5.2. Испытательное оборудование

В качестве источников радиационных излучений могут использоваться ядерные реакторы, линейные ускорители, рентгеновские установки и радиоактивные изотопы.

Наиболее эффективным источником является линейный ускоритель позволяющий получить как одиночный импульс, так и последовательность импульсов в длительности от 0,1 до 10 мксек. Последнее время для индуцирования фототоков используют лазерные установки, создающие эффект, аналогичный γ-излучению.

Импульсная рентгеновская установка позволяет получить только одиночные интенсивные вспышки используемые для моделирования воздействия мгновенных γ-квантов.

В качестве источников нейтронов используется импульсный реактор способный создавать импульсы тепловых нейтронов и излучения длительностью 100 мксек.

Для испытания на воздействие электромагнитного импульса используют СВЧ-генераторы регулируемой частоты, обеспечивающие получения напряженности поля в несколько тысяч на метр.

Новым методом испытаний является применение математического моделирования схемы и условий ее облучения с помощью ЭВМ. Пользуясь методом моделирования в сочетании с радиационными испытаниями, можно сократить сроки конструирования и более уверенно гарантировать устойчивую работу РЭА.

Одной из важнейших радиационных испытаний является определение уровня радиации. Процесс измерения экспозиционной или поглощенной дозы носит название дозиметрии.

По виду регистрирующего излучения различают дозиметрические приборы: для легкого рентгеновского излучения, для рентгеновского и γ - излучения, для β и γ излучений, для α- и других тяжелых заряженных частиц и для нейтронов.

По способу регистрации излучения в соответствии с физическими методами дозиметрии различают приборы: ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фото дозиметрические, химические и калориметрические. Широко используются ионизационные и люминесцентные дозиметрирующие приборы.

В зависимости от измеряемых параметров различают дозиметрические приборы:

1. Рентгенометры - измеряющие дозу и мощность излучения.

2. Радиометры - определяют плотность потока ионизирующего излучения, позволяющие вести счет по отдельным частицам (квантам).

По измеряемой физической величине и типу регистрирующего устройства бывают приборы, показывающие результат и интегрирующие измерения.

Ионизационные приборы основаны на использовании явления взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, при котором часть энергии излучения передается атомам этого вещества и расходуется на их ионизацию.

Принцип действия. Под действием радиоактивных излучений воздух между обкладками конденсатора ионизирует, и его молекулы из нейтральных превращаются в ионы. Наличие разности потенциалов, приложенные к обкладкам, приводит к тому, что ионы разных знаков, двигаясь в противоположные направления, вызывает ток в цепи, пропорциональный интенсивности излучения.

Рис. 5.1. Схема емкостного ионизационного

радиометра

(5.1)

где: N_o - число пар ионов, образуемых излучением в одном см за 1 сек; V_o - объем камеры, см³; L - заряд иона, численно равный заряду электрона.

Ионизационные приборы регистрируют суммарную ионизацию. Газоразрядные приборы Гейгера-Мюллера, отличающиеся большой чувствительностью. Цилиндр с проволочной нитью, изолированной от цилиндра, заполнен смесью газов (аргон + пары спирта), при пониженном давлении (10-15 мм.рт.ст.). Нить заземляется через очень большое сопротивление. Между нитью и стенками цилиндра создается разность потенциалов порядка тысячи вольт, но более низкое, чем пробивное напряжение газа в цилиндре. Попадание в счётчик быстрой частицы вызывает ионизацию газа, происходит пробой, и по R проходит импульс тока. Возникающий на R импульс усиливается и регистрируется (механический счетчик, фотопленка). Газоразрядные приборы определяют количество радиоактивных веществ.

Рис. 5.2. Газоразрядный прибор Гейгера-Мюллера

Сцинтилляционные приборы основаны на способности люминесцирующих веществ (сернистый цинк, нафталин) при бомбардировке их быстрыми заряженными частицами светиться. Быстрые заряженные частицы попадая на слой люминесцентного вещества, тормозятся и при этом значительная доля их энергии превращается в вспышку света, называемую сцинтилляцией. Наибольшая яркость вспышки имеет место в случае α-частиц, так как они тормозятся на пути длиною менее 0,1 мм и при этом световая энергия выделяется в малом объеме. Сцинтилляции, производимые рентгеновскими р и γ-лучами, вызывают значительно меньшее свечение. Поэтому для их обнаружения и счета используются чувствительные фотоэлементы - фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Поскольку каждому электрону, поглощенному в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи ФЭУ, то следовательно изменению подлежит как средняя величина анодного тока, так и число импульсов тока в единицу времени. В соответствии с этим различают токовый и счетчиковый режимы. Как в ионизационном, так и в сцинтилляционном дозиметрах ток определяет поглощенную энергию излучения, а скорость счета -плотность потока радиации.

Полупроводниковые приборы основаны на способности полупроводниковых кристаллов изменять свою проводимость под действием радиоактивных излучений. С помощью полупроводниковых детекторов можно фиксировать тяжелые заряженные α-частицы, а также β-частицы, рентгеновские и γ-кванты.

Фотодозиметрические приборы основаны на экспонировании пластинки с фотоэмульсией. После проявления фотопластинки негатив исследуется с помощью оптического денситометра (прибор, определяющий плотность почернения на светочувствительном слое) или спектрофотометра. Доза γ - излучения определяется путем сравнения степени прозрачности экспонированной пленки с прокалиброванным эталоном. Точность ±6 дБ.

Достоинства: малые размеры, большая чувствительность, возможность накопления действия излучения за длительное время.

Недостатки: сложность процессов обработки и измерений.

Данные приборы дают хорошие результаты при относительных измерениях нейтронных излучений ниже, чем у ранее рассмотренных приборов.

Химический метод дозиметрии основан на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений.

Радиационно-химические превращения могут происходить в водных растворах, в жидких и твердых химических системах. Из жидких химических дозиметров наиболее широко применяются ферросульфатный и цериевый.

В качестве твердых дозиметров используют ряд веществ, изменяющих свою окраску под действием облучения. Для дозиметрических целей успешно используются тонкие поливинилхлоридные пленки, в состав которых входят красители. Пленки толщиной в сотые доли миллиметра удобны тем, что не искажают поля излучения.

Разновидностью химических дозиметров являются прозрачные стекла, которые темнеют под действием ионизирующих излучений. Химические методы применяются для дозиметрии смешанных потоков γ -квантов и нейтронов.

Тепловые (калориметрические) приборы дозиметрии рентгеновского и γ - излучений основаны на преобразовании поглощаемой веществом энергии при взаимодействии ионизирующих излучений в тепловое. Тепловые приборы являются единственными, основанными на непосредственном (прямом) измерении поглощаемой энергии.

Таблица 5.2

Общие методы измерения ионизирующих

излучений

Термин	Определение
1 Ионизационный метод измерений ионизирующих излучений	Метод ионизирующих основанный на ионизационного возникающего чувствительного ионизационного воздействием излучения.
2 Сцинтилляционный метод измерений ионизирующих веществ	Метод измерений ионизирующих излучений, основной на регистрации, возникающих в веществе чувствительного объема сцинтилляционного детектора под воздействием ионизирующего излучения.
3 Фотолюминесцентный метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении люминесценции вещества чувствительного объема термолюминесцентного детектора при термостимул и рованном освобождении энергии, запасенной в этом веществе под воздействием ионизирующего излучения.

Продолжение табл. 5.2

4 Термолюминесцентный метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении люминесценции вещества чувствительного объема термолюминесцентного детектора при термостимулированном освобождении энергии, запасенной в этом веществе под воздействием ионизирующего излучения в тепловую.
5 Калориметрический метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении тепловой энергии, получаемой калориметрическим детектором в результате преобразования переданной энергии ионизирующего излучения в тепловую.
6 Изотермический метод измерений ионизирующих излучений	Калориметрический метод измерений ионизирующих излучений, осуществляемый в условиях постоянной разности температур между калориметрическим детектором и окружающей средой.
7 Адиабатический метод измерений ионизирующих излучений	Калориметрический метод измерений ионизирующих излучений, осуществляемых в условиях отсутствия теплообмена между калориметрическим детектором и окружающей средой.
8 Электрокондуктивный метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении измерения электрической проводимости вещества чувствительного объема электрокондуктивного детектора под воздействием ионизирующего излучения.
9 Электретный метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении числа или плотности треков, образовавшихся в веществе чувствительного объема трекового детектора под воздействием ионизирующего излучения.
10 Зарядовый метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении электрического заряда, образующегося в веществе чувствительного объема зарядового детектора под воздействием ионизирующего излучения.

Продолжение табл. 5.2

11 Эмиссионный метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении числа заряженных частиц, испускаемых веществом чувствительного объема эмиссионного детектора под воздействием ионизирующего излучения.
12 Оптический метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении измерений оптических параметров вещества оптического детектора под воздействием ионизирующего излучения.
13 Фотографический метод измерений ионизирующих излучений	Оптический метод измерений ионизирующих излучений, осуществляемый посредством измерения под воздействием ионизирующего излучения оптической плотности светочувствительной материала после его появления.
14 Химический метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении концентрации продуктов радиационной-химических реакцией в веществе химического детектора под воздействием ионизирующего излучения.
15 Трековый метод измерений ионизирующих излучений	Методы измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении числа или плотности треков, образовавшихся в веществе чувствительного объема трекового детектора под воздействием ионизирующего излучения.
16 Пондеромоторный метод измерений ионизирующих излучений	Методы измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении измерений электромагнитного взаимодействия пары веществ пондеромоторного детектора.
17 Спектрометрический метод измерений ионизирующих излучений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении распределения измеряемой характеристики ионизирующего излучения по заданному параметру.

Продолжение табл. 5.2

18 Метод ядерных реакций	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении активности радионуклидов или числа и (или) энергии ионизирующих частиц, образующихся в результате ядерной реакции между ионизирующим излучением и веществом чувствительного объема детектора.
19 Активационный метод измерений ионизирующих излучений	Метод ядерных реакций, осуществляемый посредством измерения активности радионуклидов, образующихся в веществе активационного детектора под воздействием ионизирующего излучения.
20 Метод совпадений ионизирующих частиц	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на регистрации нескольких событий, совпадающих в пределах определенного интервала времени. Примечания: 1) Под событием здесь подразумевается, например, испускание радиоактивным ядром ионизирующей частицы, регистрация ионизирующей частицы детектором. 2) При необходимости уточнения числа совпадающих событий в термин вводят терминоэлемент, указывающий это число, например, «метод двойных совпадений», «метод тройных совпадений».
21 Метод задержанных совпадений	Метод совпадений ионизирующих частиц, осуществляемый посредством регулируемого расширения интервала времени, в пределах которого события регистрируются как совпадающие, или посредством задержки регистрации одного или нескольких событий на определенный интервал времени.

Продолжение табл. 5.2

22 Метод антисовпадений	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на регистрации одного события или нескольких совпадающих в пределах определенного.
23 Метод счета ионизирующих частиц	Метод измерений ионизирующих излучений, основанный на измерении числа отдельных актов взаимодействия ионизирующих частиц с веществом чувствительного объема детектора