3.4. Способы и средства добывания информации о радиоактивных веществах
Добыванием информации о радиоактивных веществах занимается радиационная разведка. Для обнаружения радиоактивных излучений она использует специальные дозиметрические приборы. Структура типового прибора радиационной разведки приведена на рис. 3.16.
Рис. 3.16. Структура прибора радиационной разведки.
Детектор преобразует энергию радиоактивного излучения в электрические сигналы, которые после усиления поступают на стрелочный или цифровой индикатор. В качестве детектора используются ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, кристаллы полупроводника, фотопленка,
Ионизационные камеры (Вильсона, пузырьковые, искровые) представляют сосуд цилиндрической или прямоугольной формы, заполненные газом с пересыщенным паром (в камере Вильсона), жидким водородом (в пузырьковой камере) и инертным газом (в искровой камере). В искровой камере имеются, кроме того, плоскопараллельные близко расположенные друг к другу пластины, на которые подается высокое напряжение, чуть ниже пробойного. Когда через камеру Вильсона и пузырьковую камеру пролетает электрически заряженная частица, на возникаюших на ее пути ионах конденсируются маленькие капельки жидкости, видимые при боковом освещении. При пролете быстрой частицы через искровую камеру вдоль ее траектории между пластинами проскакивают искры, создавая огненный трек.
В малогабаритных приборах радиационной разведки применяются в основном газоразрядные счетчики (счетчики Гейгера-Мюллера). Газоразрядные счетчики представляют собой стеклянную герметичную трубку, заполненную смесью газовой смесью (аргона и воздуха, аргона и паров и др.) под давлением 0.1 атмосферы. Внутренняя поверхность трубки металлизирована. Внутри трубки протянута металлическая нить, на которую подается высокое положительное напряжение 1000-1500 В постоянного тока, а к поверхности счетчика - отрицательное напряжение. Когда в газоразрядную трубку попадает ионизирующая частица, происходит лавинообразный процесс образования ионов, между электродами возникает короткий импульс тока, который подается на вход усилителя. В результате вторичной ионизации обеспечивается высокая чувствительность детектора. Импульсы тока усиливаются и регистрируются в простейшем варианте в виде звуковых щелчков, в более совершенных дозиметрических приборов частость импульсов преобразуется в значение уровня излучения, отображаемое с помощью стрелочных или цифровых индикаторов.
Счетчики Гейгера-Мюллера для регистрации -излучения имеют очень тонкое (0.002-0.003 мм) слюдяное окно, через которое частицы без существенного поглощения попадают в трубку. Для регистрации - излучения окно трубки делают из алюминиевой фольги толщиной 0.1-0.2 мм, которая поглощает -частицы. Трубки для регистрации - излучения закрыты слоем алюминия толщиной 1 мм, поглощающей - излучение.
Сцинтиляционные детекторы представляют собой экран (пластину) из стекла, покрытый флюоресцирующим веществом (сульфидом цинка, антраценом или другими веществами, преобразующими кинетическую энергию радиоактивных частиц в энергию световой вспышки). Путем размещения за экраном фотоумножителя вспышки света могут преобразовываться в электрические сигналы с последующим измерением их интенсивности электронным счетчиком. Преимущество сцинтилляционного детектора состоит в том, что он может раздельно считать частицы, поступающие через очень короткие промежутки времени (10-8-10-9 с вместо 10-5-10-6 с у счетчиков Гейгера- Мюллера). Дальнейшим развитием сцинтилляционного счетчика является люминисцентная камера, которая не только считает частицы в течение очень короткого времени (10-13-10-14 с), но и с помощью соответствующего электронно-оптического устройства регистрирует их траектории.
Широкое распространение получили кристаллические полупроводниковые детекторы, основу которых составляют полупроводниковый кристалл кремния или германия с различными добавками. Электропроводность кристалла изменяется под действием ионизирующего излучения.
В качестве фотодетекторов применяют также рентгеновскую фотопленку, по степени почернения которой за определенное время судят об уровне излучения.
Приборы для обнаружения и измерения радиоактивных излучений в зависимости от назначения делятся на индикаторы радиоактивности, радиометры и дозиметры. По способу индикации интенсивности излучения - на стрелочные и цифровые.
Индикаторы излучений информируют оператора световой или звуковой индикацией о наличии в зоне поиска радиоактивных веществ, радиометры предназначены для обнаружения и измерения радиоактивного заражения среды, а дозиметры - для измерения дозы облучения.
Величина, которую измеряют радиометры, называют мощностью экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения. Экспозиционная доза -излучения равна отношению заряда, созданного гамма-квантами в воздухе при нормальных условиях, к массе этого воздуха. В качестве единицы измерения в системе СИ принята мера в кулон/кг (Кл/кг). Широко применяется несистемная единица измерения - рентген и ее доли (миллирентген и микрорентген). Соотношение между этими единицами равно: 1Р=2.58. 10-4 Кл/кг.
Мощностью экспозиционной дозы называется величина экспозиционной дозы в единицу времени. Фоновая мощность излучения космоса и радионуклидов земли составляет в среднем 5-30 мкР/ч. Энергия и -частиц оценивается также в электрон-вольтах (эВ) и см пробега Один эВ равен кинетической энергии, получаемой электроном под действием разности потенциалов 1 В. Энергия альфа-частиц, излучаемых различными естественными радиоактивными элементами, составляет 4-9 МэВ (1 МэВ =106 эВ). что обеспечивает их пробег ав атмосфере воздуха при нормальных условиях 2.5-8.6 см.
На рынке имеются разнообразные радиометры, в том числе бытовые «Белка», «Эксперт», «Сосна» и другие. Разнообразные прфессиональные приборы выпускает Обнинский приборный завод “ Сигнал”. Например, измеритель мощности дозы гамма-излучения ИМД-2 применяется в стационарных условиях, на летательных аппаратах, подвижных объектах и для пешей разведки, Индикация уровня производится с помощью светящегося сектора на шкале прибора. Он имеет следующие характеристики:
- диапазон измерения МЭД.........................................10 мкР/ч-1000 Р/ч;
- погрешности измерения..............................................30 %;
- диапазон температур окружающей среды, 0С ....... -50...+50;
- вес прибора, кг .............................................................1.6 кг;
- габариты, мм ................................................................ 198х180х82.
Величина поглощения энергии излучения в единице биологической массы (ткани) называется основной дозиметрической величиной (дозой). Единица измерения дозы в системе СИ - зиверт (Зв) и несистемная единица измерения - бэр, причем 1 бэр=100 Зв.
По биологическому воздействию поглощенная биологической тканью доза, измеренная в бэрах, примерно равна экспозиционной дозе, измеренной в рентгенах. Поэтому уровни радиоактивного заражения оценивают как в рентгенах, так и бэрах.
Малогабаритные дозиметры (ДРС‑01, ДКС‑04, ДЭГ‑8,ДРГ‑01Т1, ДРГ‑05М и др.) постоянно применяются людьми, имеющие дело с радиоактивными веществами, для измерения принятой ими дозы в течение определенного времени работы, например, месяца. Пороговое значение дозы за год не должно превышать 5 бэр.