4.3 Методи реєстрування іонізуючих випромінювань

Принцип виявлення іонізуючих (радіоактивних) випромінювань

(нейтронів, гама-променів, бета - і альфа-часток) базується на здатності цих випромінювань взаємодіяти з оточуючим середовищем і втрачати свою енергію. Одним із видів взаємодії є іонізація. Іонізація, в свою чергу, є причиною фізичних та хімічних змін у речовині, які можуть бути виявлені та виміряні. До таких змін середовища відносяться: зміни електропровідності речовин, люмінесценція (свічення) деяких речовин, засвічування фотоплівок, зміна кольору, прозорості, опору електричному струму деяких хімічних розчинів та ін. Для виявлення та вимірювання (реєстрації) іонізуючих випромінювань використовують такі методи - фотографічний, сцинтиляційний, хімічний, люмінесцентний, калориметричний та іонізаційний (іонізуючий).

Фотографічний метод ґрунтується на ступені почорніння фотоемульсії. Під дією іонізуючих випромінювань молекули бромистого срібла, що знаходиться в фотоемульсії, розпадається на срібло і бром. При цьому утворюються дрібні кристали срібла, які приводять до почорніння фотоплівки при проявленні. Щільність почорніння пропорційна поглинутій енергії випромінювання. Порівнюючи щільність почорніння з еталоном, визначають дозу випромінювання (експозиційну і поглинуту), що дістає плівка. На цьому принципі базуються індивідуальні фото дозиметри.

Сцинтиляційний метод ґрунтується на реєстрації спалаху світла (видимого), який виникає у сцинтиляторі під дією іонізуючих випромінювань. Кількість спалахів пропорційна потужності дози випромінювань і реєструється з допомогою фотоелектричних помножувачів. В якості детекторів використовується велика кількість неорганічних та органічних речовин, чисті інертні гази і їх суміші. Такі речовини, як, наприклад, сірковий цинк, сірковий натрій, йодистий натрій, калій - це неорганічні сцинтилятори, органічні - антрацен, стильбен, нафталін та інші.

Хімічний метод. Деякі хімічні речовини під дією іонізуючих випромінювань змінюють свою структуру. Так, хлороформ у воді при опромінюванні розкладається з утворенням соляної кислоти, яка дає кольорову реакцію з барвником, що додається до хлороформу. Двовалентне залізо в кислому середовищі окислюється в тривалентне при опромінюванні розчину. Тривалентне залізо з барвником дає кольорову реакцію. Також при дії випромінювань на нітрат калію утворюється іон NO₂^- (нітрит іон), який також дає кольорову реакцію. По щільності забарвлення судять про дозу опромінення. Цей метод використовується в хімічному дозиметрі ДП-70 для вимірювання доз гама-випромінювання. Якщо додати в розчин сполучення бора, то виникає можливість реєструвати і дози нейтронного випромінювання (ДП-70 М).

Люмінесцентний - заснований на ефектах радіо –фото люмінесценції та радіо - термолюмінісценції. В першому випадку під дією іонізуючих випромінювань в люмінофорі створюються центри фотолюмінісценції, які вміщують атоми і іони срібла, що при освітленні ультрафіолетовим світлом викликають видиму люмінесценцію, пропорційну рівням радіації (дозам опромінювання). В дозиметрі ИД-11 використовується алюмо-фосфатне скло, активізоване сріблом з додатком літію.

Дозиметри з термолюмінесцентними детекторами перетворюють поглинуту енергію іонізуючого випромінювання в люмінесцентну під дією тепла. Детекторами можуть використовуватися речовини - фтористий кальцій, борат літію, плавиковий шпат.

При калориметричному вимірюванні іонізуючих випромінювань об’єкти мусять знаходитися в термостатах. За допомогою термопар і гальванометра вимірюється зміна температури цих об’єктів під дією іонізуючих випромінювань та відповідна цим змінам температури кількість поглинутого тепла. Це дозволяє судити про дозиметричні величини, що вимірюються.

Перевагою метода є його точність і виконання вимірювань у загально енергетичних одиницях, що полегшує порівняння, аналіз і оцінку даних, що одержані.

В сучасних дозиметричних приладах широкого розповсюдження набув іонізаційний метод вимірювання іонізуючих випромінювань.

Під дією випромінювань в ізольованому об’ємі проходить іонізація газу. Електричне нейтральні атоми (молекули) газу розділяються на позитивні і негативні іони. Якщо в цьому об’ємі помістити два електроди, до яких прикладена постійна напруга, то між електродами утворюється електричне поле. При наявності електричного поля в іонізованому газі утворюється прямий рух заряджених частинок, тобто через газ проходить електричний струм, який називається іонізаційним струмом. Вимірюючи іонізаційний струм, можна судити про інтенсивність іонізуючих випромінювань.