- •Введение
- •1 Краткие сведения из атомной и ядерной физики
- •1.1 Строение атома
- •1.2 Атомное ядро, изотопы
- •1.3 Радиоактивность и радиоактивный распад
- •1.4 Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля ионизирующего излучения
- •2 Доза излучения. Единицы дозы излучения
- •2.1 Поглощенная доза
- •2.2 Эквивалентная доза
- •2.3 Эффективная эквивалентная доза облучения
- •2.4 Коллективная эквивалентная доза облучения
- •2.5 Экспозиционная доза фотонного излучения
- •2.6 Гамма – постоянная радионуклида
- •3.1 Цезий
- •3.3 Стронций-90
- •3.4 Трансплутониевые радионуклиды
- •4 Радиоактивные материалы и окружающая среда
- •4.1 Естественная радиация
- •4.1.1 Космическое излучение
- •4.1.2 Земное излучение
- •4.2 Изменение естественного радиоактивного фона
- •4.2.1 Использование излучений в медицине
- •4.2.1.1 Медицинская диагностическая рентгенография
- •4.2.1.2 Диагностическая радиационная медицина
- •4.3 Испытания ядерного оружия
- •4.4 Промышленные процессы и естественные радионуклиды
- •4.5 Радиация и атомная энергетика
- •4.5.1 Производство электроэнергии на АЭС в условиях нормальной эксплуатации
- •4.5.1.1 Добыча и переработка урановых руд
- •4.5.1.2 Производство ядерного топлива
- •4.5.1.3 Эксплуатация реакторов
- •4.5.1.4 Переработка ядерного топлива
- •4.5.1.5 Транспортировка радиоактивных материалов
- •4.5.1.6 Долговременные перспективы
- •5 Обстановка после Чернобыльской аварии
- •5.1 Авария и аварийные меры на площадке
- •5.2 Последствия аварии на ЧАЭС
- •6 Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути облучения организма человека
- •6.1 Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ
- •6.2 Пути внешнего облучения
- •6.3 Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов
- •6.3.1 Ингаляционное поступление радионуклидов
- •6.3.2 Поступление радионуклидов с продуктами питания
- •6.4 Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и содержания радионуклидов в продуктах питания
- •6.4.1 Допустимые уровни годовой суммарной эффективной дозы
- •6.5 Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания
- •7 Взаимодействие заряженного излучения с веществом
- •7.1 Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом
- •8 Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом
- •8.1 Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
- •8.2 Ослабление излучения в веществе
- •8.3 Фотоэффект
- •8.4 Комптон-эффект
- •8.5 Эффект образования пар
- •9 Ионизационный метод регистрации излучения
- •9.1 Принципы регистрации излучения
- •9.2 Физические основы газовой проводимости
- •9.2.1 Подвижность ионов
- •9.2.1.1 Рекомбинация ионов
- •9.3 Вольт–амперная характеристика газового разряда
- •9.4 Ионизационные камеры. Принципы работы и общие характеристики
- •9.4.4 Импульсные камеры
- •9.5 Пропорциональный счетчик
- •9.5.1 Принцип действия
- •9.5.2 Механизм газового разряда
- •9.5.3 Рабочие характеристики
- •9.5.4 Конструкция и применение пропорциональных счетчиков
- •9.6.1 Особенности газового разряда
- •9.6.2 Рабочие характеристики
- •10 Сцинтилляционные детекторы
- •10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора
- •10.2 Фосфоры
- •10.2.1 Органические монокристаллы
- •10.2.2 Жидкие фосфоры
- •10.2.3 Пластики
- •10.2.4 Неорганические монокристаллы
- •10.3 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
- •10.3.1 Особенности регистрации излучений
- •11 Полупроводниковые детекторы
- •11.1 Зонная теория проводимости
- •11.2 Примесные полупроводники
- •11.4 Диффузионно-дрейфовые детекторы
- •12 Спектрометрия излучений
- •12.1 Основные виды спектрометров и их характеристики
- •12.2 Энергетические спектрометры
- •12.3 Методы построения спектрометров
- •13 Методы дозиметрии
- •13.1 Термолюминесцентные дозиметры
- •13.2 Фотографический метод дозиметрии
- •13.2.1 Сенситометрические характеристики фотографических материалов
- •14 Методы отбора и подготовки проб для радиометрических измерений
- •14.1 Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования почв
- •14.2 Полевое агрохимическое и радиологическое обследование почв
- •14.2.1 Выделение элементарных участков
- •14.3 Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.4 Формирование объединенных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.5 Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения радионуклидов не проводилась обработка почвы
- •14.6 Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов для агрохимических анализов
- •14.7 Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов
- •15 Математическая обработка результатов измерений
- •15.1 Методы и средства измерения
- •15.2 Погрешность измерения действительных величин
- •15.3 Статистическая точность измерения
- •Список литературы
q = N e = E e/w |
(11.9) |
Тогда: |
|
Ф = Е e/[w (C + Cм)], |
(11.10) |
где N – число пар ионов, образующихся при ионизации; е – заряд электрона; Е – энергия частицы.
В зависимости от параметров и технологии изготовления полупроводниковые электронно-дырочные детекторы делятся на поверхностно-барьерные Аu–Si и диффузионные с (р–п)– и (п–р)– переходами соответственно и диффузионно – дрейфовые (р–i–n) – типа.
11.3Поверхностно–барьерные детекторы
Поверхностно-барьерные детекторы изготовляют таким образом, чтобы вблизи поверхности кристалла из кремния или германия сформировался (п–р)– или (р–n)–переход. Это осуществляют двумя основными способами. Во–первых, используют поверхностную диффузию вещества одного типа внутрь кристалла из материала другого типа, например диффузию фосфора в кристаллы кремния р- типа. Во–вторых, можно использовать химические свойства поверхности кремния или германия. Поверхностный слой этих элементов легко окисляется и ведет себя как электронный акцептор (р-слой). Электрический контакт с поверхностным слоем осуществляют с помощью тонкого слоя металла, обычно золота, который наносят на поверхность кристалла испарением в вакууме. Такие золото–кремниевые и золото–германиевые счетчики широко применяют для регистрации и спектрометрии тяжелых заряженных частиц и нейтронов. Золото–кремниевые детекторы используют в условиях комнатной температуры.
11.4Диффузионно-дрейфовые детекторы
Диффузионно-дрейфовые детекторы (р–i–n)-типа с р– проводимостью изготовляют из кремния или германия; используется сначала диффузия, а затем дрейф ионов лития в глубь кристалла при температуре 400° С, при обратном смещении в несколько сот вольт. Атомы располагаются в кристалле в междоузлиях и поэтому имеют очень большой коэффициент диффузии. Под действием электрического поля ионы лития проникают глубоко в кремний или германий и компенсируют акцепторы. Образуется кристалл с
160
компенсированной плотностью примесей, имеющий только собственную проводимость (область с i-проводимостью) и высокое удельное сопротивление (ρ=25 104 Ом см при комнатной температуре).
Литиево–дрейфовые детекторы изготовляют планарные и коаксиальные.
Диффузионно–дрейфовые детекторы отличаются от детекторов поверхностно–барьерных и диффузионных. Они обладают хорошей стабильностью в работе, имеют высокую чувствительность. Планарные литиево–дрейфовые можно изготовить с большой счетной площадью и получить толщину чувствительного слоя до десятков миллиметров. Они имеют однородное электрическое поле U/d в обедненной области, ширина этой области d и, следовательно, емкость С не зависят от приложенного напряжения. Для (р–п) –
переходов |
C |
1 |
, а для (p–i–n) – переходов C f(U) const. В (р–n)– |
|
U |
||||
|
|
|
детекторах обратный ток растет с увеличением напряжения, а в (р–i– n)– детекторах изменяется незначительно, но по абсолютной величине выше, чем в (р–п)– детекторах. Для (p–n)–детекторов обратный ток в основном определяется токами утечки, а для (р–i–п)– детекторов – током от неосновных носителей, генерируемых в обедненной области.
Полупроводниковыми детекторами в сочетании с усилителями с низким уровнем шумов можно измерять плотности потоков тяжелых частиц, электронов и γ–излучения
Для регистрации β– и γ–излучений обычно используют кремниевые детекторы диффузионного и диффузионно-дрейфового типа. По сравнению с поверхностно–барьерными они имеют следующие преимущества: более широкий чувствительный слой, меньшее напряжение питания и более слабую зависимость амплитуды импульсов от последнего, отсутствие контактных шумов. При соответствующей градуировке их можно использовать в качестве дозиметров.
Полупроводниковые детекторы обладают такими ценными качествами, как высокое энергетическое разрешение, достаточно хорошая эффективность регистрации излучения, линейность характеристик в широкой области энергий для различных видов ионизирующего излучения, компактность, простота в изготовлении и обращении. Кроме того, они не требуют высоковольтных источников
161
питания. Кремниевые детекторы нечувствительны к магнитным полям.
Литиево–дрейфовые германиевые детекторы изготовляют с большим чувствительным объемом, достигающим 100 см3. Детекторы этого типа используют в спектрометрии γ-излучения, где они успешно конкурируют со сцинтилляционными спектрометрами, так как отличаются высоким разрешением и чувствительностью. Литиево-дрейфовые германиевые детекторы хранят и эксплуатируют при температуре жидкого азота. Детекторы помещают в специальные криогенные вакуумные камеры–криостаты, в которых поддерживают давление порядка 10-2 Па. Криостаты сочленяют с сосудами Дьюара, содержащими жидкий азот. Измерения проводят при температуре
Т~77°К.
Гамма–спектрометры с германиево–литиевыми детекторами находят все более широкое применение в ядерной энергетике, так как с их помощью по изменению интенсивности γ-линий можно, например, следить за выгоранием твэлов и содержанием радиоактивных веществ в теплоносителе. Непрерывное наблюдение и автоматический контроль за работой ядерного реактора обеспечивают его бесперебойную работу и радиационную безопасность обслуживающего персонала.
162