- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •«Защита от ионизирующих излучений»
- •Глава 1 строение вещества и радиоактивность
- •Строение вещества
- •Радиоактивность
- •Превращения атомных ядер
- •1.4 Виды ионизирующих излучений
- •1.5 Закон радиоактивного распада
- •1.6 Активность и единицы ее измерения
- •Глава 2. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
- •2.1 Взаимодействие альфа и бета - излучения с веществом
- •2.2 Взаимодействие фотонного излучения с веществом
- •2.3 Взаимодействие нейтронного излучения с веществом.
- •Глава 3.Дозиметрические величины и их нормирование
- •3.1. Виды доз облучения
- •3.2. Мощность дозы
- •3.3. Нормы радиационной безопасности (нрб-99)
- •3.4 Операционные величины.
- •3.5 Статистическая оценка результатов радиационных измерений
- •Глава 4 биологическое действие ионизирующего излучения
- •4.1 Механизм биологического действия излучения
- •4.2 Классификация возможных последствий облучения
- •4.3 Детерминированные эффекты
- •4.4 Стохастические эффекты
- •4.5 Концепция беспороговой линейной зависимости «доза – эффект»
- •4.6 Современный взгляд на линейную беспороговую концепцию (лбк)
- •Глава 5 источники ионизирующих излучений на аэс
- •4 1 Контур 2 контур
- •5.2 Источники внешнего ионизирующего излучения на аэс.
- •«Собственной»;
- •Осколочной;
- •Коррозионной активностями.
- •5.3 Источники загрязнения радиоактивными аэрозолями и газами
- •5.4 Загрязненность поверхностей
- •Глава 6 радиационная защита на аэс
- •Метод защиты барьером (материалом);
- •Метод защиты расстоянием;
- •Метод защиты временем.
- •6.1 Расчет защиты от альфа и бета-излучения
- •6.2 Расчет защиты от гамма-излучения
- •Глава 7 методы регистрации ионизирующего излучения
- •7.1 Основные принципы регистрации ионизирующего излучения
- •7.2 Ионизационный метод регистрации ионизирующих излучений
- •7.3 Сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений
- •7.4 Полупроводниковый метод регистрации ионизирующих излучений
- •7.5 Люминесцентные методы регистрации ионизирующих излучений
- •7.6 Методы регистрации нейтронов
- •Глава 8 радиометрические и спектрометрические измерения
- •8.1 Радиометрические измерения
- •8.2 Спектрометрические измерения
- •Сцинтилляционные гамма-спектрометры.
- •Однокристальный гамма-спектрометр фотопоглощения.
- •Двухканальный гамма- спектрометр фотопоглощения с защитой антисовпадениями
- •Универсальный спектрометрический комплекс уск гамма плюс
- •Глава 9 основные правила организации работ с источниками ионизирующих излучений
- •Требования к производственным помещениям, зданиям и сооружениям.
- •Меры индивидуальной защиты и правила личной гигиены персонала
- •Требования к санитарно-бытовым помещениям.
- •Требования к персоналу
- •Организационные мероприятия, обеспечивающие радиационную безопасность работ.
- •Технические мероприятия, обеспечивающие радиационную безопасность.
- •Система радиационного контроля аэс.
- •Радиационный дозиметрический контроль на аэс
- •Радиационный дозиметрический контроль в зоне контролируемого доступа
- •Индивидуальный дозиметрический контроль
- •Термины и определения
- •Литература
7.3 Сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений
Метод основан на регистрации вспышек света, возникающих в некоторых веществах, называемых сцинтилляторами, под действием ионизирующего излучения.
Сцинтилляционный дозиметр (счетчик) состоит из детектора, который под действием излучения испускает фотоны видимого света; фотоэлектронного умножителя, который преобразует световой сигнал в электрический; электронных регистрирующих приборов.
Принципиальная схема сцинтилляционного дозиметра (счетчика) показана на рис. 7.6.
При взаимодействии гамма-излучения с веществом сцинтиллятора в нем образуются электроны, которые, поглощаясь в сцинтилляторе, создают вспышки света (сцинтилляции). Сцинтилляция - кратковременная (от 10-9 до 10-4 с) световая вспышка, возникающая в веществах под действием ионизирующих излучений. Свет через световод направляется на фотокатод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Из материала фотокатода выбиваются фотоэлектроны, которые разгоняются электрическим полем и умножаются за счет выбивания вторичных электронов на динодах. Количество пришедших на анод электронов определяется коэффициентом умножения ФЭУ, который составляет величину 105 - 106 .
Рис 7.6 Схема устройства и принцип работы фотоэлектронного умножителя
1-10 - электроды (диноды); А - анод; ФК - фотокатод; ФД - фокусирующая диафрагма
Каждому электрону, поглощенному в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи ФЭУ. Следовательно, измерению может подлежать как среднее значение анодного тока ia, так и число импульсов тока в единицу времени nсч. В соответствии с этим различают токовый и счетчиковый режимы сцинтилляционного детектора.
Для целей дозиметрии устанавливают связь между .анодным током ia или скоростью счета nсч и мощностью поглощенной дозы в воздухе DB. Эта связь во многом определяется типом используемого сцинтиллятора.
В качестве сцинтилляторов для регистрации ионизирующих излучений применяются неорганические и органические вещества. По агрегатному состоянию сцинтилляторы подразделяются на твердые, жидкие и газообразные.
Важнейшими характеристиками сцинтилляторов являются их плотность (для эффективного поглощения гамма-излучения), спектр люминесценции (для соответствия области максимальной чувствительности ФЭУ), конверсионная эффективность (отношение энергии фотонов световой вспышки к поглощенной энергии ионизирующего излучения) и время высвечивания (для увеличения временного разрешения детектируемых частиц).
Свечение в сцинтилляторе обусловлено как основным веществом, так и вводимыми в сцинтиллятор примесями-активаторами.
Из неорганических сцинтилляторов наибольшее распространение получили Nal, Csl, активированные таллием, а также ZnS, активированный серебром.
Можно вырастить большие кристаллы Nal, достигающие 10 - 15 см в диаметре, которые хорошо поглощают гамма-излучение. Йодид натрия очень гигроскопичен, поэтому его защищают от влажности с помощью кожуха, который к тому же предотвращает попадание внешнего света. Этот кожух не будет препятствовать детектированию гамма-излучения в силу его высокой проникающей способности. Высокая эффективность регистрации этих сцинтилляционных детекторов (десятки процентов по сравнению с несколькими процентами для газоразрядных счетчиков), а также высокое энергетическое (8 - 12%) и временное разрешение (~10-7 с) способствовало использованию счетчиков со сцинтилляторами для целей гамма-спектрометрии.
Сульфид цинка в виде очень тонких детекторов успешно используется для регистрации альфа-частиц при наличии высокого бета или гамма-фона.
При введении в неорганические сцинтилляторы соединений бора или лития возможно детектирование тепловых нейтронов за счет ядерных реакций 10B(n,a)7Li или 6Li(n,a)3H.
Органические сцинтилляторы (антрацен, стильбен, толан и др.) по своему составу близки к составу биологической ткани. Их отличительными особенностями являются самое короткое время высвечивания (~10-9 с) и низкое по сравнению с неорганическими сцинтилляторами значение конверсионной эффективности. Применяются органические сцинтилляторы для альфа и бета-спектрометрии и радиометрии, а также детектирования быстрых нейтронов (по ядрам отдачи) и тепловых нейтронов (за счет введения в сцинтиллятор соединений бора или лития).
Пластмассовые сцинтилляторы представляют собой твердые растворы органических сцинтилляторов в полистироле, поливинилтолуоле, плексигласе и других органических полимерных веществах. В качестве примесей-активаторов используются стильбен, нафталин и др. Наиболее широкое применение пластмассовые сцинтилляторы в сочетании с неорганическими сцинтилляторами нашли в дозиметрии гамма-излучения, а также в бета-радиометрии и спектрометрии.
Жидкие сцинтилляторы являются растворами некоторых органических веществ, например, паратерфенила в органических растворителях - толуоле, ксилоле и др. Применяются они при альфа-радиометрии и спектрометрии, бета-радиометрии. При измерениях жидкая радиоактивная проба смешивается с жидким сцинтиллятором, чем достигается 100-процентная эффективность регистрации альфа и бета-частиц.
Газовые сцинтилляторы (ксенон, криптон, аргон, азот) применяют в специфических случаях, например, при радиометрии радиоактивных газов.
Особый интерес вызывает использование сцинтилляционных детекторов для дозиметрии гамма-излучения. В токовом режиме зависимость чувствительности детектора по мощности дозы iа / DB от энергии гамма-излучения определяется составом сцинтиллятора.
Сцинтилляторы имеют эффективный атомный номер либо меньше, чем у воздуха (органические сцинтилляторы), либо значительно больше (неорганические сцинтилляторы), поэтому они обладают существенной энергетической зависимостью чувствительности в области энергий ниже 150 - 250 кэВ. Удачный способ компенсации энергетической зависимости чувствительности детектора заключается в использовании комбинированного сцинтиллятора, в котором неорганический сцинтиллятор в мелкодисперсном виде внедрен в органический. На практике это реализуется внедрением в сцинтиллирующую пластмассу 0.4% ZnS(Ag), чем достигается уравнивание эффективных атомных номеров комбинированного сцинтиллятора и воздуха. Для детекторов с такими сцинтилляторами зависимость чувствительности iа / DB от энергии гамма-излучения не превышает ± (10 - 15)% в диапазоне энергий от 0.03 до 3.0 МэВ. Счетчиковый режим работы сцинтилляционного детектора, в основном, используется для целей радиометрии и спектрометрии. Кривая зависимости чувствительности детектора nсч / DB от энергии гамма-излучения не имеет горизонтального участка, поэтому некомпенсируемая энергетическая зависимость чувствительности ограничивает применение сцинтилляционных детекторов в счетчиковом режиме для целей дозиметрии лишь измерением излучений с определенным спектральным составом.