Основные способы измерения радиоактивности

1.Счетчик Гейгера. Основной частью счетчика является газоразрядная трубка, содержащая газ при пониженном давлении (рис.1.)

Когда частица ( нейтрон, α-частица и пр. ) влетает в трубку, происходит ионизация молекул газа. Образовавшиеся ионы летят к заряженным электродам трубки – аноду (1) и катоду (2). На своем пути они встречаются с другими молекулами газа. Длина свободного пробега (т.е. расстояние между молекулами) такова, что ионы успевают набрать скорость, достаточную для ионизации встретившейся молекулы. Тогда образуется новая пара ионов, которые также летят к электродам, ионизуют другие молекулы и т.д. Возникает лавинообразный процесс ионизации всех молекул газа в трубке. Трубка вспыхивает. Сопротивление трубки R_тр резко падает. Наличие гасящего сопротивления R ~ 10⁷ Ом приводит к тому, что при R_тр<<Rп напряжение анод-катод также резко падает и трубка гаснет моментально. При этом на выходе появляется импульс напряжения. Ясно, что число таких импульсов за фиксированный промежуток времени характеризует поток частиц, т.е. уровень радиации. Оно может быть подсчитано счетчиками.

В дозиметре ДРГБ-01 используется цифровой счетчик, подсчитывающий количество импульсов за определенный интервал времени. Число, соответствующее подсчитанному количеству импульсов, представляется на цифровом индикаторе. Параметры прибора подобраны так, что это число равно активности, измеренной в микрозивертах в час или в килобеккерелях на килограмм.

2.Пропорциональные счетчики. Основной частью является та же трубка, но анодное напряжение выбирается значительно меньше, так же как и давление газа. Из-за этого ускорение ионов слишком мало и лавинный процесс не возникает. В трубке присутствуют лишь отдельные ионы, образовавшиеся в результате ионизации потоком частиц. Возникает слабый ионный ток, величина которого пропорциональна уровню радиации. Для измерения тока применяются стрелочные или цифровые приборы, включенные последовательно с трубкой. Гасящее сопротивление в этом случае не ставится.

3. Сцинтилляционные счетчики. В этих приборах используется свойство некоторых веществ светиться при радиоактивном облучении (сцинтилляция). Образец сцинтиллятора помещается рядом с катодом ФЭУ. Частота возникающих при попадании частиц на сцинтиллятор световых вспышек фиксируется ФЭУ и может быть измерена счетчиком или частотомером. Сцинтилляционные счетчики являются самыми чувствительными.

4.Радиофотолюминисцентный метод. Радиофотолюминесцентный метод заключается в том, что в облучающий поток ионизирующего излучения вносится образец стекла на основе четырехокиси фосфора РО_4. Под действием излучения происходит перестройка кристаллической структуры стекла с образованием центров люминисценции. Более длительное пребывание в потоке излучения приводит к образованию большего количества центров. С другой стороны, более интенсивный поток излучения также способствует образованию большего количества центров. Таким образом, количество образовавшихся центров пропорционально поглощенной образцом дозе радиации. Затем образец облучается ультрафиолетовым световым потоком. Если в образце присутствуют центры люминисценции, то образец начинает светиться в видимой части спектра. Легко понять, что интенсивность возникающего видимого свечения зависит от поглощенной образцом дозы. Интенсивность свечения легко измерить с помощью ФЭУ.

Такие измерения проводятся в тех случаях, когда необходимо определить интегральную величину поглощенной дозы за достаточно большой временной интервал – например, за сутки, неделю, месяц или более длительный срок.

Рассмотрим теперь схему цифрового счетчика для подсчета импульсов за фиксированное время (см. рис.2. ) Работа счетчика начинается с подачи импульса на вход запуска (обычно нажатием кнопки). Триггер перебрасывается и на его выходе возникает логическая единица, поступающая на две схемы "И". Через верхнюю схему "И" на счетчик Сч1 проходят импульсы с трубки, количество которых подсчитывается счетчиком. Таким образом, на его выходе возникает число в двоичном коде, которое вырастает по мере поступления импульсов. Преобразователь (X/Y) переводит двоичный код в код управления световыми индикаторами, отображающими результат подсчета.

Нижняя часть схемы представляет собой таймер – устройство для определения промежутка времени счета. Через нижнюю схему "И" на счетчик Сч 2 проходят импульсы фиксированной частоты с генератора (G). Результат подсчета ( в двоичном коде ) переводится в напряжение с помощью ЦАП. Так как этот результат все время возрастает, то напряжение U_цап также растет. При превышении величины U_оп (U_цап > U_оп ) на выходе компаратора (К) возникает логическая единица, поступающая на R-вход триггера и перебрасывающая триггер. Возникающий на выходе триггера логический ноль запирает обе схемы "И", подсчет импульсов прекращается и число на индикаторах перестает изменяться. При правильном подборе величины U_оп это число отражает уровень радиации в заданных единицах (мР/час, мкР/час, и т.д.).

Величину опорного напряжения U_оп можно регулировать с помощью потенциометра (на схеме он не показан). Такая регулировка проводится при настройке прибора перед измерением.