Дозиметрические приборы

Для обнаружения радиоактивных излучений (нейтронов, гамма-лучей, бета- и альфа-частиц) используют их способность облучать вещество среды, в которой они распространяются.

В следствии облучения какого либо материала происходит изменение физических и химических параметров в материале. К таким изменениям среды относятся: изменения электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материалов); люминесценция (свечение) некоторых веществ; засвечивание фотопленок; изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов и др. Именно по этим изменениям можно обнаружить источники радиоактивного излучения, также по ним можно определить какое это излучение и дать какую-то его оценку. Как проводится Культивирование эмбриона evaclinicivf.by.

Основными методами для обнаружения и измерения ионизирующих излучений являются:

• сцинтилляционный,
• фотографический,
• химический,
• ионизационный.

Сцинтилляционный метод.

Данный метод стали применять раньше других. Он сыграл большую роль в развитии ядерной физики.

В физике сцинтилляцией называют вспышку света, возникающую при попадании заряженной частицы в среду, обладающую способностью люминесцировать. В некоторых люминофорах, например в сернистом цинке, сцинтилляция (световая вспышка), вызванная заряженными частицами, является достаточно яркой и может наблюдаться невооруженным глазом.

Первый прибор, основанный на использовании сцинтилляции, - спинтарископ был изобретен Круксом в 1903 году. Он представлял собой маленькую цилиндрическую камеру, дно которой было покрыто люминофором. Внутрь камеры помещали иглу, на острие которой находилось небольшое количество радиоактивного вещества. Вылетевшие из него заряженные частицы попадали на люминофор и вызывали сцинтилляции, которые наблюдали визуально и подсчитывали с помощью лупы, находившейся в верхней части камеры.

В настоящее время спинтарископ не применяют, но метод сцинтилляций не утратил своего значения, а получил современное техническое выражение и широко используется в науке и технике. Сцинтилляции теперь наблюдают и считают не визуально, а с помощью специальных устройств, называемых сцинтилляционными счетчиками.

Основной частью сцинтилляционного счетчика является фотоэлектронный умножитель – прибор, объединяющий в себе фотоэлемент с внешним фотоэффектом и многокаскадный электронный усилитель особой конструкции.

Преимуществом сцинтилляционных счетчиков является очень короткое разрешающее время (10 -8 с) и очень большая скорость счета частиц, которая на несколько порядков превышает скорость счета ионизационных счетчиков.

Важной особенностью сцинтилляционных счетчиков является их способность оценивать энергию регистрируемых частиц, поскольку интенсивность сцинтилляций пропорциональна энергии частиц.

Работает сцинтилляционный счетчик следующим образом:

При попадании частицы в сцинтиллятор она начинает взаимодействовать с некоторыми атомами плотной среды сцинтиллятора. При этом какое то количество атомов вещества, составляющего сцинтиллятор, переходит в возбуждение.

При обратном переходе атомов в нормальное состояние происходит испусканием света, т. е. люминесценция.

Бывает два вида люминесценции – флуоресценция и фосфоресценция. В первом случае высвечивание атома происходит почти мгновенно, во втором – возбужденные молекулы находятся в метастабильном состоянии неопределенное время.

Сцинтилляционный счетчик объединил в себе достоинства счетчика Гейгера-Мюллера и пропорционального счетчика и при всем этом он превзошел их по многим показателям.

Фотографический метод

Этот метод был разработан в 1928 году советскими физиками Мысовским и Ждановым. Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации быстрых заряженных частиц. Фотоэмульсии, применяемые для указанных целей, принято называть ядерными.

Отличие ядерных фотоэмульсий от фотоэмульсий, используемых в обычной фотографии, состоит в следующем:

Ядерные фотоэмульсии имеют толщину слоя от 600 до 1200 мкм, в то время как толщина слоя обычных фотоэмульсий составляет всего от 10 до20 мкм.

Чувствительность ядерных фотоэмульсий значительно выше, чем обычных, так как число зерен ( монокристаллов ) бромистого серебра в ядерной фотоэмульсии много больше, а размеры зерен много меньше, чем в обычной фотоэмульсии.

Заряженные частицы, попадая в слой фотоэмульсии, нанесенный на фотопластинку, вызывают ионизацию молекул фотоэмульсии, вызывающую почернение ее зерен. После химической обработки фотопластинки ( проявления и фиксирования ) следы ( треки ), оставленные пролетевшими через фотоэмульсию частицами, становятся видимыми. Их наблюдают с помощью микроскопа.

По форме отмеченного трека, его длине и толщине, по плотности почерневших зерен эмульсии и по многим другим признакам можно установить вид частицы, ее энергию, скорость, направление движения и многие другие характеристики.

Одно из основных преимуществ метода толстослойных эмульсий перед другими методами регистрации частиц заключается в том, что с его помощью получают не исчезающие со временем следы частиц, которые в дальнейшем могут быть тщательно изучены.

Другим преимуществом описанного метода является то, что он позволяет выявить треки всех высокоэнергетических заряженных частиц, пролетевших за время экспозиции через фотопластинку. Эта особенность данного метода дает возможность обнаруживать редкие явления в микромире.

Треки частиц, получаемые в фотоэмульсии, являются более тонкими и отчетливыми, чем в камере Вильсона или пузырьковой камере, что увеличивает точность измерений.

Недостатками фотоэмульсионного метода является сложность химической обработки фотопластинок и невозможность определения момента времени, в который заряженная частица попадает в фотоэмульсию.

Метод толстослойных эмульсий играет исключительно важную роль в исследованиях космических лучей и различных превращений, вызываемых элементарными частицами, разогнанными до очень высоких энергий в ускорителях заряженных частиц.

Химический метод.

Этот метод основан на свойстве ионизирующих излучений менять структуру некоторых химических элементов. Например, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным к хлороформу. Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов НО 2 и ОН, образующихся в воде при ее облучении. Трехвалентное железо с красителем дает цветную реакцию. По плотности окраски судят о дозе излучения (поглощенной энергии). На этом принципе основаны химические дозиметры ДП-70 и ДП-70М.

В современных дозиметрических приборах широкое распространение получил ионизационный метод обнаружения и измерения ионизирующих излучений.

Ионизационный метод.

Под воздействием излучений в изолированном объеме происходит ионизация газа:, электрически нейтральные атомы (молекулы) газа разделяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этот объем поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле. При наличии электрического поля в ионизированном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т.е. через газ проходит электрический ток, называемый ионизационным. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излучений.