2. Введение

Учебным планом предусмотрено выполнение лабораторных работ по дисциплине «История и технология ядерной энергетики». Лабораторные работы охватывают различные аспекты исследований, посвященных регистрации излучений и защите от них.

Широкое использование ионизирующих излучений и приборов с ра­диоактивными источниками связано, прежде всего, с регистрацией и ко­личественной оценкой эффектов, вызываемых ионизирующим излучением при взаимодействии с веществом.

Воздействие ионизирующих излучений приводит к иони­зации и возбуждению атомов и молекул с образованием свободных элект­ронов и положительных ионов. Эти процессы, в свою очередь, приво­дят к изменению электрических свойств среды, к повышению температу­ры, химическим превращениям, излучению света, изменению объема и т.д.

Существуют различные способы преобразования для регистрации этих изменений в сигналы удобной формы. Устройство, на вход которого поступает частица, а на выходе появляются сигналы, можно рассматривать как детектор излучения.

По принципу работы детекторы излучения можно разделить на сле­дующие основные группы: ионизационные, сцинтилляционные, химичес­кие и др. Все они могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Наиболее широко для практических целей используются детекторы, принцип действия которых основан на ионизационных и сцинтилляционных эффектах.

Ионизационный метод детектирования ионизирующих излучений осно­ван на измерении электрических зарядов, освобожденных в веществе при воздействии излучения. Если иониза­ция происходит в объеме между двумя электродами с различными потен­циалами, то в результате направленного движения электронов и ионов в цепи детек­тора возникает электрический ток.

Все ионизационные детекторы представляют собой конден­саторы, в которых пространство между электродами заполнено каким-либо газом. В зависимости от величины напряженности электрического поля в газовом промежутке формы электродов, характера распределения электрического поля между электродами, давления газа ионизационные детекторы имеют различные свойства и подразделяются на ионизационные камеры, пропорциональные и газоразрядные счетчики.

Газоразрядные счетчики получили наиболее широкое распространение для ре­гистрации фотонного (гамма-), альфа-, бета- излучений и используются во многих промышленных и лабораторных приборах и установках.

Наиболее типичным газоразрядным счетчиком является счетчик Гейгера - Мюллера. Он имеет цилиндрическую форму: катодом служит металлический или стеклянный (с металлическим покрытием) цилиндр, анодом - тонкая металлическая нить, натянутая вдоль оси катода. Счетчик обычно заполнен смесью, состоящей из 90 % инертного газа (аргон, неон, и др.) и 10 % добавок в виде сложных газообразных органических соединении.

Сцинтилляционный метод основан на регистрации вспышек света - сцинтилляций, возникающих при прохождении ионизирующих частиц в некоторых веществах, называемых лю­минофорами или фосфорами. Для регистрации возникающих под действием ионизирующего из­лучения сцинтилляций обычно используются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Фотоны сцинтилляционной вспышки попадают на фотокатод ФЭУ, выбивают из него фотоэлектроны, которые движутся под действием внешнего электрического поля и попадают на дополнительные электроды (диноды) ФЭУ. В динодах в результате вторичной электронной эмиссии число электронов увеличивается в 10⁶– 10⁹раз. Таким образом, на вы­ходе ФЭУ образуется электрический сигнал, который затем регистри­руется специальными электронными схемами.

В качестве сцинтилляционных детекторов для регистрации различных видов излучений используются разнообраз­ные люминофоры, основными из которых являются: неорганические – NaI(Тl), Сs(Тl),ZnS(Ag); органические - антрацен (С₁₄Н₁₀), нафта­лин (С₁₀Н₈), стильбен (С₁₄Н₁₂), пластмассовые (терфинил в полисти­роле) и др.