Радиометрические приборы и измерения

Радиометры – класс приборов, по своим функциям имеющий наибольшее количество видов. Общая структурная схема, отображающая большинство возможных видов радиометров, представлена на рис. 10.13 .

Рис. 10.13. Типовая структурная схема радиометра

Основные задачи, которые решаются при радиометрических измерениях, – определение параметров поля излучения и характеристик источника излучения.

Источником излучения при радиометрических измерениях может быть специально отобранная проба. В этом случае измеряемой величиной (измерительной информацией) является

– удельная массовая и объемная активность изотопа при измерениях жидких технологических сред (теплоноситель, трапные воды и т.п.);

– удельная объемная активность аэрозолей при измерениях аэрозольных фильтров, через которые прокачивается содержащий радиоактивные аэрозоли воздух;

– удельная поверхностная активность при измерениях мазков с поверхностей оборудования;

– удельная объемная активность газов при прокачке газовой среды через некоторый объем.

Вместо пробы можно проводить и так называемые беспробоотборные измерения, устанавливая детектор радиометра напротив трубопроводов, по которым проходит технологическая среда. Измеряемые величины здесь практически те же, что и при пробоотборных измерениях, кроме аэрозолей.

Вторая задача – определение характеристик поля излучения. Здесь измеряемая величина – поток или плотность потока ионизирующих частиц или фотонов в точке расположения детектора, а также временное или пространственное распределение активности излучателей или плотности потока излучения.

Регистрируемое излучение при определении характеристик поля излучения может быть и a-, и b-, и g-излучением, а также и нейтронным излучением. Радиометры могут измерять только один вид излучения, а могут быть приспособлены и к комбинированному излучению, т.е. определять раздельно в одном измерении плотность потока нейтронов и g-излучения и одновременно измерять объемную активность a- и b-радиоактивных изотопов.

Функциональная связь между числом испускаемых источником частиц или характеристиками поля излучения с параметрами сигнала детектора различны. Например, радиометр может работать в режиме, когда каждая частица, попадающая в чувствительную область детектора, регистрируется, и можно подсчитать число фактов регистрации. Это будет счетчиковый режим работы радиометра. Если же частица оставляет в чувствительном объеме детектора энергию, пропорциональную своей энергии, и оставленная энергия линейно преобразуется в амплитуду сигнала на выходе детектора, то при большом потоке регистрируемых частиц суммарная переданная энергия в единицу времени будет практически постоянной и пропорциональной потоку регистрируемых частиц. Тогда на выходе ток детектора будет пропорционален потоку регистрируемых частиц; такой режим измерений называется токовым. Возможны измерения, при которых амплитуда каждого импульса на выходе детектора пропорциональна энергии частицы, потерянной в детекторе; измеряя амплитуду, можно судить об энергии исходной частицы. Такой детектор называют дискретным пропорциональным и наиболее часто его используют при спектрометрических измерениях. В радиометрах такой режим измерений также может быть использован.

Реальная задача определения активности или плотности потока усложняется тем, что помимо измеряемого излучения на детектор действует фоновое излучение («мешающее»), обусловленное посторонними источниками, или сопутствующее измеряемому излучению. Поэтому для радиометров очень важным является такое качество как избирательность к измеряемому излучению по отношению к «мешающему». Эта избирательность достигается различными методами, чаще всего отбором по какому-либо признаку (рис. 10.13). Например, при измерении тонким детектором легких и тяжелых заряженных частиц одновременно, тяжелые частицы передадут значительно большую энергию чувствительному объему детектора и, следовательно, амплитуды импульсов на выходе детектора будут большими. Если подключить к выходу детектора дискриминатор амплитуд (устройство, пропускающее импульсы, превышающие некоторый выбранный порог), то регистрируемые числа событий будут принадлежать только тяжелым частицам. Это так называемый отбор по амплитуде.

В некоторых детекторах легкие и тяжелые заряженные частицы создают импульсы различной формы. Например, трек тяжелой a-частицы в веществе детектора достаточно плотно ионизован, а вдоль трека легкой заряженной частицы (электрона) акты ионизации редки. Поэтому возврат вещества детектора в исходное состояние, при котором и формируется импульс тока или напряжение на выходе детектора, будет различным. С помощью электронных схем такие импульсы можно разделить и это будет отбор по форме импульса.

Возможен отбор импульсов по времени. Например, в источнике помимо излучателя, испускающего позитроны, содержатся радионуклиды, испускающие другие частицы и фотоны. Позитроны, затормозившись в веществе детектора, аннигилируют с испусканием двух одинаковых фотонов с энергией 0.511 МэВ, разлетающихся в разные стороны (см. главу 1). Если установить два детектора с разных сторон источника, то одновременная регистрация фотонов обоими детекторами говорит о том, что произошел b⁺-распад (возможны, конечно, и случайные совпадения), т.е. можно определить содержание b⁺-излучателей в источнике.

Таким образом, при проведении радиометрических измерений нужно очень четко представлять, что измеряет данный конкретный радиометр и какие возможны помехи при измерениях.