Методи визначення іонізуючих випромінювань

Виявлення радіоактивних речовин та іонізуючих (радіоактивних) випромінювань (нейтронів, гамма-променів, бета- і альфа-частинок), ґрунтується на здатності цих випромінювань іонізувати речовину середовища, в якій вони поширюються.

Під час іонізації відбуваються хімічні та фізичні зміни у речови­ні, які можна виявити і виміряти. Іонізація середовища призводить до: засвічування фотопластинок і фотопаперу, зміни кольору фарбу­вання, прозорості, опору деяких хімічних розчинів, зміни електро­провідності речовин (газів, рідин, твердих матеріалів), люмінесценції (світіння) деяких речовин.

В основі роботи дозиметричних і радіометричних приладів застосо­вують такі методи індикації: фотографічний, сцинтиляційний, хі­мічний, іонізаційний, калориметричний, нейтронно-активізаційний.

Крім цього, дози можна визначати за допомогою біологічного і розрахункового методів.

Фотографічний метод оснований на зміні ступеня почорніння фотоемульсії під впливом радіоактивних випромінювань. Гамма- промені, впливаючи на молекули бромистого срібла, яке знаходить­ся в фотоемульсії, призводять до розпаду і утворення срібла і брому. Кристали срібла спричиняють почорніння фотопластин чи фотопа­перу під час проявлення. Одержану дозу випромінювання (експози­ційну або поглинуту) можна визначити, порівнюючи почорніння плівки паперу з еталоном.

Сцинтиляційний метод полягає в тому, що під впливом радіо­активних випромінювань деякі речовини (сірчистий цинк, йодистий натрій) світяться. Спалахи світла, які виникають, реєструються, і фотоелектронним посилювачем перетворюються на електричний струм. Вимірюваний анодний струм і швидкість рахунку (рахунко­вий режим) пропорційні рівням радіації.

Хімічний метод базується на властивості деяких хімічних речо­вин під впливом радіоактивних випромінювань внаслідок окислю­вальних або відновних реакцій змінювати свою структуру або колір. Так, хлороформ у воді під час опромінення розкладається з утворен­ням соляної кислоти, яка вступає в кольорову реакцію з барвником, доданим до хлороформу. У кислому середовищі двовалентне залізо окислюється в тривалентне під впливом вільних радикалів НО, і ОН, які утворюються у воді при її опроміненні. Тривалентне залізо з барв­ником дає кольорову реакцію. Інтенсивність зміни кольору індикатора залежить від кількості соляної кислоти, яка утворилася під впливом радіоактивного випромінювання, а її кількість пропорційна дозі радіо­активного випромінювання. За інтенсивністю утвореного забарвлен­ня, яке є еталоном, визначають дозу радіоактивних випромінювань. За цим методом працюють хімічні дозиметри ДП-20 і ДП-70 М.

Іонізаційний метод полягає в тому, що під впливом радіоактив­них випромінювань в ізольованому об'ємі відбувається іонізація газу й електрично нейтральні атоми (молекули) газу розділяються на по­зитивні й негативні іони. Якщо в цьому об'ємі помістити два елек­троди і створити електричне поле, то під дією сил електричного поля електрони з від'ємним зарядом будуть переміщуватися до анода, а позитивно заряджені іони — до катода, тобто між електродами прохо­дитиме електричний струм, названий іонізуючим струмом і можна робити висновки про інтенсивність іонізаційних випромінювань. Зі збільшенням інтенсивності, а відповідно й іонізаційної здатності радіо­активних випромінювань, збільшиться і сила іонізуючого струму.

Калориметричний метод базується на зміні кількості теплоти, яка виділяється в детекторі поглинання енергії іонізуючих випромі­нювань.

Нейтронно-активаційний метод зручний під час оцінювання доз в аварійних ситуаціях, коли можливе короткочасне опромінен­ня великими потоками нейтронів. За цим методом вимірюють наве­дену активність, і в деяких випадках він є єдино можливим у реєст­рації, особливо слабких нейтронних потоків, тому, що наведена ними активність мала для надійних вимірювань звичайними методами.

Біологічний жетод дозиметрії ґрунтується на використанні вла­стивостей випромінювань, які впливають на біологічні об'єкти. Дозу оцінюють за рівнем летальності тварин, ступенем лейкопенії, кількістю хромосомних аберацій, зміною забарвлення і гіперемії шкіри, випа­данню волосся, появою в сечі де з ок сицити дину. Цей метод не дуже точний і менш чутливий, ніж фізичний.

Розрахунковий жетод визначення дози опромінення передбачає застосування математичних розрахунків. Для визначення дози радіо­нуклідів, які потрапили в організм, цей метод є єдиним.

На основі іонізаційного методу розроблені прилади, які мають однакову будову і складаються зі сприймаючого пристрою (іонізацій­ної камери або газорозрядного лічильника), підсилювача іонізуючо­го струму (електричної схеми), реєстраційного пристрою (мікроам- перметр) і джерела живлення (сухі елементи або акумулятори).

Сприймаючий пристрій призначений для перетворення енергії радіоактивних випромінювань в електричну.

В основу роботи дозиметричних приладів покладено принцип іоні­зації газів.

Як відомо, гази є провідниками електричного струму. Під впли­вом радіоактивних випромінювань, вони в результаті іонізації почи­нають проводити струм. На цій властивості газів і ґрунтується робо­та сприймаючого пристрою дозиметричних приладів — іонізаційної камери та газорозрядного лічильника.

Іонізаційна кажера має вигляд прямокутної коробки або труб­ки, виготовленої з алюмінію або пластмаси. В останньому випадку внутрішню поверхню стінок вкривають стр у мопр ов і дним матеріа­лом. У середині коробки або трубки розміщується графітовий чи алюмінієвий стержень.

Отже, в іонізаційній камері є два електроди: до стінки камери підключається позитивна напруга від джерел живлення, яка вико­нує роль позитивного електрода, а до графітового чи алюмінієвого стержня, який виконує роль негативного електрода і розміщений у середині камери — негативна напруга. Простір у камері між елек­тродами заповнений повітрям. Сухе повітря, що заповнює іонізацій­ну камеру, є добрим ізолятором. Ось чому у звичайних умовах елек­тричний струм через камеру не проходить. У зоні радіоактивних забруднень у камеру проникають гамма-випромінювання і бета-ча- стинкп, які спричиняють іонізацію повітря. Іони, що утворилися під дією електричного поля, починають спрямовано рухатися, а саме: негативні іони рухаються до позитивного електрода (анода), а пози­тивні іони — до негативного електрода (катода). Таким чином, у ланцюгу камери виникає іонізуючий струм.

Проте безпосередньо виміряти силу іонізуючого струму немож­ливо, бо вона дуже мала. У зв'язку з цим для посилення іонізуючого струму застосовують електричні підсилювачі, після чого струм про­ходить через вимірювальний прилад, шкала якого проградуйована у відповідних одиницях вимірювання.

Газорозрядний лічильник призначений для вимірювання малої інтенсивності у десятки тисяч разів меншої тієї, яку можна виміряти іонізаційною камерою. Через це газорозрядні лічильники застосо­вуються у приладах для вимірювання рівня радіації на місцевості (рентгенметрах), у приладах (радіометрах) для вимірювання ступеня забрудненості різних предметів, продуктів, урожаю, кормів альфа-, бета- і гамма-активними речовинами.

Газорозрядні лічильники відрізняються від іонізаційних камер як конструктивним оформленням, так і характером іонізації, що відбу­вається в них. Лічильник складається з тонкостінної метале­вої (з нержавіючої сталі) трубки довжиною 10—15 см і діаметром 1—2 см. По осі трубки протягнуто дуже тонку вольфрамову нитку. До електродів лічильника, тобто до вольфрамової нитки і стінок труб­ки, підведено напругу від джерела живлення. Простір між стінками трубки і металевою ниткою заповнений інертним газом (неоном, аргоном або їх сумішшю), з невеликою добавкою галогенів (хлору, бр ому).

Тиск газового наповнення в лічильнику понижений — близько 1330 Па (10 мм рт. ст.).

Іонізаційна частинка, потрапляючи всередину лічильника, ство­рює принаймні одну пару іонів: позитивний іон і електрон. Під дією електричного поля позитивний іон рухається до катода (стінки труб­ки), а електрон — до анода (нитки лічильника). Рух іонів спричиняє в ланцюгу лічильника стрибок (імпульс) струму, який після поси­лення може бути зареєстрований вимірювальним приладом (мікро- амперметром).

Реєструючи кількість імпульсів струму, які виникають за одини­цю часу, можна знайти інтенсивність радіоактивних випромінювань.

Проходження в газовому лічильнику імпульсів напруги можна почути в головних телефонах у вигляді клацань, які при сильному забрудненні РР поверхні переходять у шум (тріск). 2 10

Підсилювач іонізуючого струму призначений для посилення слаб- їспх сигналів, які виробляються сприймаючим пристроєм, до рівня, необхідного для роботи реєстраційного (вимірювального) пристрою. Як підсилювач застосовують електрометричні лампи.

Реєстраційний пристрій призначений для вимірювання сигналів, які виробляються сприймаючим пристроєм. Шкали приладів гра­дуйовані безпосередньо в одиницях тих величин, для вимірювання иких призначений прилад (відповідної характеристики радіоактив­них випромінювань).

Джерело живлення забезпечує роботу приладу. Для цієї мети за­стосовують сухі елементи або акумулятори.