Добавил:
YagamiRam
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Лабораторные работы / Метода по 7 и 8 лабам_Радон
.pdf
Внутреннее пространство детектора заполнено газовой
смесью, состоящей, например, из аргона (90%) и изопентана
(10%). Пары изопентана, спирта, хлора, фтора или метила
добавляют для гашения газового разряда. Детекторы с добавками хлора и фтора называют галогенными и они являются самогасящимися. Давление газовой смеси составляет
50-100 мм рт. ст.
Торцовые детекторы (рис. 9.3) отличаются тем, что в
них анод закреплён одним концом, а другой конец оканчивается маленьким стеклянным шариком и остаётся свободным.
Рис. 9.3. Торцовый детектор:
1 – стеклянный баллон, 2 – анод – вольфрамовая нить,
3 – катод, 4 – тонкое слюдяное окно
Торцовые счётчики используют для измерения бетаизлучений, для этого в корпусе счётчика делают окошко, закрытое тонким слоем материала, слабо поглощающего это
излучение.
К электродам прикладывается напряжение, создающее
сильное электрическое поле. Ионизирующая частица, попавшая в детектор, образует в нём огромное количество пар
ионов. Отрицательные ионы движутся к аноду, а положи-
145

тельные к катоду и создают кратковременный импульс тока,
который длится порядка 10-4 с.
Ионизационные детекторы в зависимости от приложенного напряжения подразделяют на ионизационные камеры и
ионизационные счётчики.
На рис. 9.4 показана зависимость ионизационного тока
для излучений с различной энергией Еi частиц от напряжения
V, приложенного к электродам, называемая вольтамперной
характеристикой.
Рис. 9.4. Вольтамперная характеристика ионизационного
детектора для излучений с различной энергией (Е
> Е2 > Е1)
3
В интервале напряжений от U0 до U1 рекомбинация ионов отсутствует и все образованные излучением ионы долетают до электродов. Сила тока при этом не зависит от величины приложенного напряжения и остаётся постоянной. Такой ток называют током насыщения, а интервал – областью
тока насыщения. Для этого режима величина импульса тока
зависит только от числа пар ионов, образованных частицей,
т.е величина импульса пропорциональна энергии частицы.
146

На участке напряжений от U1 до U2 ионы ускоряются
электричеcким полем до таких скоростей и приобретают такую энергию, что сами, сталкиваясь с атомами газа, производят его ионизацию. Этот процесс называют ударной ионизацией. При этом наблюдается пропорциональность между
числом пар ионов, образованных излучением, и числом пар
ионов, возникших в результате ударной ионизации. Эта область газового разряда называется областью пропорциональности. В области пропорциональности коэффициент газового
усиления изменяется от 1 при напряжениях близких к U1 до
10 000 и более при напряжениях близких к U2. В области пропорциональности величина импульса также пропорциональна
энергии частицы. Благодаря газовому усилению пропорциональный счётчик имеет на выходе импульсы достаточно
большой амплитуды, что упрощает схему усиления. Ионизационные камеры имеют плохую разрешающую способность
по энергии, порядка 30-50 кэВ, регистрируемых частиц или
квантов. Это не позволяет различать частицы с мало отличающимися энергиями и использовать их для спектрометрии.
В этих областях работают все ионизационные камеры.
Область напряжений от U
до U
2
называют областью ог-
3
раниченной пропорциональности, и она в ионизационных
детекторах не используется.
Применение ионизационных счётчиков ограничено их
сравнительно небольшим разрешающим временем. Как уже
было сказано, длительность импульса тока в ионизационном
счетчике составляет порядка 10-4 с. Если интенсивность регистрируемого потока такова, что частицы будут попадать в
детектор через меньший интервал, то счётчик будет не в состоянии их регистрировать. Время, в течение которого детектор не может регистрировать следующую частицу, называют
«мёртвым временем». При очень большой активности источника излучения или при высоком уровне радиоактивного загрязнения прибор с ионизационным датчиком будет давать
либо искажённые показания, либо не будет работать совсем.
147

При напряжениях от U3 до U4 сила ионизационного тока
не зависит от первоначальной ионизации, а определяется
только величиной напряжения. В этой области достаточно появления между электродами одной пары ионов, чтобы возник
лавинообразный процесс, приводящий к ионизации всего пространства. Эта область газового разряда называется областью
Гейгера, а детекторы называют счётчиками Гейгера-Мюллера.
Такой детектор можно использовать только для определения
количества ионизирующих частиц, что позволяет измерять
мощность дозы при известной энергии излучения.
Счётчики Гейгера – Мюллера применяют для регистрации гамма- и бета-излучения. К ним относятся торцовые
счётчики типа СБТ, МСТ-17, Т-25-БФЛ и др., а также цилиндрические счётчики СТС-5, СТС-6 и др. У цилиндрических
счётчиков стенки выполнены из нержавеющей стали или
алюминия. В портативной аппаратуре используются галогенные счётчики СИ-8Б, СБТ-10, СБТ-12 и др.
Ионизационные детекторы применены в рентгенометрах ДРГ-01Т1, БЕЛЛА, РКСБ-104, Скаут и др., в радиометрах КРК-1, БЕТА, ТИСС, КРБ-1 и др.
Сцинтилляционные детекторы. Сцинтилляционный ме-
тод регистрации излучений основан на способности некоторых кристаллов, оргстёкол, газов и жидкостей испускать
вспышки света – фотоны света при поглощении ионизирующих излучений. Каждой частице (кванту), попавшей в сцинтиллятор, соответствует вспышка, сила которой пропорциональна энергии частицы (кванта). Благодаря этому по числу
вспышек и их силе можно судить об интенсивности излучений, определять мощность дозы, энергию, спектральный состав и другие характеристики исследуемого источника излучений. Для регистрации световых вспышек используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
Сцинтилляционный детектор состоит из сцинтиллятора
и ФЭУ. Схематическое устройство сцинтилляционного детектора показано на рис. 9.5.
148

схеме
к электронной
Рис. 9.5. Устройство сцинтилляционного детектора:
1 – сцинтиллятор, 2 – световод, 3 – фотокатод,
4 – фокусирующий электрод, 5 – диноды,
6 – стеклянный корпус ФЭУ, 7 – анод
При попадании радиоактивной частицы или кванта в
сцинтиллятор 1 возникает световая вспышка, фотон света
проходит через световод 2 и достигает фотокатода 3 фотоэлектронного умножителя. Фотон света выбивает из фотокатода некоторое количество фотоэлектронов, которые фокусируются фокусирующим электродом 4 и попадают на первый динод 5. ФЭУ имеет от 9 до 12 динодов. Между фокусирующим электродом 4, динодами 5 и анодом 7 приложено
напряжение, которое ускоряет электроны. Фотоэлектроны,
ускоренные приложенным напряжением, выбивают из динода большее количество электронов, которые вылетают в направлении следующего динода и т.д. Таким образом, электронный пучок, проходя через динодную систему, умножается. Когда электронный пучок достигает анода 7, в анодной
цепи возникает электрический импульс, амплитуда и форма
которого зависят от вида и энергии зарегистрированной частицы. Электрические импульсы поступают в электрическую
измерительную схему для дальнейшей обработки.
Сцинтилляционные детекторы имеют высокую разрешающую способность по энергии и по времени. Длительность импульсов на выходе ФЭУ определяется, прежде всего,
типом сцинтиллятора. При использовании сцинтиллятора из
NaJ(Тl) (йодистого натрия, активированного таллием), дли-
149

тельность импульсов на выходе ФЭУ составляет порядка
0,25 мкс, стильбена или антрацена – 0,1 мкс, что позволяет
применять такие детекторы для измерения активностей на
2-3 порядка выше, чем при использовании ионизационных де-
текторов. Сцинтилляционные детекторы обеспечивают высокую пропорциональность между силой вспышки и амплитудой импульса на выходе ФЭУ. Благодаря этому такой детектор имеет высокую разрешающую способность по энергии,
порядка 10-30 кэВ регистрируемых частиц или квантов.
Сцинтилляционные детекторы нашли самое широкое
применение, так как позволяют регистрировать любые виды
излучений, определять мощность дозы, исследовать спектральные и другие характеристики.
Сцинтилляционные детекторы использованы в радиометре РКБ-1еМ, гамма-спектрометре «Прогресс» и др.
Полупроводниковые детекторы. Полупроводниковые де-
текторы позволяют регистрировать все виды ионизирующих
излучений, в том числе и альфа-излучение, благодаря тому,
что не требуют никакого защитного корпуса и излучение попадает непосредственно на рабочую поверхность полупроводника. В принципе работа полупроводникового детектора
также основана на эффекте ионизации, но ионизации в твёрдом теле. Наиболее широко распространены германиевые
детекторы. Эти детекторы обладают очень высокой чувствительностью, но требуют для поддержания в рабочем состоянии постоянного охлаждения жидким азотом, что усложняет
и удорожает их применение.
Полупроводниковые детекторы обладают самым высоким разрешением из всех существующих детекторов как по
энергиям, так и по времени. Длительность импульсов, формируемых полупроводниковым детектором, составляет порядка 0,01 мкс.
Примером применения полупроводниковых детекторов
является измерительная камера радиометров радона РРА-01,
«Рамон» и др.
150

Измерение объёмной активности (ОА) 222Rn с помощью радиометра РРА-01 основано на электростатическом
осаждении положительно заряженных ионов 218Po, образовавшихся в воздухе измерительной камеры при распаде
222Rn, на поверхность полупроводникового детектора и последующей регистрации количества α-частиц, испускаемых
при распаде 218Po и 214Po.
Значительная часть атомов α-излучающих ДПР радона
также положительно заряжена и соответственно оседает на
поверхность детектора под действием электрического поля.
Детектор регистрирует α-частицы, образующиеся при распаде
218
Po (RaA, t
= 3,05 мин) и
1/2
214
Po (RaC', t
= 164 мкс).
1/2
Использование поверхностно-барьерных полупроводниковых детекторов, работающих в спектрометрическом режиме,
позволяет разделить α-частицы, образующиеся при распаде
218
Po и
214
Po, так как они существенно различаются по вели-
чине энергии: энергия α-частиц, образующихся при распаде
218
Po, составляет 6,00 МэВ, а энергия α-частиц, образующих-
ся при распаде
214
Po, – 7,69 МэВ.
Конструктивно радиометр состоит из блока детектирования, блока управления и сетевого блока питания (рис. 9.6).
Внутри измерительной камеры вдоль стенок установлена металлическая сетка. Между сеткой и полупроводниковым детектором создаётся разность потенциалов в 1400 В,
для того чтобы положительно заряженные ДПР радона под
действием электрического поля двигались к детектору и
осе-
дали на его поверхности.
Измерительное устройство имеет амплитудно-цифровой
преобразователь (АЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования радиометра и алгоритм расчёта объёмной активности радона, микропроцессор и модуль вывода информации с жидкокристаллическим индикатором (дисплеем).
151

Рис. 9.6. Блок детектирования радиометра РРА-01
Дозиметр ДРГ-01Т1
Независимо от типа используемого детектора излучений, схемы дозиметров отличаются незначительно. Поэтому
мы в качестве примера рассмотрим функциональную схему
широко распространённого дозиметра ДРГ-01Т1.
Дозиметр предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы на рабочих местах, в смежных помещениях и
на территории предприятий, использующих радиоактивные
вещества и другие источники ионизирующих излучений, а
также в зоне наблюдения. Кроме того, дозиметр может быть
использован для контроля эффективности биологической защиты, радиационных упаковок и радиоактивных отходов, а
также в период возникновения, протекания и ликвидации последствий радиационных аварий.
152

Дозиметр обеспечивает измерение мощности экспозиционной дозы в интервале энергий фотонов от 8 до 480 фДж
(от 0,05 МэВ до 3,0 МэВ).
Дозиметр обеспечивает измерение мощности экспозиционной дозы в диапазоне от 0,01 мР/ч до 9,999 Р/ч. Время
измерения в режиме «Измерение» не превышает 25 с, в режиме «Поиск» – 2,5 с.
В качестве детекторов излучения использованы четыре
газоразрядных счётчика СБМ-20 и два счётчика СИ 34Г (или
СИ 40Г) с корректирующими свинцовыми фильтрами для выравнивания энергетической зависимости чувствительности.
Предельно допустимое облучение дозиметра соответствует мощности экспозиционной дозы 1000 Р/ч, при этом в
любом режиме работы на шкале цифрового индикатора высвечивается символ переполнения «П».
Функциональная схема дозиметра представлена на
рис. 9.7. В детекторе излучения (газоразрядных счётчиках)
под воздействием гамма-квантов возникают электрические
импульсы тока, поступающие на формирователь входного потока импульсов, входной каскад которого преобразует импульсы тока в импульсы напряжения с амплитудой, необходимой для регистрации счётной схемой. С выхода формирователя импульсного потока импульсы поступают на четырехразрядный двоично-десятичный счётчик. Накопленная за время измерения на счётчике информация поступает на индикатор через дешифратор, преобразующий двоично-десятичную
информацию счётчика в семисегментный позиционный код
индикатора.
Время измерения определяется частотой регулируемого
генератора и коэффициентом деления числа импульсов формирователем временного интервала. Изменением времени
измерения производится масштабирование (изменение поддиапазонов) входной информации с детекторов в абсолютную величину выходного параметра (мР/ч, Р/ч).
153

γ
Детекторы
излучения
Формирователь
входного потока
импульсов
Четырехзарядный
счетчик
импульсов
Управляемый
высоковольтный
преобразователь
Регулируемый
генератор
частоты
Стробирующее
устройство
Формирователь
временного
интервала
Одно-
вибратор
Устройство
командное
Дешифратор
Индикатор
Рис. 9.6. Структурная схема дозиметра ДРГ-01Т1
Одновибратор выполняет двойную функцию: осуществляет совместно со стробирующим устройством коррекцию
нелинейности счётной характеристики, вызванной просчётами («мёртвым временем») детекторов, и управление мощностью высоковольтного преобразователя напряжения для питания детекторов в зависимости от загрузки. Устройство команд вырабатывает импульсы управления основными узлами
дозиметра в различных режимах работы.
Для проведения измерений включить дозиметр, установив переключатель поддиапазона в одно из положений: мР/ч
или Р/ч, а переключатель режимов работы – в положение
КОНТР. На цифровом табло при правильном функционировании счётных устройств дозиметра и пригодности источника питания должно отобразиться число 0513 ± 1. Прибор готов к работе.
Установить переключатель режимов работы в положение ПОИСК, переключатель поддиапазонов в положение
мР/ч. Произвести сброс показаний нажатием кнопки СБРОС.
154
Соседние файлы в папке Лабораторные работы
