Ионизирующих излучений.

Фотографический метод основан на степени почернения фотоэмульсии. Под воздействием ионизирующих излучений молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, распадаются на серебро и бром. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотоплёнки при её проявлении.

Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу излучения, поглощенную плёнкой.

Химический метод основан на том, что некоторые химические вещества под воздействием ионизирующих излучений (ИИ) меняют свою структуру.

Так, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая даёт цветовую реакцию с красителем, добавленным к хлороформу.

Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов Н₂О₂ и НО, образующихся в воде при её облучении. Трёхвалентное железо с красителем даёт цветную реакцию. По плотности окраски судят о дозе излучения (поглощённой энергии).

Действие детекторов химических дозиметрических приборов основан на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений. Под выходом реакции понимается число характерных превращений на 100 эВ поглощённой энергии.

Если выход не зависит от скорости поглощения энергии, то такая система может быть принята для определения поглощённых доз излучения.

Достоинство химических детекторов заключается в возможности выбора таких веществ, которые по воздействию на них ионизирующих излучений мало отличаются от биологических тканей. Следовательно, химические изменения, происходящие в этих веществах под действием излучений, могут непосредственно служить мерой энергии излучения, поглощенной тканью.

Химические детекторы подразделяются на жидкостные (ферросульфатные, нитратные, цириевые) и на детекторы, в которых используется принцип хлорозамещения углеводородов.

Химический метод обнаружения ИИ используется в дозиметрах ДП-70, ДП-70М.

Сцинтилляционный метод. Некоторые химические вещества под воздействием ИИ светятся. Количество вспышек пропорционально мощности дозы излучения и регистрируется с помощью фотоэлектронных умножителей.

Сцинтилляционный детектор состоит из оптически соединённых сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя. В детекторах гамма-излучений применяется NaJ и GsJ сцинтилляторы, в детекторах альфа-излучений ZnS.

Особенностью сцинтилляционных приборов является то, что на их показания влияет не только величина дозы, но и энергия регистрируемого излучения, поэтому при измерении ИИ необходимо учитывать энергию излучения.

Главное достоинство сцинтилляционных приборов – высокая эффективность регистрации гамма-излучений. Сцинтилляционные детекторы используются в дозиметрических приборах СРП-68, СРП-88 и в установках СИЧ.

Ионизационный метод. Одним из свойств ИИ является способность изменять электропроводность среды. Под воздействием ИИ в изолированном объёме может происходить ионизация газа; электрически нейтральные атомы (молекулы) газа разделяются на положительно и отрицательно заряженные ионы. Если в этот замкнутый объём поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создаётся электрическое поле. При наличии электрического поля в ионизированном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т.е. через газ проходит ионизационный электрический ток. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излучений.

В детекторах ионизационного типа могут использоваться ионизационные камеры, газоразрядные счётчики и полупроводниковые устройства.

Ионизационная камера представляет собой заполненный воздухом замкнутый объём,

внутри которого находятся два изолированных друг от друга электрода. К электродам приложено напряжение от источника постоянного тока. При отсутствии ионизирующего излучения в цепи ионизационной камеры тока нет, поскольку воздух является изолятором. При появлении ионизирующего излучения, внутри камеры молекулы воздуха ионизируются (появляется электрическое поле). В электрическом поле положительно заряженные частицы перемещаются к катоду, а отрицательные – к аноду. В цепи камеры возникает ток ионизации, который регистрируется микроамперметром. Числовое значение ионизационного тока пропорционально мощности излучения.

Ионизационные камеры подразделяются по следующим основным признакам:

- принцип действия (токовые, импульсные);

- конструктивному решению (плоские, цилиндрические, сферические);

- назначению (регистрация альфа, бета, гамма излучения).

Достоинством ионизационных камер является надёжность, точность, простота устройства.

Главный недостаток – относительно низкая чувствительность.

Практика использования дозиметров с ионизационными камерами (ДП-5А) показала, что в первый период после аварии на ЧАЭС дозиметры давали правильные показания. Но после распада короткоживущих радионуклидов входящих в радиоактивный выброс, точность показаний дозиметров заметно снизилась. Пришлось применять более чувствительные приборы, которые имели газоразрядные и сцинтилляционные детекторы.

Газоразрядный счётчик используется для измерения радиоактивных излучений малой интенсивности.. Чувствительность счётчика в десятки тысяч раз выше чем у ионизационной камеры.

Газоразрядный счётчик представляет собой герметичный металлический или стеклянный цилиндр, заполненный разряженной смесью инертных газов (аргон, неон) с некоторыми добавками, улучшающими работу счётчика. Внутри цилиндра, вдоль его оси натянута тонкая металлическая нить (анод) изолированная от цилиндра. Катодом служит металлический корпус или тонкий слой металла, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянного корпуса. На катод и анод подаётся напряжение электрического тока. Используется принцип усиления газового разряда.

В отсутствии радиоактивного излучения свободных ионов в объёме нет. Появление радиоактивного излучения способствует образованию заряженных частиц в объёме. Электроны, двигаясь в электрическом поле к аноду, площадь которого значительно меньше площади катода, приобретают кинетическую энергию, достаточную для дополнительной ионизации газовой среды. Выбитые при этом электроны также вызывают ионизацию. Таким образом, одна частица радиоактивного излучения, попавшая в объём смеси газового счётчика, вызывает образование лавины свободных электронов. На нити (аноде) счётчика собирается большое количество электронов, положительный потенциал резко уменьшается и возникает электрический импульс. Сосчитывая количество импульсов тока, возникающих в единицу времени, можно судить об интенсивности радиоактивного излучения.

В зависимости от конструкции счётчика и приложенного напряжения коэффициент газового усиления может достигать величины 10⁷.

Достоинством газоразрядных счётчиков является высокая чувствительность, большой выходной сигнал, простота регистрирующих электронных схем, малые габариты.

Недостаток – резкая зависимость эффективности регистрации от энергии излучения и влияние мощности дозы на точность показаний приборов. Показания могут уменьшаться при очень высокой мощности дозы.

Полупроводниковые детекторы являются аналогами ионизационных камер с твердотельным чувствительным объёмом. Плотность вещества чувствительного объёма в полупроводнике примерно на три порядка выше плотности газа в ионизационной камере, а энергия образования пары носителей на порядок ниже, что даёт увеличение поглощённой энергии в единице объёма полупроводника в 10⁴ раз.

Полупроводниковые детекторы в токовом режиме могут применяться для дозиметрии фонового излучения при мощности дозы свыше 20 Гр/с (2 * 10³ мкР/с).

В импульсном режиме их дозовая чувствительность значительно выше, минимальное значение регистрируемой мощности дозы 10 нГр/с (10^-3 мкР/с).

Высокая чувствительность при небольших размерах – основное преимущество полупроводниковых детекторов.