромінювання:

 

I = f (N). (3.1)

 

Нижче зображені електричні принципові схеми найпростіших вимірників дози (дозиметрів) з використанням електроскопа (рис.3.3) та вольтметра
(рис. 3.4).

Рисунок 3.3 – Електрична принципова Рисунок 3.4 – Електрична

схема дозиметра з використанням принципова схема дозиметра

електроскопа з використанням вольтметра

 

Під дією радіації виникає іонізаційний струм, що веде до розрядження конденсатора. Зміна електричного заряду конденсатора або напруги на ньому
пропорційна поглинутій дозі випромінювання:

. (3.2)

 

Біологічний метод заснований на властивості випромінювань впливати та біологічні об`єкти. Дозу або її потужність оцінюють за рівнем летальності тварин, ступенем лейкопенії, кількістю хромосомних оберацій, зміною забарвлення і гіперемії шкіри, випадання волосся, появою в сечі дезоксицитидину. Цей метод не дуже точний і менш чутливий, ніж інші. Але він дозволяє оцінити дозу або її потужність в НС, що вже сталися, коли вимірювання іншими методами не проводилися.