4.2.3. Сцинтилляционный счетчик
Сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений основан на измерении интенсивности излучения люминесцирующих веществ с использованием фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).
ФЭУ позволяет преобразовать слабые световые вспышки люминесцирующих веществ (люминофоров) в достаточно большие электрические импульсы, которые регистрируются электронной аппаратурой. Достоинством этого метода регистрации излучений является высокая временная разрешающая способность: порядка 10-7–10-8с.
ФЭУ совмещает свойства фотоэлемента и усилителя тока с большим коэффициентом усиления и состоит из катода, анода, динодов (эмиттеров), на которых происходит вторичная эмиссия электронов (рис. 17).
Рис. 19. Сцинтилляционный счетчик:
1 – люминесцирующее вещество; 2 – катод; 3 – фокусирующий электрод; 4, 5, 6 и 7 – эмиттеры (диноды); 8 – анод
Весь сцинтилляционный счетчик (сцинтиллятор и ФЭУ) заключен в светонепроницаемый кожух, чтобы исключить попадание постороннего света на фотокатод и диноды (эмиттеры) ФЭУ. ФЭУ защищен от внешних электрических и магнитных полей, которые нарушают фокусировку электронов. Вся система ФЭУ размещена в стеклянном баллоне с высоким вакуумом, необходимым для сохранения поверхностей фотослоя и динодов, а также свободного движения электронов.
В сцинтилляционном счетчике ФЭУ работает в импульсном режиме. Световые импульсы, возникающие в сцинтилляторе под действием ионизирующих излучений, из фотокатода за счет фотоэффекта выбивают электроны, которые собираются электрическим полем и направляются на первый эмиттер (динод), ускоряясь до энергии, достаточной для выбивания вторичных электронов из следующего эмиттера. Умножение числа электронов происходит при попадании потока первичных электронов на эмиттер. Выбитые электроны фокусируются на последующий динод, из которого они вновь выбивают примерно удвоенное количество электронов и т.д. Таким образом, лавина электронов возрастает от катода к аноду, происходит преобразование очень слабых световых вспышек, возникающих в сцинтилляторе, в регистрируемые электрические импульсы. Общий коэффициент усиления ФЭУ составляет 105–106 раз.
Сцинтилляционные счетчики обладают более высокой эффективностью счета (до 100 %) и разрешающей способностью по сравнению с газоразрядными.
С помощью сцинтилляционных счетчиков определяют активность источников и мощность доз ионизирующих излучений.
3.3. Приборы для измерения радиоактивности
Приборы дозиметрического и радиометрического контроля предназначены для измерения уровней воздействия ионизирующих излучений. В соответствии с видами дозиметрического контроля и назначением дозиметрическая аппаратура подразделяется на шесть групп.
Первая группа – измерители мощности дозы. Это приборы, предназначенные для измерения мощности дозы гамма-излучения и потока нейтронов. Для регистрации гамма-излучения используются переносные измерители мощности дозы ДП-5Б, РКСБ-104, "Сосна", дозиметр–радиометр МКС-АТ1117М с блоками детектирования для измерения мощности дозы гамма-излучения (БДКГ-01, БДКГ–03), гамма- и рентгеновского излучения (БДКГ-04).
Для измерения рентгеновского и гамма-излучений при рентгено- и гамма-терапии применяются медицинские рентгенметры типа РМ-1 и КРМ-1, детекторами в которых являются малые ионизационные камеры различных объемов со стенками различной толщины. Такие приборы позволяют проводить измерения дозы в пределах 0,001–50000 Р в диапазоне энергий от 6 кэВ до 1–2 МэВ.
Для измерения малых мощностей доз гамма-излучений от естественного фона используются измерители мощности дозы со сцинтилляционными счетчиками. Прибором такого типа является СРП-88Н, используется для целей геологоразведки.
Наиболее трудной задачей дозиметрии является измерение потоков и доз нейтронов, т.к. нейтроны разных энергий различным образом взаимодействуют с веществом.
В настоящее время для этих целей используется носимый комбинированный прибор дозиметр–радиометр МСК–АТ1117М с блоком детектирования БДКН-01.
Вторая группа – измерители потока альфа- и бета-частиц с загрязненных поверхностей. Для измерения потока альфа-частиц применяются приборы со сцинтилляционными счетчиками из сернистого цинка, активированного серебром. Для измерения потока бета-частиц применяются приборы с несколькими бета-счетчиками.
Многофункциональный прибор дозиметр-радиометр МСК–АТ1117М включает в себя блок обработки информации (БОИ) со встроенным газоразрядным счетчиком и внешние интелектуальные блоки детектирования которые производит регистрацию альфа-частиц (БДПА-01) и бета-частиц (БДПБ-01), этот прибор снабжен звуковым и световым устройством срабатывания сигнализации при превышении пороговых уровней по дозе, мощности дозы и плотности потока.
Измеритель мощности дозы ДП-5Б и бытовые дозиметры "Сосна" и РКСБ-104 могут использоваться для обнаружения загрязненности различных поверхностей бета-активными радионуклидами.
Третья группа – измерители загрязненности воздуха активными газами и активными аэрозолями. К этой группе относится бета-радиометр РУБ-01П.
Четвертая группа – измерители абсолютной активности проб воды и пищевых продуктов. К этой группе относятся радиометры РКГ-01, РКГ-02А, РУГ-91, PУГ-92, РУБ-91.
Пятая группа – измерители индивидуальных доз гамма- и нейтронного излучения. К этой группе относятся измерители дозы ИД-1, ДП-22В, ДП-24, в комплекте которых используются карманные, прямо показывающие дозиметры, позволяющие производить отсчет доз в процессе работы в диапазоне от 2 до 50 Р. Дозиметры ИД-1 и ДКП-50 представляют собой малогабаритные ионизационные камеры, внутренний электрод которых соединен с подвижной нитью, которая отклоняется по шкале пропорционально дозе излучения. Комплект ИД-11 состоит из индивидуальных измерителей дозы (дозиметров) и измерительного устройства (регистратора). Дозиметр ИД-11 обеспечивает измерение поглощенной дозы гамма- и смешанного гамма-нейтронного излучения в диапазоне от 10 до 1500 рад. В ИД-11 использован радиофотолюминесцентный детектор ионизирующих излучений на основе фосфатного стекла, активированного серебром. Во время воздействия на детектор ионизирующих излучений в нем возникают центы люминесценции, количество которых пропорционально поглощенной дозе излучения. Снятие показаний с дозиметра производится с помощью регистратора.
Для регистрации гамма-излучения могут использоваться фотодозиметры. Дозы гамма-излучения определяются по почернению пленки.
Химический дозиметр ДП-70М позволяет определять с помощью полевого калориметра ПК-56М измерение доз гамма-нейтронного излучения в диапазоне от 50 до 800 Р.
К шестой группе относятся установки для измерения внешнего излучения от людей. Эти установки используются в центрах медицинской диагностики для определения содержания в организме природных и искусственных радиоизлучателей–спектрометры излучения человека (СИЧ) В состав спектрометра излучения человека входит диагностическое кресло и ПЭВМ. За спинкой диагностического кресла расположены детекторы (сцинтиляционные счетчики и спектрометрическое оборудование)