Приборы для регистрации радиоактивных излучений и частиц

Взаимодействуя с веществом радиоактивное излучение проявляет различные свойства: оказывает химическое действие; вызывает ионизацию газов, а иногда и твёрдых тел и жидкостей; возбуждает люминесценцию (свечение) некоторых твёрдых и жидких тел; оказывает сильное биологическое действие на живые организмы. На свойствах радиоактивных излучений основаны экспериментальные методы их обнаружения, исследования и измерения.

Измерение характеристик ионизирующих излучений, от которых зависят радиационные эффекты в облучаемых объектах живой и неживой природы, называется дозиметрией. Приборы, применяемые для измерения уровня и характеристик радиоактивных излучений называются дозиметрами. Основным элементом любого дозиметра является счётчик Гейгера, который позволяет регистрировать радиоактивные излучения по их ионизирующей способности.

Счётчик Гейгера –Мюллера относится к группе газоразрядных счётчиков. Конструктивно он представляет собой герметически запаянную трубку, к внутренним стенкам которой прилегает тонкий металлический цилиндр – катод К (рис. 4). По оси трубки проходит тонкая металлическая проволока, которая служит анодом А. Трубка заполнена газом. Между катодом и анодом прикладывается высокое напряжение, поэтому заряженная частица, влетая в трубку, ионизирует на своём пути молекулы газа. Электроны, двигаясь к положительно заряженной проволоке (аноду), ускоряются электрическим полем, вызывая лавинную ионизацию других молекул. На резисторе R возникает импульс напряжения, то есть электрический сигнал, который поступает на вход специальной электрической схемы (пересчётной схемы), которая фиксирует попадание частицы в счётчик.

4. Биологическое действие радиоактивных излучений. Под радиоактивным излучением понимают гамма- и рентгеновское излучение, потоки электронов, протонов, α – частиц, ионов тяжёлых элементов. Их источниками являются космическое излучение и радиоактивные изотопы, содержащиеся в атмосфере, почве, строительных материалах, которые образуют естественный радиационный фон. Кроме того, существуют мощные техногенные источники излучения, особенно в развитых странах. К ним относятся: ядерные реакторы АЭС, научные и технологические ускорители заряженных частиц, рентгеновские и другие медицинские установки.

Радиоактивные излучения оказывают сильное биологическое действие на ткани живого организма, заключающееся в ионизации атомов и молекул вещества. Возбуждённые атомы и ионы обладают сильной химической активность, поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения, приводящий к дисбалансу белых (лейкоцитов) и красных (эритроцитов) кровяных телец. Человек заболевает белокровием или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти. Радиоактивные излучения опасны ещё и тем, что даже их большие дозы не воспринимаются органами чувств, отсутствуют болевые ощущения.

Характер воздействия ионизирующего излучения зависит от дозы поглощённого излучения и его вида. Дозой поглощённого излучения называется отношение энергии излучения Е, поглощённой облучаемым телом, к его массе m.

Единица дозы поглощённого излучения – 1 Гр (грей) = 1 Дж/кг. Это доза поглощён-ного излучения, при которой веществу массой 1 кг передаётся энергия излучения 1 Дж.

При одной и той же дозе поглощённого излучения разные виды излучения вызывают неодинаковый биологический эффект. Различие биологического действия разных видов излучения характеризуют коэффициентом относительной биологической активности (КОБА) или коэффициентом качества k. Коэффициент качества k рентгеновского и гамма- излучения принят за единицу. А биологический эффект любого ионизирующего излучения сравнивают с эффектом от рентгеновского и гамма-излучения. Например, коэффициент качества электронного излучения k = 1 – 1,5; для медленных нейтронов он составляет k = 3 – 5, а для альфа-излучения k = 20.

Для оценки действия излучения на живые организмы применяется специальная величина – эквивалентная доза, которая равна произведению дозы поглощённого излучения на коэффициент качества.

H = D · k

Единица измерения эквивалентной дозы - 1 Зв (зиверт). 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой доза поглощённого гамма – излучения равна 1 Гр (грею). Величина эквивалентной дозы определяет относительно безопасные и очень опасные для живого организма дозы облучения: допустимая доза облучения D < 0,25 Гр; доза облучения, вызывающая лучевую болезнь 1 - 6 Гр; смертельная доза облучения 6 – 10 Гр.

На практике до сих пор используется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р). Рентген – это единица экспозиционной дозы фотонного (электромагнитного) излучения, при прохождении которого через 0,001293 г воздуха создаются ионы, несущие определённый электрический заряд. В системе Си 1 Р = 2,58·10-4 Кл/кг.

Поэтому для оценки интенсивности ионизирующего излучения часто применяют в качестве единицы мощности дозы 1 мкР/час. На территории Российской Федерации естественный фон гамма-излучения изменяется в широких пределах: от 5 до 60 мкР/ч.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Изучить и законспектировать теоретическое введение, записав основные определения, законы, формулы и контрольные вопросы.

Задание 2. Ознакомиться с устройством и правилами пользования индикатором радиоактивности (дозиметра) «Радекс». Индикатор радиоактивности состоит из счётчика Гейгера; регистрирующей системы, включающей пересчётную схему, которая фиксирует попадание частицы в счётчик; дисплей и батарейный отсек. Все устройства заключены в пластмассовый корпус, имеющий вентиляционные прорези. Сквозь левые прорези виден счётчик Гейгера. На верхней панели индикатора находится дисплей и три кнопки, с помощью которых осуществляется управление устройством. Внешний вид индикатора показан на рис.5.

Большая кнопка «Выкл» (на рис.5 – 4) имеет четыре функции: включение и выключение, включение подсветки ЖК-дисплея (1) и возврат в меню.

Кнопка «Меню» (на рис.5– 2) имеет три функции: «Меню» (для входа в меню), «Выбор» и «Измен» (осуществляется выбор пункта меню и его изменение).

Кнопка «Курсор» (на рис.5 – 3) используется в меню для перемещения курсора.

Включение индикатора осуществляется нажатием большой кнопки «Выкл», выключением – продолжительным нажатием этой кнопки.

Работа в меню. Меню позволяет устанавливать удобные настройки: выбор единицы измерения мкЗв/ч или мкР/ч в разделе «Размерность», порог звуковой индикации, включение подсветки.

Рис.5 – Внешний вид индикатора радиоактивности «Радекс»