3. Дозиметрія іонізуючого випромінювання.

Необхідність кількісної оцінки дії іонізуючого випромінювання на різні речовини живої та неживої природи сприяла появі дозиметрії. Дозиметрією називають розділ ядерної фізики і вимірювальної техніки, в якому вивчають величини, що характеризують дію іонізуючого випромінювання на речовини, а також методи і прилади для їх вимірювання. Спочатку розвиток дозиметрії був зумовлений необхідністю урахування дії рентгенівського випромінювання на людину. До складу дозиметрів входять 2 основні частини -детектор та вимірювальний (лічильний) пристрій. Детекторами іонізуючого випромінювання називають прилади, що реєструють -, -, рентгенівське, -випромінювання, нейтрони, протони і т. п. Детектори використовують також для вимірювання енергії частинок, вивчення процесів їх взаємодії, розпаду і т. п.

Рис.1. Принципова схема дозиметра.

Робота детекторів заснована на тих процесах, які викликають випромінювання, що реєструють у речовині.

Залежно від фізичного принципу, який покладений в роботу детектора, дозиметричні прилади поділяються на:

1. іонізаційні, в яких використовується явище іонізації газів під дією випромінювання (різні іонізаційні камери, пропорційні лічильники, лічильник Гейгера-Мюллера тощо);

2. радіолюмінесцентні, в основі роботи яких лежить явище люмінесценції під дією радіоактивного випромінювання, тобто радіолюмінесценція;

3. напівпровідникові, в котрих використовується явище внутрішнього фотоефекту, внаслідок якого електрони під дією радіації долають заборонену зону і з'являються в зоні провідності, що призводить до зниження опору (збільшення електропровідності);

4. кристалічні, в яких під дією радіоактивного випромінювання з'являється характерний колір (зокрема, таке відбувається в лужно-галоїдних кристалах при їх опроміненні -радіацією);

5) фотокасетні, в яких використовується дія іонізуючого випромінювання на фотоплівки;

6. хімічні, робота яких базується на вимірюванні енергетичного виходу екзотермічних хімічних реакцій під дією іонізуючого випромінювання;

7. колориметричні, які дають змогу розрахувати потужності досить значних потоків випромінювання шляхом порівняння їх теплової та іонізаційної дії.

Важливою і складною проблемою дозиметрії іонізуючо­го випромінювання є розрахунки (реконструкція) доз, якщо відомий потік випромінювання через певну поверхню. Так, наприклад, поглинена доза -випромінювання (в рад) може бути розрахована за формулою

D_п = 1.610^-5Nh(_к + _п + _ф)

де N - кількість -квантів з енергією h, що падають перпендикулярно до 1 см поверхні. Вираз у круглих дужках характеризує лінійний коефіцієнт послаблення, що віднесений до одиниці маси речовини і який відповідає відомим первинним механізмам дії -випромінювання: - комптон-ефекту (_к), фотоефекту (_ф) і утворенню електронно-позитронних пар (_п). Чисельний коефіцієнт дає можливість перевести поглинену дозу D_п, (МеВ) в D_п, (рад). Доза  -випромінювання може бути знайдена, якщо відома кількість  - частинок, що падають на речовину, та середнє значення іонізаційних втрат при проходженні  -променів крізь речовину.

энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц СИ единицей поглощённой дозы является грэй (Гр, англ. gray, Gy), численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества. Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (англ. rad): доза, соответствующая поглощенной энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр.

Также широко применяется устаревающее понятие экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Для этого обычно используют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (Р, англ. roentgen, R): доза фотонного излучения, образующего ионы с зарядом в 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)×10⁻⁹ кулон) в 1 см³ воздуха. В системе СИ используется единица кулон на килограмм (Кл/кг, англ. C/kg): 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976×10⁻⁴ Кл/кг.^[9]

Активность радиоактивного источника ионизирующего излучения определяется как среднее количество распадов ядер в единицу времени. Соответствующая единица в системе СИ беккерель (Бк, англ. Becquerel, Bq) обозначает количество распадов в секунду. Применяется также внесистемная единица кюри (Ки, англ. Ci). 1 Ки = 3,7×10¹⁰ Бк. Первоначальное определение этой единицы соответствовало активности 1 г радия-226.

Физические свойства ионизирующих излучений

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т. д.), поглощающие МэВ-ные фотоны в слое толщиной несколько см. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.

Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10¹⁵ — 10²⁰ и выше электронвольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

Длина пробега и проникающая способность сильно различаются — от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Биологическое действие ионизирующих излучений

Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, которая измеряется с помощью коэффициента качества. Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества принят за 1. Альфа-излучение и осколки ядер имеют коэффициент качества составляет 10…20. Нейтроны — 3…20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани).

Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в зивертах (Зв, англ. sievert, Sv).

Ранее широко применялась единица измерения эквивалентной дозы бэр (Биологический Эквивалент Рентгена для гамма-излучения, англ. rem). Эквивалентная доза 1 бэр соответствует облучению гамма-квантами с поглощённой дозой 1 рентген. Эквивалентная поглощённая доза приводится к поглощённой дозе гамма-излучения, поскольку массовые измерительные приборы регистрируют в основном именно гамма-излучение, и такая величина наиболее соответствует возможностям измерений. Для рентгеновского и гамма-излучений 1 бэр = 0,01 Зв, соответственно принимают, что 1 рентген = 0,01 Зв.

Помимо биологической эффективности, необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжёлые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в сколько-нибудь плотном веществе, поэтому радиоактивные альфа-источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью.

Некоторые радиоактивные изотопы способны встраиваться в процесс обмена веществ живого организма, замещая неактивные элементы. Это приводит к удержанию и накоплению радиоактивного вещества непосредственно в живых тканях, что существенно увеличивает опасность контакта. Например, широко известны йод-131, изотопы стронция, плутония и т.п.. Для характеристики этого явления используется понятие период полувыведения изотопа из организма.

Механизмы биологического воздействия

Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.

В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации).

Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Японские специалисты в течение всех лет после атомной бомбардировки двух городов наблюдали тех 87 500 человек, которые пережили ее. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт. При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9 %. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.^[11]

Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений

Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

• персонал — лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь — 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Применение ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях:

• Интроскопия.

• Стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания.

• В медицине (рентгенография, рентгеноскопия, лучевая терапия, некоторые виды томографии).

• Источники света.

• Датчики пожара (задымления).

• Датчики и счетчики предметов.

В медицине

Для лечения опухолей и других патологических очагов используют облучение гамма-квантами, рентгеном, электронами, тяжёлыми ядерными частицами, такими как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий. Используется также введение в организм радиофармацевтических препаратов, как с лечебными, так и с диагностическими целями.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Заряженные частицы и g-фотоны, распространяясь в веществе, взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате чего изме­няется состояние как вещества, так и частиц.

Основным механизмом потерь энергии заряженной частицы (a и b) при прохождении через вещество является ионизационное торможение. При этом ее кинетическая энергия расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды.

Взаимодействие частицы с веществом количественно оценива­ется линейной плотностью ионизации, линейной тормозной спо­собностью вещества и средним линейным пробегом частицы.

Под линейной плотностью ионизации i понимают отношение числа dn ионов одного знака, образованных заряженной ионизи­рующей частицей на элементарном пути dl, к этому пути: i = dn/dl.

Линейной тормозной способностью вещества S называют от­ношение энергии dE, теряемой заряженной ионизирующей части­цей при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути: S = dE/dl.

Средним линейным пробегом заряженной ионизирующей час­тицы R является среднее значение расстояния между началом и кон­цом пробега заряженной ионизирующей частицы в данном веществе.

График зависимости линейной плотности ионизации от пути х, проходимого a-частицей в среде (воздух), показан на рис. 27.3. По мере продвижения частицы в среде уменьшаются ее энергия и ско­рость, линейная плотность иониза­ции при этом возрастает и только при завершении пробега части­цы резко убывает.

В озрастание i обусловлено тем, что при меньшей скорости a-частица больше време­ни проводит вблизи атома и, таким образом, возрастает вероятность ионизации атома. Как видно из

рисунка, линейная плотность ионизации a-частиц естественно-радиоактивных изотопов в воздухе при нормальном давлении составляет i = (2 ¸ 8) • 10⁶ пар ионов/м.

Так как для ионизации молекул, входящих в состав воздуха, тре­буется энергия около 34 эВ, то значения линейной тормозной спо­собности вещества (воздуха) S лежат в интервале 70—270 МэВ/м.

Средний линейный пробег а-частицы зависит от ее энергии и От плотности вещества. В воздухе он равен нескольким сантимет­рам, в жидкостях и в живом организме — 10—100 мкм. После то­го как скорость a-частицы уменьшается до скорости молекуляр-но-теплового движения, она, захватив два электрона в веществе, превращается в атом гелия.

Ионизация и возбуждение являются первичными процессами. Вторичными процессами могут быть увеличение скорости молекулярно-теплового движения частиц вещества, характеристиче­ское рентгеновское излучение, радиолюминесценция, химиче­ские процессы.

Взаимодействие a-частиц с ядрами — значительно более ред­кий процесс, чем ионизация. При этом возможны ядерные реак­ции, а также рассеяние a-частиц.

Бета-излучение, так же как и a-излучение, вызывает иониза­цию вещества. В воздухе линейная плотность ионизации b-частицами может быть вычислена по формуле

где k ~ 4600 пар ионов/м, с — скорость света, а J — скорость b-частиц.

Кроме ионизации и возбуждения b-частицы могут вызывать и другие процессы. Так, например, при торможении электронов возникает тормозное рентгеновское излучение. Бета-частицы рас­сеиваются на электронах вещества, и их пути сильно искривля­ются в нем. Если электрон движется в среде со скоростью, превы­шающей фазовую скорость распространения света в этой среде, то возникает характерное черепковское излучение (излучение Черенкова—Вавилова).

При попадании b⁺-частицы (позитрона) в вещество с большой вероятностью происходит такое взаимодействие ее с электроном, в результате которого пара электрон — позитрон превращается в два g-фотона. Этот процесс, схема которого показана на рис. 27.4,_ называют аннигиляцией. Энергия каждого g-фотона, возникаю­щего при аннигиляции, оказывается не меньше энергии покоя электрона или позитрона, т. е. не менее 0,51 МэВ.

Несмотря на разнообразие процессов, приводящих к ослабле­нию излучения, можно приближенно считать, что интенсивность его изменяется по экспоненциальному закону, подобному (26.8). В качестве одной из характеристик поглощения b-излучения ве­ществом используют слой половинного ослабления, при прохож­дении через который интенсивность b-частиц уменьшается вдвое.

Можно считать, что в ткани организма b-частицы проникают на глубину 10—15 мм. Защитой от b-излучения служат тонкие алюминиевые, плексигласовые и другие экраны. Так, например, слой алюминия толщиной 0,4 мм или воды толщиной 1,1 мм уменьшает вдвое b-излучение от фосфора ³²₁₅ Р.

При попадании g-излучения в вещество наряду с процессами, ха­рактерными для рентгеновского излучения (когерентное рассеяние, эффект Комптона, фотоэффект, см. § 26.3), возникают и такие явле­ния, которые неспецифичны для взаимодействия рентгеновского излучения с веществом. К этим процессам следует отнести образова­ние пары электрон — позитрон, происходящее при энергии g-фотона, не меньшей суммарной энергии покоя электрона и позитрона (1,02 МэВ), и фотоядерные реакции, которые возникают при взаи­модействии g-фотонов больших энергий с атомными ядрами. Для возникновения фотоядерной реакции необходимо, чтобы энергия g-фотона была не меньше энергии связи, приходящейся на нуклон.

В результате различных процессов под действием g-излучения образуются заряженные частицы; следовательно, у-излучение также является ионизирующим.

Ослабление пучка g-излучения в веществе обычно описывают экспоненциальным законом (26.8). Линейный (или массовый) ко­эффициент ослабления можно представить как сумму соответст­вующих коэффициентов ослабления, учитывающих три основных процесса взаимодействия — фотоэффект, Комптон-эффект и обра­зование электрон-позитронных пар:

Эти основные процессы взаимодействия происходят с разной вероятностью, которая зависит от энергии g-фотона (рис. 27.5; кривая получена для свинца).

 

Как видно из рисунка, при малых энергиях основную роль играет фотоэффект, при средних — Комптон-эффект и при энергиях, больших 10 МэВ, — процесс об­разования пары электрон — позитрон.

Экспоненциальный закон ослабления пучка g-фотонов выпол­няется приближенно, особенно при больших энергиях. Это обус­ловлено вторичными процессами, возникающими при взаимодей­ствии g-излучения с веществом. Так, например, электроны и по­зитроны обладают энергией, достаточной для образования новых g-фотонов в результате торможения и аннигиляции.

Поток нейтронов тоже является ионизирующим излучением, так как в результате взаимодействия нейтронов с ядрами атомов образуются заряженные частицы и g-излучение. Проиллюстриру­ем это несколькими: примерами: — деление ядер при захвате ими нейтронов: образование ра­диоактивных осколков, g-излучения и заряженных частиц;—    образование a-частиц, например:

• —    образование протонов, например:

 

 Детекторы ионизирующих излучений

Детекторами ионизирующих излучений называют прибо­ры, регистрирующие а-, (3-, рентгеновское и у-излучения, нейтро­ны, протоны и т. д. Детекторы используют также для измерения энергии частиц, изучения процессов их взаимодействия, распада и т. п.

Работа детекторов основана на тех процессах, которые вызыва­ют регистрируемые частицы в веществе.

С некоторой условностью детекторы могут быть представлены тремя группами: следовые (трековые) детекторы, счетчики и интегральные приборы.

Следовые детекторы позволяют наблюдать траекторию части­цы, счетчики регистрируют появление частицы в заданном про­странстве, интегральные приборы дают информацию о потоке ионизирующего излучения. Еще раз отметим условность этой классификации. Так, например, следовые детекторы можно ис­пользовать, чтобы сосчитать пролетающие частицы, от «поштуч­ной» регистрации частиц счетчиком можно перейти к суммарной оценке потока ионизирующего излучения и т. п.

К следовым детекторам относят камеру Вильсона, диффузион­ную, пузырьковую, искровую камеры и толстослойные фотоплас­тинки. Общность всех этих устройств заключается в том, что на­блюдаемая частица ионизирует молекулы или атомы вещества на своем пути. Образованные ионы проявляются по вторичным эф­фектам: конденсация пересыщенного пара (камера Вильсона и диффузионная); парообразование перегретой жидкости (пузырь­ковая камера); образование разрядов в газах (искровая камера); фотохимическое действие (толстослойные фотопластинки).

Так как многие из перечисленных методов знакомы читателю по курсу физики средней школы, то в качестве иллюстрации рас­смотрим лишь работу искровой камеры. Она состоит из электро­дов, пространство между которыми заполнено газом. Высоко­вольтное напряжение подается на электроды во время прохожде­ния частицей пространства камеры, сигнал для включения напряжения поступает с других детекторов. Электроны, возник­шие вдоль траектории частицы при ионизации атомов газа, ускоряются электрическим полем и производят сами ударную иониза­цию. В результате на небольших участках образуется видимый глазом искровой разряд.

На рис. 27.6 показана схема узкозазорной искровой камеры. Расстояние между электродами, помещенными в камеру (горизонтальные прямые на рис. 27.6), порядка 1 см. Искровые разря­ды возникают перпендикулярно электродам, их совокупность указывает траекторию частицы.

 

В стримерной¹ искровой камере расстояние между электродами 5—20 см. Высоковольтное напря­жение снимается примерно через 10~⁵ с после прохождения части­цы. За это время искры зарождаются только в непосредственной области первичной ионизации, созданной регистрируемой час­тицей. Следы частиц в стримерной искровой камере изображены на рис. 27.7.

К интегральным детекторам можно отнести фотопленки (фик­сируется степень почернения после проявления пленки), иониза­ционные камеры непрерывного действия и др.

Рассмотрим устройство и работу ионизационной камеры непре­рывного действия. Она представляет собой конденсатор К, внутри которого находится газ (рис. 27.8). При попадании излучения в газ происходит ионизация и по цепи протекает электрический ток, который обычно усиливают и измеряют. Сила тока пропорци­ональна числу ионов, образованных в камере в секунду, и, следо­вательно, потоку энергии проходящих ионизирующих частиц.

В некоторых приборах разрядка конденсатора под действием ионизи­рующего излучения фиксируется элек­трометром.

К счетчикам относят большую группу газоразрядных устройств {им­пульсные ионизационные камеры, про­порциональные счетчики, счетчики Гейгера—Мюллера), а также люми­несцентные, полупроводниковые и др.

Проанализируем зависимость импуль­са тока I, возникающего при попадании частицы в газовый промежуток (число ионов, участвующих в одном импульсе), от напряжения U на электродах (рис. 27.9; кривые соответствуют а- и b-частицам).

Обе кривые могут быть условно пред­ставлены шестью областями, для которых характерны различные процессы.

В области / рекомбинации часть ионов рекомбинирует. С ростом напряжения число рекомбинирующих ионов уменьшается, увеличивается число ионов, которые дости­гают электродов. Так как ионизирующая способность а-частиц больше, чем b-частиц, то кривые для них различны.

Область II соответствует насыщению. Все первичные ионы до­ходят до электродов, но вторичной ионизации еще нет. В этой об­ласти работает ионизационная камера.

В области III начинает проявляться вторичная ионизация, од­нако импульс тока при этом остается пропорциональным началь­ной ионизации. Число N пар ионов, присутствующих после уси­ления, пропорционально числу N_o первичных пар ионов, образо­ванных ионизирующей частицей:

где k — коэффициент газового усиления (k = 10³ + 10⁶). Он зави­сит от конструкции счетчика и природы используемого в нем га­за. Именно в этой области работают пропорциональные счетчики.

Так как N_o и, следовательно, N зависят не только от вида час­тиц, но и от их энергии, то пропорциональные счетчики могут из­мерять и энергию частиц.

Область IV называют областью ограниченной пропорциональнос­ти. Здесь еще проявляется зависимость от начальной ионизации, но к значению U₄ она уже пропадает. Значение U₄, называемое порогом области Гейгера, зависит от конструкции счетчика, а также от давле­ния и вида газа, используемого в нем. В этой области импульс тока становится достаточно большим и при малой начальной ионизации.

В области V работают счетчики Гейгера—Мюллера. Здесь боль­шой коэффициент газового усиления, но нельзя различать энер­гии частиц.

В области VI возникает непрерывный газовый разряд, который приводит к быстрой порче счетчика. Области V и VI соответству­ют самостоятельному газовому разряду, который будет поддержи­ваться и после прекращения ионизирующего действия частицы.

В качестве примера газовых устройств рассмотрим счетчик Гейгера—Мюллера, он состоит из коаксиально расположенных цилиндрических электродов [рис. 27.10: 1 — анод (тонкая нить, натянутая вдоль оси), 2 — катод в виде напыленного на стек­лянную трубку 3 металла]. Давление газа внутри счетчика 100— 200 мм рт. ст. К электродам прикладывается напряжение поряд­ка нескольких сотен вольт. При попадании в счетчик ионизирую­щей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к аноду. Так как нить тонкая (диаметр около 0,05 мм), то вблизи нити электрическое поле сильно неоднородно, напря­женность поля велика. Электроны вблизи нити ускоряются на­столько, что начинают ионизовать газ. В результате возникает разряд, и по цепи (рис. 27.11) протекает ток.

Самостоятельный разряд в счетчике Гейгера—Мюллера необ­ходимо погасить, иначе счетчик не прореагирует на следующую частицу. Для гашения разряда применяют радиотехнический ме­тод и метод, основанный на добавлении в трубку многоатомных газов (самогасящиеся счетчики).

Простейшим вариантом первого метода является включение последовательно со счетчиком высокоомного резистора. При про­текании тока на этом резисторе происходит значительное падение напряжения, напряжение на счетчике уменьшается и разряд пре­кращается. Более распространены самогасящиеся счетчики, в ко­торых благодаря специальному газовому наполнению разряд сам собой обрывается даже при малых сопротивлениях цепи.

Электрические импульсы, возникающие во внешней цепи на резисторе, усиливают и регистрируют специальным устройством.

Принцип действия сцинтилляционного (люминесцентного) счет­чика основан на том, что под действием ионизирующего излучения в некоторых веществах происходят кратковременные вспышки света — сцинтилляции. На первом этапе развития ядерной физи­ки сцинтилляции регистрировались при визуальном наблюдении. В люминесцентном счетчике они регистрируются автоматически с использованием фотоэлектронного умножителя.

Полупроводниковые счетчики реагируют на изменение элек­тропроводимости р—n-перехода под воздействием заряженной час­тицы.

Как видно, все перечисленные выше детекторы работают тог­да, когда частицы производят ионизацию в определенном объеме. В связи с этим для регистрации а- и b-частиц стенки счетчиков или камер должны пропускать эти частицы. В отдельных случаях для регистрации а-излучения соответствующий источник поме­щается внутрь камеры, так как трудно сделать стенки камеры прозрачными для этих частиц.

Рентгеновское и у-излучения регистрируются благодаря иони­зации, которую вызывают заряженные частицы, образованные при фотоэффекте, Комптон-эффекте и т. д.

Счетчики должны удовлетворять некоторым общим требовани­ям, связанным с эффективностью, разрешающим временем и т. д. Эффективностью называют отношение числа зарегистрирован­ных частиц к общему числу частиц, пролетевших через счетчик. Разрешающим (или мертвым) временем счетчика называют ми­нимальное время, которое должно разделять следующие друг за другом частицы, чтобы они не были сосчитаны как одна.

 

¹ Стримерами называют светящиеся разветвленные каналы, обра­зующиеся при электрическом разряде в газах.