МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДО3ИМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Взаимодействие излучения с веществом сопровождается несколькими эффектами: образованием ионов, испусканием фотонов, выделением тепла. Эти эффекты используются при регистрации излучения. Методы регистрации излучения подразделяются на ионизационный, сцинтилляционный, калориметрический и др. В каждом методе используется один из эффектов взаимодействия излучения с веществом. Например, в ионизационном методе измеряют заряд ионов, в калориметрическом - выявленное тепло, сцинтилляционный метод основан на регистрации вспышек света и т.д. [8].

Регистрационный прибор состоит из чувствительного элемента - детектора и измерительной аппаратуры. Детектором являются вещества, с которыми взаимодействуют частицы. Часто детектор конструктивно входит в часть регистрирующего прибора, которая называется датчиком, В датчике происходит преобразование эффекта взаимодействия излучения с детектором в электрический импульс или ток, которые затем усиливаются, преобразовываются и регистрируются схемой измерительной аппаратуры.

10.1. Ионизационный метод

10.1.1. Вольтамперная характеристика газового разряда.

На рис. 10.1 приведена схема включения ионизационной камеры, представляющей собой воздушный конденсатор, состоящий из двух пластин А и В, на которые подается напряжение от батареи Б. В отсутствии ионизирующего излучения воздух является изолятором, и ток через конденсатор не проходит. Если на воздух между пластинами воздействовать ионизирующим излучением, то в газе образуются ионы, которые под действием электрического поля начнут перемещаться к пластинам и стрелка гальванометра Г покажет, что в цепи возник электрический ток.

А В

+ -

Б

Рис. 10.1 Схема включения ионизационной камеры

На рис. 10.2 показана кривая, выражающая зависимость ионизационного тока J от напряжения на электродах U при постоянной интенсивности ионизирующего излучения в газе, Кривая называется вольт - амперной характеристикой газового разряда.

Газовым разрядом называют явление протекания ионизационного тока через газы. Он определяется свойствам газа и излучения, приложенным к электродам напряжением и формой электродов. Как видно из рис. 10.2 при увеличении напряжения ток сначала растет, затем в некотором интервале изменения напряжения остается почти постоянным, после чего снова возрастает.

J

а б в г д

0 U₁ U₂ U₃ U₄ U₅ U

Рис. 10.2 Вольтамперная характеристика газового разряда

а – область ионизационной камеры; б – пропорциональная область;

в – область ограниченной пропорциональности;

г – область Гейгера-Мюллера; д – область самостоятельного разряда.

Сложная зависимость тока J от напряжения U связана с особенностью физических процессов, протекающих в газе при движении ионов в межэлектродном пространстве.

Для понимания физической сущности процессов вольтамперную характеристику разбивают на 6 участков.

На первом участке, заключенном в интервале напряжений от нуля до U₁, ток J пропорционален напряжению U.

Этот участок называют область закона Ома. Если обозначить сопротивление газа протеканию ионизационного тока буквой R, то

; (10.1)

В области закона Ома не все ионы, образованные в газе, достигают электродов. Часть ионов, двигаясь в газе, рекомбинирует. С увеличением напряжения растет скорость направленного движения ионов. Поэтому вероятность рекомбинации ионов уменьшается и на электроды попадает все больше и больше ионов.

На втором участке напряжений от U₁до U₂ионизационный ток практически постоянен, почти все ионы первичной ионизации собираются на электродах, а других источников зарядов в газе нет. Эту область вольтамперной характеристики называют областью насыщения, а ток – током насыщенияJ_Н. Кривая тока в области насыщения все же имеет небольшой подъем. Он вызывается небольшой рекомбинацией ионов и другими второстепенными факторами.

В области насыщения ионы испытывают упругое рассеяние на молекулах газа. Кинетическая энергия, получаемая ионами от электрического поля, еще не достаточна для ионизации молекул. Однако при напряжении больше U₂ легко подвижные электроны ускоряются до такой кинетической энергии, которой хватает для ионизации молекул. Эту ионизацию в отличие от первичной называют вторичной. Электроны вторичной ионизации вместе с электронами первичной в последующих столкновениях ионизируют другие молекулы. Происходит лавинообразное размножение зарядов. В объеме газа возникает дополнительный к первичной ионизации источник зарядов. Поэтому ионизационный ток при напряжениях больше U₂возрастает, и тем больше, чем выше, напряжение.

Явление размножения зарядов в газе называют газовым усилением. Оно характеризуется коэффициентом газового усиления К, который равен отношению ионизационного тока в газе к току насыщения J_Н :

; (10.2)

В токе Jучитывается вклад и первичной, и вторичной ионизации. Ток J_Н обуславливается только первичной ионизацией. Он течет через газ в том случае, когда детектор работает в режиме насыщения.

В третьей области напряжений от U₂до U₃коэффициент К зависит только от напряжения U.

С ростом напряжения коэффициент К увеличивается от 1 при (U=U₂)
до 10² ÷ I0⁴при(U=U₃). В третьей области ионизационный ток пропорционален току первичной ионизации J_Н. Поэтому третью область называют
областью пропорциональности.

Область напряжений от U₃ до U₄называется областью ограниченной пропорциональности. В этой области коэффициент газового усиления К зависит не только от величины первичной ионизации, но и от напряжения.

Начиная с напряжения U > U₄коэффициент Квозрастает настолько сильно, что величина тока становится независимой от первичной ионизации. Для возникновения газового разряда достаточно появиться в детекторе хотя бы одной ионной паре. Ионизационный ток в пятой области определяется только вторичной ионизацией. Эту область вольт - амперной характеристики называют областью
Гейгера - Мюллера.

Газовый разряд во всех пяти областях несамостоятелен. Он не может протекать без внешнего воздействия. В области напряжений U > U₅ в газе начинается самостоятельный газовый разряд, возникающей без наличия излучения в детекторе. Напряженность электрического поля становится вполне достаточной, чтобы вырвать электроны из электродов. При более высоких напряжениях начинается пробой газа.

Во второй области напряжений (а) работают ионизационные камеры. Эту область напряжений называют областью ионизационной камеры. Третья область
(б)- это область пропорциональных счетчиков,пятая (г)- счетчиков Гейгера Мюллера. Четвертую область (в) - обычно не используют.

10.1.2. Ионизационные камеры

Ионизационные камеры различаются по следующимпараметрам:

1. по конструкции: цилиндрические, плоские, сферические, со сплошными стенками, сетчатые и т. п.;

2. по наполнению: воздухом, другими газами, при нормальном или повышенном давлении;

3. по режиму работы: импульсные, постоянного тока;

4. по назначению: для регистрации альфа, бета, гамма, рентгеновского излучения, для измерения концентрации газов.

Цилиндрическая камера (рис. 10.3) состоит из цилиндрического корпуса, по оси которого смонтирован металлический стержень - собирающий электрод. Высокое напряжение подводят ко второму, высоковольтному электроду, которым служит цилиндрический корпус. Высоковольтный электрод заключают в электростатический экран. Он выполняет несколько функций: защищает цилиндрическую камеру от воздействия внешних электрических полей, от механических повреждений и от случайного соприкосновения с высоковольтным электродом. Собирающий электрод устанавливают на изоляторе с сопротивлением около 10¹⁹ Ом (янтарь), а между изоляторами от собирающего и высоковольтного электрода устанавливают металлическое охранное кольцо. На охранное кольцо подают потенциал, близкий к потенциалу собирающего электрода. При таком включении токи утечки с высоковольтного электрода замыкаются на охранное кольцо и не достигают собирающего электрода.

Для измерения ионизационного тока, создаваемого потоком альфа-частиц, необходимо, чтобы весь пробег частиц укладывался в объеме камеры. В этом случае вся энергия альфа-частиц будет израсходована на ионизацию в объеме камеры. Чтобы исключить поглощение альфа-частиц стенками камеры, делают очень тонкие окошки для проникновения альфа-частиц в камеру или измеряемые альфа - активные препараты помещают внутри камеры.

Очевидно, что измерять потоки бета-частиц с помощью ионизационных камер практически неудобно, поскольку пробеги в воздухе бета-частиц большие и не будут угадываться в объеме камеры (за исключением, конечно, малоэнергетичных бета-частиц, например, трития).

Поэтому потоки бета-частиц в основном измеряют при помощи газоразрядных счетчиков.

Для измерения гамма-излучения используют камеры, где ионизация в газовом объеме обусловлена вторичными электронами, выбитыми из стенок. Толщина стенок должна быть равна или больше максимального пробега вторичных электронов.

10.1.3. Счетчики Гейгера-Мюллера

Счетчики Гейгера-Мюллера по конструкции разделяются на цилиндрические и торцевые. Цилиндрический счетчик состоит из проводящего цилиндра и тонкой металлической нити толщиной 0,1 - 0,2 мм, изолированной от цилиндра (рис. 10.4). В торцевом счетчике второй конец нити не закреплен и заканчивается маленьким стеклянным шариком (рис. 10.5). С одной стороны торец счетчика закрывают тонким слюдяным окошком толщиной не более 5 мг/см², чтобы бета-частицы достаточно малых энергий могли попасть внутрь счетчика. На нить подается положительный потенциал, а цилиндр заземляется. Счетчики наполняют газом при пониженном давлении (50-600 мм рт. ст.).

Рис. 10.5 Конструкция торцевого счетчика Гейгера-Мюллера 1 – металлическая нить (анод); 2 – проводящий катод; 3 – слюдяное окно; 4 – стекло

Рис. 10.4 Конструкция цилиндрического счетчика Гейгера-Мюллера 1 – проводящий цилиндр (катод); 2 – металлическая нить (анод); 3 – изолятор.

Рис. 10.3 Конструкция цилиндрической ионизационной камеры 1 – собирающий электрод; 2 – высоковольтный электрод; 3 – электростатический экран; 4 – изолятор с высоким удельным сопротивлением; 5 – охранное кольцо; 6 – изолятор со средним удельным сопротивлением.

Рис. 10.5 Конструкция торцевого счетчика Гейгера-Мюллера 1 – металлическая нить (анод); 2 – проводящий катод; 3 – слюдяное окно; 4 – стекло

Во время протекания газового разряда счетчик не способен регистрировать проходящие через него ионизирующие частицы. Поэтому для прекращения разряда в счетчике к нему подсоединяют последовательно большое сопротивление
(рис. 10.6). Так как разряд вызывает электрический ток в цепи счетчика, то на таком сопротивлении происходит столь большое падение напряжения, что на нити напряжение резко уменьшается. Поэтому самостоятельный разряд прекращается и через некоторое время потенциал нити восстанавливается до прежнего значения, после чего счетчик способен зарегистрировать следующую проходящую через него частицу. Гасящее устройство прекращает разряд за 10^-4 – 10^-2с. Это значит, что счетчик способен регистрировать I0000-I00 частиц в 1 с.

На пересчетную схему

√

В.Н. +

Рис. 10.6. Схема включения гасящего сопротивления:

1 – анод; 2 – катод; 3 – гасящее сопротивление;

В.Н. – высокое напряжение.

Время, в течение которого счетчик не может зарегистрировать попавшую в него частицу, называется мертвым временем счетчика.

Можно прекратить разряд в счетчике не только при помощи гасящих устройств, а добавляя к основному газу, наполняющему счетчик (обычно инертному газу), пары спиртов или других органических соединений, состоящих из сложных молекул (метан, изопентан и др.). В таких счетчиках разряд прекращается самостоятельно. Счетчики эти называются самогасящимися. Их мертвое время составляет порядка 10^-4с.

Счетчики Гейгера-Мюллера используются также и для регистрации
гамма - квантов. Их регистрация происходит в основном за счет ионизации вторичными электронами, вырываемыми из катода. Очевидно, чем больше толщина катода и атомный номер материала катода, тем более число вторичных электронов будет вырвано с катода. Поэтому эффективность счетчика, т.е. отношение числа зарегистрированных счетчиком частиц к числу падающих на него частиц, будет больше. Следует указать, однако, что увеличение эффективности счетчика по отношению к гамма-квантам будет наблюдаться только до тех пор, пока толщина стенки не превысит максимальный пробег вторичных электронов. При дальнейшем увеличении толщины стенки будет происходить уменьшение эффективности счетчика за счет ослабления гамма-излучения в стенке счетчика. Катод счетчика может выполняться из меди, из стекла толщиной I мм, на которое наносится слой меди. Эффективность счетчика по отношению к гамма-квантам мала и составляет обычно 1-2%, а в ряде случаев, и доли процента. Эффективность счетчика к бета-частицам можно принять равной 100%. (Конечно, при средней загрузке счетчика, когда его мертвое время не будет оказывать влияния на эффективность).

Важной характеристикой счетчика является зависимость скорости
счета N имп/с от напряжения U на электродах счетчика при постоянной интенсивности излучения. Эта характеристика называется счетной характеристикойсчетчика (рис. 10.7). При изменении напряжения от 0 до U₁счетчик вообще не может регистрировать частицы. При изменении напряжения от U₁до U₂ скорость счета резко возрастает с увеличением напряжения. На участке от U₂до U₄скорость счета практически не зависит от величины напряжения. Эта часть характеристики называется "плато". При напряжении больше U₄ в счетчике возникает саморазряд.

Рабочее напряжение U₃на счетчике выбирают посредине плато, чтобы на скорость счета не влияли небольшие колебания напряжения на электродах.

N(имп/с)

U₁ U₂ U₃ U₄ U_ВОЛЬТ

Рис.10.7. Счетная характеристика счетчика Гейгера-Мюллера

10.2. Сцинтилляционный метод

Работа сцинтилляционного счетчика основана совершенно на других принципах, чем работа газонаполненных детекторов, в которых регистрируются электрические заряды, возникающие в газовом объеме под действием излучения. В сцинтилляционном методе регистрации излучения основную роль играют возбужденные атомы и молекулы, образующиеся вместе с ионами вдоль траектории заряженной частицы. Число возбужденных атомов всегда в несколько раз больше, чем число ионных пар.

Возбужденные атомы, живущие короткое время, переходят в основное состояние, испуская электромагнитное излучение. У ряда прозрачных веществ, называемых фосфорами, электромагнитное излучение лежит в световой области. Поэтому прохождение заряженной частицы через такие вещества сопровождается вспышкой света.

Световые фотоны испускаются из определенных мест фосфора, называемых центрами. Этими центрами, как правило, служат посторонние вкрапления в фосфоре. С целью равномерного распределения центров испускания фотонов и улучшения условий перехода энергии возбуждения атомов или молекул фосфора во вспышку света в фосфоры искусственно вводят атомы других веществ. Эти вещества, называемые активаторами, указывают в скобках после символического обозначения фосфора. Например, кристалл натрий-йод активированный таллием обозначают NaI (Tl).

Способность излучения вызывать свечение некоторых веществ используют для его регистрации. Детекторы, основанные на этом принципе, получили название сцинтилляционных счетчиков. В практике дозиметрии в сцинтилляционных счетчиках используют твердые и жидкие фосфоры. В качестве твердых фосфоров используют органические монокристаллы стильбена, антрацена, нафталина, органические пластики (например, полистирол с добавкой активатора), неорганические монокристаллы NaI, CsI, KI, ZnS и др. Жидкие фосфоры - это растворы органических и неорганических веществ-активаторов в органических растворителях (например, раствор активатора ρ-терфенила в диоксане).

Современный сцинтилляционный счетчик (рис. 10.8) состоит из нескольких элементов. Вспышка света 1 в фосфоре 2 регистрируется специальным электронным прибором - фотоэлектронным умножителем 3 (ФЭУ). Он преобразует вспышку света в импульс электрического тока и усиливает этот импульс в 10⁶ раз. Получаемый на выходе ФЭУ импульс напряжения 4 пропускают через импульсный усилитель 5 и затем регистрируют электронным пересчетным прибором или интенсиметром 6.

Сцинтилляционный детектор сложнее ионизационного, однако, он имеет перед ним ряд преимуществ, эти преимущества приводят к постепенному вытеснению ионизационных детекторов сцинтилляционными счетчиками для регистрации излучения. Сцинтилляционный счетчик позволяет легко отличить один вид излучения от другого. На основе сцинтилляционного детектора можно построить высокоэффективный спектрометр излучения. Сцинтилляционный счетчик обладает высокой эффективностью регистрации всех видов излучения, включая гамма-излучение и нейтроны. Наконец, сцинтилляционному методу присуще малое разрешающее время (10^-7-10^-9 с) или высокое быстродействие. Это позволяет измерять интенсивные потоки излучения и изучать процессы, протекающие в столь короткие интервалы времени.

Рис.10.8. Структурная схема сцинтилляционного счетчика:

1 - вспышка света; 2 - фосфор; 3 - ФЭУ; 4 - выходной импульс напряжения; 5 -импульсный усилитель; 6 - пересчетный прибор (или интенсиметр).

10.3. Фотографический метод

Фотографический метод используется для индивидуального контроля дозы рентгеновского, гамма, бета и нейтронного излучений, под действием которых в фотоэмульсии пленки или пластинки происходят такие же явления, что и под действием света. После проявления облученные участки пленки оказываются темными, причем плотность почернения будет зависеть от дозы облучения. Оптическая плотность почернения пленки измеряется специальным прибором - денситометром.

На рис. 10.9 изображен график зависимости плотности почернения пленки S от величины дозы рентгеновского гамма-излучения. На участке значений доз от Д₀до Д₁, плотность почернения прямо пропорциональна дозе. От Д₁до Д₂увеличение почернения с увеличением дозы продолжается, но прямая зависимость нарушается. Начиная с дозы Д₂и более плотность почернения падает с увеличением дозы излучения. Наиболее пригоден для работы участок от Д₀до Д₁, на котором получается наибольшая чувствительность пленки и прямая пропорциональность между дозой и почернением.

Особенностью фотографического метода является зависимость почернения пленки от энергии гамма-излучения при одной и той же дозе. Эта зависимость называется «ходом с жесткостью». На рис. 10.10 видно, что почернение пленки при одной и той же дозе для «мягкого» излучения оказывается больше, чем для более «жесткого» излучения. Разница может достигать нескольких десятков раз. И только начиная с энергии 200 кэВ и больше, почернение уже не зависит от энергии излучения. Поэтому при измерении дозы излучения с энергией ниже 200 кэВ необходимо вводить соответствующую поправку или пользоваться экранами, которые срежут излучение менее 200 кэВ или скорректируют почернение.

S

Д₀ Д₁ Д₂ Д

Рис.10.9. Зависимость оптической плотности почернения пленки от дозы гамма-излучения

S

Е_КЭВ

Рис.10.10. Зависимость оптической плотности почернения пленки от энергии излучения при постоянной дозе гамма - облучения

Комбинируя материал и толщину экранов вокруг фотопленки можно измерять дозу различных видов излучения. Так, доза тепловых нейтронов измеряется фотопленками по гамма-излучению, которое испускают некоторые вещества
(например, кадмий) при поглощении тепловых нейтронов.

Если в фотоэмульсию включить водородосодержащее вещество, то с помощью фотопленки можно измерить дозу от быстрых нейтронов, подсчитывая число треков протонов отдачи в эмульсии.

10.4. Приборы для регистрации ионизирующих излучений

Приборы и установки, используемые для измерения или контроля ионизирующих излучений, по функциональному назначению делятся на дозиметрические, радиометрические, спектрометрические, сигнализаторы и многоцелевые приборы (универсальные).

Дозиметры - приборы, измеряющие экспозиционную или поглощенную дозу излучения или мощность этих доз, интенсивность излучения.

Радиометры - приборы, измеряющие активность радиоактивного вещества в радиоактивном источнике, плотность потока ионизирующих частиц или квантов, объемную удельную активность (концентрацию радиоактивного вещества в растворах), радиоактивные загрязнения поверхностей.

Спектрометры - приборы, измеряющие распределение ионизирующих излучений по энергиям, во времени, по массе и заряду элементарных частиц и т.д.

Универсальные приборы совмещают функции дозиметра и радиометра, радиометра и спектрометра и т.д.

10.4.1. Дозиметры

10.4.1.1. Дозиметры типа ДРГ3-02 (ДРГ3-03).

Приборы предназначены для измерения мощности экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений в широком диапазоне мощностей дозы и энергий квантов.

Схема прибора (рис. 10.11) состоит из блока детектирования, усилителя постоянного тока (УПТ), высоковольтного преобразователя напряжения, сетевого блока питания или блока питания на элементах типа РЦ-85

Рис. 10.11.Структурная схема прибора типа ДРГ3-02

Измерение мощности дозы прибором основано на принципе измерения средней интенсивности сцинтилляций воздухоэквивалентного сцинтиллятора, которая пропорциональна измеряемой мощности дозы. Воздухоэквивалентный сцинтиллятор представляет собой суспензию сернистого цинка, активированного серебром в сцинтиллирующей пластмассе на основе полистирола. Весовая доля сернистого цинка в сцинтилляторе такова, что эффективный атомный номер последнего равен аффективному атомному номеру воздуха, т.е. 7,64. Это позволяет производить регистрацию излучения в диапазоне энергий от 20 кэВ и выше без хода с жесткостью.

Интенсивность сцинтилляций сцинтилляторов регистрируется фотоумножителем ФЭУ-92, работающим в токовом режиме. Ток ФЭУ измеряется с помощью усилителя УПТ. Усилитель имеет малый дрейф нуля, высокую стабильность коэффициента усиления и высокую линейность для входных сигналов

Дозиметр выполнен в виде двух самостоятельных узлов: пульта и датчика. Датчик имеет, вид стального цилиндра, который служит защитой ФЗУ от внешних магнитных полей. На переднем терце цилиндра смонтирован световой затвор (диафрагма), обеспечивающий перекрывание светового потока от сцинтиллятора, что позволяет устанавливать нуль прибора в присутствии внешних гамма - полей.

Прибор ДРГЗ-02 измеряет мощность дозы на 7 поддиапазонах в пределах от 0,01 до 100 мкР/с, а ДРГЗ-03 - от 0,1 до 1000 мкР/с. Остальные параметры у них одинаковы. Диапазон энергии измеряемого рентгеновского и гамма-излучения лежит в пределах от 20 до 3000 кэВ. Нестабильность показаний за 8 ч. непрерывной работы не превышает ±10%. Питание приборов может производиться от сети и от 12 элементов типа РЦ-85У. Один комплект батарей обеспечивает работу прибора в течение 250 ч. Масса прибора порядка 4 кг.

10.4.1.2. Дозиметры типа ДРГ-01Т1, ДКГ-03Д «ГРАЧ», ДКГ-02У «Арбитр-М», ДКГ-07Д «Дрозд».

Приборы предназначены для измерения мощности экспозиционной дозы, мощности амбиентного эквивалента дозы гамма - излучения с энергией от 0,05 до 3,0 Мэв, в диапазоне от 10,0 мкР/час – до 200 Р/ч (0,1 мкЗв/ч – 2,0 Зв/ч) и дозы в диапазоне
1,0 мкЗв-100 Зв с погрешностью ± 25%.

Детектором γ – излучения служат малогабаритные газоразрядные счетчики типа СБМ-20 (СБМ-21), Бета-2М и т.п. Электрические импульсы от счетчика усиливаются, затем поступают в измерительный пульт, где дискриминируются и затем формируются по амплитуде и длительности. Сформированные импульсы поступают в измеритель скорости счета. Интегрирующий контур измерителя скорости счета вырабатывает напряжение, величина которого пропорциональна скорости поступления импульсов на его вход. Средняя величина этого напряжения измеряется цифровым индикатором, который отградуирован в единицах мощности дозы и (или) дозы.

Приборы имеют световую и звуковую сигнализацию, которая работает как от каждого импульса счетчика, так и от установленных значений мощности дозы и (или) дозы.

Питание дозиметров осуществляется с помощью аккумуляторов с зарядным устройством или элементов питания: «Крона», «Корунд» элементы питания по 1,5 вольта типоразмер АА.

10.4.1.3. Микрорентгенометр типа "Кактус".

Микрорентгенометр типа "Кактус" представляет собой стационарный сетевой прибор, предназначенный для измерения мощности дозы гамма-излучения. Принцип работы прибора сводится к измерению тока, возникающего в ионизационной камере под воздействием гамма – излучения. Работа ионизационной камеры описана в разделе 10.1.2, а конструкция камеры изображена на рис.10.3.

Падение напряжения, создаваемое при протекании ионизационного тока по высокоомному сопротивлению R₁ – R₅порядка 10¹¹ ÷ 10⁷ Ом (рис. 10.12), усиливается усилителем постоянного тока, на выходе которого включен микроамперметр. Подключая с помощью переключателя поддиапазонов П сопротивления R различной величины можно изменять поддиапазон измерения прибора.

Прибор состоит из пульта и выносного блока, к которому привертывается ионизационная камера. Прибор "Кактус" с прокачной камерой широко применяется для измерения концентрации в воздухе бета - активных газов с низкой энергией бета-частиц,

С камерой 5 литров прибор измеряет мощность дозы гамма-излучения в пределах от 0,2 до 20000 мкР/с на 5 поддиапазонах.

Прибор питается от сети. Масса прибора без соединительного кабеля
не более 19 кг.

Рис.10.12. Структурная схема прибора типа "Кактус":

1 - высоковольтный электрод ионизационной камеры;

2 - собирающий электрод.

10.4.1.4. Индивидуальный дозиметр типа ДК-02.

Индивидуальный прямопоказыващий дозиметр типа ДК-02 предназначен для определения индивидуальной дозы гамма-излучения [9]. Отсчет измеренных доз производят по шкале, расположенной внутри дозиметра и отградуированный в миллирентгенах. Зарядные устройства ДЗ-4 и ДЗ-5 предназначены для зарядки дозиметров. Зарядные устройства аналогичны по электрической схеме и различаются лишь конструктивно.

Основной частью дозиметра служит миниатюрная ионизационная камера с воздухоэквивалентными стенками. Конденсатор, образованный внутренними стенками камеры и центральным электродом, заряжается до определенного потенциала.

При воздействии гамма-излучения в рабочем объеме камеры воздух ионизируется, камера разряжается, и ее потенциал уменьшается пропорционально дозе облучения. О полученной дозе можно судить, измеряя потенциал. Потенциал измеряют с помощью встроенного в дозиметр миниатюрного электроскопа. Отклонение подвижной системы электроскопа (платинированной кварцевой нити), определяется отсчетным микроскопом по шкале.

Конструктивно дозиметр выполнен в виде авторучки. В цилиндрический корпус из дюралюминия вставлена ионизационная камера с воздухоэквивалентными стенками, имеющими толщину около 0,8 мм. Камера изготовлена из токопроводящего пресспорошка. К внутреннему электроду камеры, изолированному от корпуса (сопротивление изоляции 10¹⁶ – 10¹⁸ Ом), крепится кварцевая нить диаметром 5 мкм, которую вместе с электродом платинируют методом катодного распыления, образуя токопроводящую систему. Для крепления дозиметра к одежде на корпусе установлен пружинный держатель.

Дозиметр ДК-02 измеряет дозу до 200 мР, шкала дозиметра имеет 20 делений. Питание зарядного устройства осуществляется от сухих элементов 2С-Л-9, продолжительность непрерывной работы при этом составляет 45 часов.

10.4.1.5. Комплект ИФКУ.

Комплект ИФКУ (индивидуальный фотоконтроль, усовершенствованный) предназначен для определений величины экспозиционной дозы бета, гамма-излучений и потоков тепловых нейтронов по почернению рентгеновской пленки. Используется пленка разной чувствительности РМ-5-1 и РМ-5-3. Доза ионизирующего излучения определяется по плотности почернения рентгеновской пленки с помощью денситометра (предварительно откалиброванного по контрольным пленкам).

Принцип работы денситометра сводится к измерению тока, возникающего в фотоэлементе под воздействием света, проходящего через облученный участок рентгеновской пленки. Показания стрелочного прибора пропорциональны плотности почернения пленки, а, следовательно, дозе ионизирующего излучения.

Фотодозиметр ИФКУ представляет собой кассету, состоящую из корпуса и крышки (рис.10.13 а). Корпус кассеты разделен на четыре секции.

Первая секция ("входное окно") служит для измерения дозы бета - излучения. Толщина "входного окна" выбрана равной 300 мг/см².

Вторая секция при определении бета - излучения используется в качестве фоновой. Толщина стенки корпуса на этом участке составляет 900 мг/см².

Третья секция предназначена для измерения дозы гамма-излучения. В этой секции расположены компенсирующие фильтры из алюминия толщиной 0,5 мм и свинца толщиной 0,75 мм.

Четвертая секция с кадмиевым фильтром толщиной 0,027 мм служит для измерения дозы тепловых нейтронов. Толщина кадмия выбрана такой, чтобы при равных дозах тепловых нейтронов и гамма-излучения оптическая плотность почернения рентгеновской пленки была одинаковой. Толщина алюминиевого вкладыша
1 мм.

Кассета помещается в чехол из пластиката толщиной 20-30 мг/см², который пристегивается к халату.

Дозу по бета - излучению определяют по разности оптической плотности почернения полей 1 и 2 (рис. 10.13б), по гамма-излучению - поле 3; по тепловым нейтронам - разность оптической плотности почернения полей 4 и 3.

Диапазон измерений бета - излучения энергией 1,4 МэВ и выше составляет от 0,05 до 1,2 бэр, гамма-излучения энергией 0,1 МэВ и выше - от 0 до 2 бэр, тепловых нейтронов - от 0,05 до 2 бэр. Денситометр питается от сети. Его масса равна 16 кг, масса кассеты -35 г.

Рис.10.13. Схематическое изображение кассета ИФКУ:

а - вид в разрезе; б - крышка кассеты с рентгеновской пленкой;

I - крышка; 2 - корпус; 3,6 - алюминиевые фильтры; 4 - алюминиевый вкладыш; 5 - свинцовый фильтр; 7 - кадмиевый фильтр; 8 – пленка.

10.4.1.6. Индивидуальный термолюминесцентный дозиметр ИКС.

Метод дозиметрии ИКС имеет различное применение. Он используется, в частности, для аварийного индивидуального дозиметрического контроля
(см. Раздел 11), а так же для рутинного индивидуального контроля дозы гамма-излучения.

Радиочувствительный элемент детектора ИКС – пластина ПСТ из специального термолюминесцирующего алюмофосфатного стекла состава ИС-7 [равные доли MgO∙P₂O₅(50%) и Al₂O₃∙3 P₂O₅(50%) с добавкой MnO₂ (0.1%)]. Активатором люминесценции служит ион марганца. Под действием излучения стекло запасает поглощенную энергию. При нагревании стеклянной пластины в процессе измерения запасенная энергия освобождается в виде свечения, которое называется термолюминесценцией. Цвет свечения – желтый, λ_М = 570 нм. Количество света (светосумма), испускаемого стеклянной пластиной, пропорционально поглощенной энергии излучения, поэтому по нему судят о поглощенной дозе.

Пластина ПСТ размещается в защитной кассете, которая защищает пластину от света и предохраняет стекло от повреждения и попадания на него пыли и грязи. Для компенсации зависимости чувствительности ПСТ от энергии гамма-излучения (Z_ЭФ стекла примерно 12) кассета содержит фильтры из свинца толщиной 0,35 мм с отверстием, равным 20% площади большой плоскости стекла, и алюминия толщиной 0,5 мм. С боковой поверхности стеклянной пластины открыто 40% площади. Такие компенсирующие фильтры обеспечивают изменение чувствительности не более ±20% в диапазоне энергий фотонов от 40 кэВ до 6 МэВ. Во время экспонирования индивидуальный детектор ИКС носят ежедневно в течении рабочего дня на груди или (и) на правой руке на часовом ремне.

По окончании экспонирования показания детекторов определяют с помощью измерительного пульта комплекта ИКС-А в соответствии с инструкцией по эксплуатации [9]. Диапазон измерения комплекта ИКС-А: 0,5-1000 рад, основная погрешность измерения (при ρ=0,95) ±15% ±0,2; ±1 и ±10 рад на I, II и III поддиапазонах соответственно. Время измерения показаний одного детектора 10с.

10.4.2. Радиометры

10.4.2.1. Альфа-радиометр СПАР.

Альфа-радиометр СПАР. Альфа-радиометр СПАР (сцинтилляционный переносной альфа-радиометр) предназначен для измерения загрязненности поверхностей альфа - активными веществами.

В приборе применен сцинтилляционный метод измерения. В качестве сцинтиллятора используется сернистый цинк, активированный серебром, нанесенный на тонкую подложку из оргстекла. Попадание альфа-частиц на кристаллы сернистого цинка вызывает в нем световые вспышки, средняя частота которых пропорциональна, интенсивности альфа - излучения. Эти вспышки воздействуют на фотокатод ФЭУ-35 и вырывают из него электроны, число которых умножается на диодах ФЭУ. На анодной нагрузке ФЭУ появляются импульсы напряжения.

Импульсы ФЭУ, усиленные усилителем и ограниченные по амплитуде запускают формирующее устройство, которое вырабатывает импульсы постоянной амплитуда и длительности. Эти импульсы поступают на интегрирующий контур, в цепь нагрузки котор