Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторные работы / Метода по 7 и 8 лабам_Радон

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
29.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
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