ДЕТЕКТОРЫ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

На рис. 1 предыдущей лекции показан спектр электромагнитных волн. В его левой стороне расположена зона γ-излучений. Однако существуют электромагнитные волны с еще более короткими длинами волн. В дополнение к этому спонтанные излуче­ния некоторых веществ не всегда имеют электромагнитную природу. Речь идет о ядерном излучении, испускаемом ядрами атомов некоторых материалов, которое бывает двух типов: в виде заряженных частиц (α, β и про­тонов) и в виде частиц, не имеющих заряда, называемых нейтронами. Часть этих частиц явля­ются сложны­ми, например, α-частицы, представляющие собой ядра атомов гелия, состоящих из двух нейтронов и двух протонов, другие частицы, такие как β -частицы, устро­ены гораздо проще (β-частица - это либо электрон, либо позитрон). Рентгено­вское и γ-излучения относятся к электромагнитным излучениям ядерного типа. В свою очередь, рентгеновское излучение в зави­симости от длины волны делится на жесткое, мягкое и ультрамягкое. Ядерное излучение часто называется иониза­ционным. Это название возникло из-за того, что при прохождении элементар­ных частиц через различные среды, поглощающие их энергию, возникают новые ионы, фотоны или свободные радикалы.

Некоторые элементы, существующие в природе, являются нестабильными. Такие элемен­ты при своем медленном разложении испускают часть своих ядер. Это явление называется ра­диоактивностью. Оно было открыто в 1896 году Генри Беккерелем, который обнаружил, что атомы урана (с атомным числом Z = 92) вырабатывают излучение, затемняющее фотографиче­ские пластины. В дополне­ние к естественным радиоактивным веществам были получены искусственные. Ядра таких веществ вырабатываются в ядерных реакторах и являются очень не­стабильными элементами. Вне зависимости от источника происхождения и воз­раста радиоак­тивных материалов они разлагаются по одному и тому же матема­тическому закону, опреде­ляющему связь между количеством не распавшихся ядер N и числом ядер dN, распадающихся за короткий интервал времени dt . Было по­казано экспериментально, что

dN = – λNdt, (1)

где λ – коэффициент распада данного вещества. Из уравнения (1) можно найти, что λ – это доля ядер, распавшихся за единицу времени:

. (2)

В системе СИ единицей измерения радиоактивности является беккерель, равный активно­сти радионуклида, распадающегося со скоростью одно спонтанное пре­вращение в секунду. Та­ким образом, беккерель выражается в единицах времени: 1 беккерель равен 1/с. Для преобра­зования беккереля в старую историческую еди­ницу Кюри беккерель необходимо умножить на коэффициент 3.7•10¹⁰. Доза поглощения измеряется в греях. Один грей соответствует дозе по­глощения, при которой энергия на единицу массы, полученная веществом за счет ионизацион­ного излучения, равна 1 Джоулю на килограмм, т.е. грей равен Дж/кг. При определении дозы облучения, полученной от воздействия рентгеновских и γ-излучений, используют единицу Ку­лон/кг, равную дозе облучения, приведшей к возникновению в 1 кг сухого воздуха заряда в 1 Кулон. В системе СИ единица Кл/кг заменила старую единицу рентген.

Принцип работы датчиков радиоактивных излучений определяется способом взаимодей­ствия исследуемых частиц с материалом самого детектора. Существуют три основных типа де­текторов радиоактивных излучений: сцин­тилляционные счетчики, газовые и полупроводнико­вые детекторы. Также в соот­ветствии с принципом действия все детекторы можно разделить на две группы: детекторы столкновений и дозиметры. Первые определяют наличие радиоактив­ных частиц, в то время как вторые измеряют мощность излучений. Поэтому су­ществует еще одна классификация детекторов радиоактивных излучений: каче­ственные и количественные.