2. Устройство и принцип работы приборов дозиметрического контроля
В радиационной безопасности для контроля доз облучения используется различные виды приборов дозиметрического контроля (дозиметров).
Дозиметры – это приборы, предназначенные для измерения мощности экспозиционной или поглощенной дозы.
Карманный индивидуальный дозиметр (КИД) представляет собой конденсаторную камеру, заряд которой измеряется с помощью специального прибора. Перед работой камера заряжается до рабочего напряжения U1. После облучения потенциал уменьшается до U2. Зависимость между изменением потенциала камеры и дозой излучения определяется из формулы:
, (1)
где D – тканевая доза, Гр; C – электрическая емкость камеры, Ф; V – объем камеры, см3; 3,2 – переводной коэффициент.
Такие камеры позволяют измерить дозу облучения в диапазоне 12,4·10-4 …12,4 мКл/кг (0,005…50 Р). Часто дозиметр имеет две камеры с различными ионизационными объемами на разные дозы облучения. КИД заряжают от зарядного устройства и сохраняют до конца работы в кармане одежды для индивидуального контроля.
Индивидуальный фотодозиметр – это кадр рентгеновской пленки, запакованный в черную светонепроницаемую бумагу и помещенный в пластмассовую кассету. Эти дозиметры имеют широкий диапазон измерения и практическое отсутствие инерционности. Минимальное значение дозы, измеряемое фотометодом, составляет примерно 0,1…0,2 Р. Диапазон измерения фотодозиметров до 3…15 Р, энергия регистрируемых квантов больше 200 кэВ.
Дозиметр-радиометр бытовой ИРД предназначен для измерения мощности эквивалентной дозы γ-излучения; для оценки плотности потока β-излучения от загрязненных поверхностей; оценки загрязненности β, γ-излучениями нуклидами проб воды, почвы, пищи, продуктов растениеводства, животноводства и т.п.
Среди дозиметров наиболее широкое применение имеют приборы ДП-22В, ДП-24, ИД-1, ИД-11, представляющие собой комплекты индивидуальных дозиметров, предназначенных для определения (контроля) доз облучения.
Комплект дозиметров ДП-22В состоит из зарядного устройства типа ЗД-5 и 50 индивидуальных дозиметров карманных прямо показывающих типа ДКП- 50А, предназначенные для контроля экспозиционных доз гамма облучения, получаемых людьми при работе на зараженной радиоактивными веществами местности.
Зарядное устройство ЗД-5 имеет: преобразователь напряжения, выпрямитель высокого напряжения, потенциометр – регулятор напряжения, лампочку для зарядного гнезда, микровыключатель и элементы питания.
Дозиметр карманный, прямопоказывающий ДКП-50А (рис. 1) состоит из дюралевого корпуса 9, в котором расположены ионизационная камера 7 с конденсатором 5, электроскоп, отсчетное устройство и зарядная часть.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Рис.1. Устройство дозиметра карманного, прямопоказывающего ДКП-50А:
1 – защитная оправа; 2 – диафрагма; 3 – контактный штырь; 4 – стержень;
5 – конденсатор; 6 – визирная нить; 7 – ионизационная камера; 8 – объектив;
9 – корпус; 10 – шкала; 11 – окуляр
Основная часть дозиметра – малогабаритная ионизационная камера 7, к которой подключен конденсатор 5 с электроскопом. Внешним электродом системы камера – конденсатор является дюралевый цилиндрический корпус 9, внутренним электродом – алюминиевый стержень 4. Электроскоп образует изогнутая часть внутреннего электрода (держатель) и приклеенная к нему платинированная визирная нить (подвижный элемент) 6.
В передней части корпуса 9 расположено отсчетное устройство – микроскоп с 90-кратным увеличением, состоящим из окуляра 11, объектива 8 и шкалы 10. Шкала имеет 25 делений (от 0 до 50), каждое деление соответствует двум рентгенам.
В задней части корпуса находится зарядная часть, состоящая из диафрагмы 2 с подвижным контактным штырем 3. Зарядную часть дозиметра предохраняет от загрязнения защитная оправа 1.
Принцип действия дозиметра карманного, прямопоказывающего ДКП-50А (рис.2) подобен действию простейшего электроскопа.
Процесс зарядки дозиметра (рис.2а) заключается в подаче от источника питания (зарядного устройства) 7 к конденсатору 6, внутреннему 1 и внешнему 4 электродам, что приводит к собственно повышению заряда конденсатора 6 и потенциалов электрода 1 и 4, при этом в ионизационной камере 3 возникает электростатическое поле, в котором визирная нить 2 отклоняется от внутреннего электрода 1 под влиянием сил электростатического отталкивания.
Отклонение визирной нити 2 от внутреннего электрода 1 зависит от приложенного напряжения, которое при зарядке регулируется и подбирается так, чтобы изображение визирной нити 2 совместилось с нулем шкалы отсчетного устройства 5.
источник ионизации отсутствует источник ионизации γ-излучение
1 2 3 4 1 2 3 4
силы токопроводящая
отталкива-
притяжения среда
вания 6 5
50 0 5
50 0 6
возрастание потенциала 7 падение потенциала
а) б)
Рис.2. Схема принципа действия дозиметра карманного,
прямопоказывающего ДКП-50А:
а - процесс зарядки; б – процесс работы; 1- внутренний электрод; 2- визирная нить; 3 -–ионизационная камера; 4 – внешний электрод; 5 – шкала отсчетного устройства; 6 – конденсатор; 7 – источник питания.
Процесс работы дозиметра (рис.2б) заключается в том, что при воздействии гамма-излучения на заряженный дозиметр в ионизационной камере 3 возникает ионизационный ток, который уменьшает первоначальный заряд конденсатора 6 и ионизационной камеры 3, а, следовательно, и потенциал внутреннего электрода 1, что приводит к уменьшению сил электростатического отталкивания между визирной нитью и внутренним электродом 1 и их сближению. Сближение визирной нити 2 и внутреннего электрода 1 соответствует перемещению изображению визирной нити 2 по шкале отсчетного устройства 5 и зависит от изменения потенциала внутреннего электрода 1, которое пропорционально экспозиционной дозе гамма-излучения.