Регистрация ионизирующих излучений

Для обнаружения ионизирующих излучений используют их способность облучать вещество среды, в которой они распространяются. Вследствие 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.

Основными методами для обнаружения и измерения ионизирующих излучений являются:

· сцинтилляционный,

· фотографический,

· химический,

· ионизационный.

Сцинтилляционный метод. 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.

В настоящее время метод сцинтилляций 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.

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

Фотографический метод. Сущность метода заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации быстрых заряженных частиц. Фотоэмульсии, применяемые для указанных целей, принято называть ядерными.

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. Треки частиц, получаемые в фотоэмульсии, являются тонкими и отчетливыми, что увеличивает точность измерений.

Метод толстослойных эмульсии. Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, проходящая через фотоэмульсию, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение. При проявлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро, и цепочка зерен серебра образует трек частицы. По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Данный метод 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 НО₂· 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. 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.

Приборы, работающие на основе ионизационного метода, имеют принципиально одинаковое устройство и включают: воспринимающее устройство (ионизационную камеру или газоразрядный счетчик), усилитель ионизационного тока, регистрирующее устройство (микроамперметр) и источник питания.

Для решения практических задач применяются дозиметрические приборы и комплекты для оценки ионизирующих излучений. Они обеспечивают ведение радиационной разведки, дозиметрического контроля радиоактивного облучения людей и животных, определение степени радиоактивного загрязнения объектов, техники, продовольствия, воды, окружающей среды и др. К дозиметрическим приборам относятся дозиметры (измерители дозы), рентгенометры (измерители мощности дозы), индикаторы радиоактивности, радиометры, спектрометры и др. По месту и условиям эксплуатации дозиметрические приборы подразделяются на индивидуальные, подвижные (смонтированные на наземных машинах, судах и кораблях, летательных аппаратах) и стационарные.