Способы и средства добывания информации о радиоактивных веществах

Добыванием информации о радиоактивных веществах занимается радиационная разведка. Демаскирующими признаками радиоактивных веществ являются б, в, и г-излучения. Альфа-излучение состоит из ядер атомов гелия, движущихся со скоростью 14 000−20 000 км/с. Бета-излучение представляет собой поток электронов, скорости которых близки к скорости света. Гамма-излучение является электромагнитным излучением с длиной волны менее 0.01нм. Заряд и кинетическую энергию, а и Р-частиц определяют по их отклонению в электрическом и магнитном полях известной напряженности. Энергию и длину волны 7-излучения рассчитывают по энергии электронов, освобождаемых из различных веществ под действием этого излучения.

Для обнаружения радиоактивных излучений используются специальные дозиметрические приборы. Структура типового прибора радиационной разведки приведена на рис. 3.17.

Детектор преобразует энергию радиоактивного излучения в электрические сигналы, которые после усиления поступают на стрелочный или цифровой индикатор. В качестве детектора используются ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, кристаллы полупроводника, фотопленка.

Ионизационные камеры (Вильсона, пузырьковые, искровые) представляют собой сосуды цилиндрической или прямоугольной формы, заполненные газом с пересыщенным паром (в камере Вильсона), жидким водородом (в пузырьковой камере) и инертным газом (в искровой камере). В искровой камере имеются, кроме того, плоскопараллельные близко расположенные друг к другу пластины, на которые подается высокое напряжение, чуть ниже пробойного. Когда через камеру Вильсона и пузырьковую камеру пролетает электрически заряженная частица, на возникающих на ее пути ионах конденсируются маленькие капельки жидкости, видимые при боковом освещении. При пролете быстрой частицы через искровую камеру вдоль ее траектории между пластинами проскакивают искры, создавая огненный трек.

В малогабаритных приборах радиационной разведки применяются в основном газоразрядные счетчики (счетчики Гейгера-Мюллера). Газоразрядные счетчики представляют собой герметичную стеклянную трубку, заполненную смесью газовой смесью (аргона и воздуха, аргона и паров и др.) под давлением 0.1 атмосферы. Внутренняя поверхность трубки металлизирована. Внутри трубки протянута металлическая нить, на которую подается высокое положительное напряжение 1000−1500 В постоянного тока, а к металлизированной поверхности счетчика — отрицательное напряжение. Когда в газоразрядную трубку попадает ионизирующая частица, происходит лавинообразный процесс образования ионов, между электродами возникает короткий импульс тока, который подается на вход усилителя. В результате вторичной ионизации обеспечивается высокая чувствительность детектора. В простейшем варианте импульсы тока усиливаются и регистрируются в виде звуковых щелчков, в более совершенных дозиметрических приборов частота импульсов преобразуется в значение уровня излучения, отображаемое с помощью стрелочных или цифровых индикаторов.

Счетчики Гейгера-Мюллера для регистрации б-излучения имеют очень тонкое (0.002−0.003 мм) слюдяное (пленочное) окно, через которое частицы без существенного поглощения попадают в трубку. Для регистрации в-излучения окно трубки делают из алюминиевой фольги толщиной 0.1−0.2 мм, которая поглощает ос-частицы. Трубки для регистрации г-излучения закрыты слоем алюминия толщиной 1 мм, поглощающей Р-излучение.

Сцинтилляционные детекторы представляют собой экран (пластину) из стекла, покрытый флюоресцирующим веществом (сульфидом цинка, антраценом или другими веществами, преобразующими кинетическую энергию радиоактивных частиц в энергию световой вспышки). Путем размещения за экраном фотоумножителя вспышки света могут преобразовываться в электрические сигналы с последующим измерением их интенсивности электронным счетчиком. Преимущество сцинтилляционного детектора состоит в том, что он может раздельно считать частицы, поступающие через очень короткие промежутки времени (10−8-10−9 с вместо 10−5-10−6 с у счетчиков Гейгера-Мюллера). Дальнейшим развитием сцинтилляционного счетчика является люминисцентная камера, которая не только считает частицы в течение очень короткого времени (10−13−10−14 с), но и с помощью соответствующего электронно-оптического устройства регистрирует их траектории.

Широкое распространение получили кристаллические полупроводниковые детекторы, основу которых составляют полупроводниковый кристалл кремния или германия с различными добавками. Электропроводность кристалла изменяется под действием ионизирующего излучения.

В качестве фотодетекторов применяют также рентгеновскую фотопленку, по степени почернения которой за определенное время судят об уровне излучения.

Приборы для обнаружения и измерения радиоактивных излучений в зависимости от назначения делятся на индикаторы радиоактивности, радиометры и дозиметры. По способу индикации интенсивности излучения — на стрелочные и цифровые.

Индикаторы излучений информируют оператора световой или звуковой индикацией о наличии в зоне поиска радиоактивных веществ, радиометры обнаруживают и измеряют уровень радиоактивного заражения среды, а дозиметры измеряют дозы излучений.

Доза излучения оценивается величиной экспозиционной дозы, определяемой по эффекту ионизации единицы объема сухого атмосферного воздуха при нормальных условиях. В качестве единицы измерения в системе СИ принята мера в кулон/кг (Кл/кг). Применяется еще несистемная единица измерения — рентген (Р) и ее доли (миллирентген и микрорентген). Соотношение между этими единицами: 1Р=2.58 *10−4 Кл/кг.

Величина экспозиционной дозы в единицу времени называется мощностью экспозиционной дозы называется (МЭД). Мощность излучения космоса и радионуклидов земли составляет в среднем 5−30 мкР/ч.

Энергия излучений оценивается также в электрон-вольтах (эВ) и см пробега. Один эВ равен кинетической энергии, получаемой электроном под действием разности потенциалов 1 В. Энергия альфа-частиц, излучаемых различными естественными радиоактивными элементами, составляет 4−9 МэВ (1 МэВ = 106 эВ), что обеспечивает их пробег в атмосфере воздуха при нормальных условиях 2.5−8.6 см.

Энергия, поглощаемая в единице массы тела, называется поглощенной дозой излучения и измеряется в греях (Гр) и радах, причем 1 Гр=100 рад.

Влияние излучения на биологические объекты оценивается биологической зоной излучения, которая равна поглощенной зоне, умноженной на коэффициент, характеризующий вид излучения (для б-излучения коэффициент равен приблизительно 20, для ви г-излучений — около 1). Величина поглощения энергии излучения в единице биологической массы (ткани) называется основной дозиметрической величиной (дозой). Единица измерения дозы в системе СИ — зиверт (Зв) и несистемная единица измерения — бэр, причем 1бэр=1003 В.

На рынке имеются разнообразные радиометры, в том числе бытовые «Белка», «Эксперт», «Сосна» и др. Разнообразные профессиональные приборы выпускает Обнинский приборный завод «Сигнал». Например, измеритель мощности дозы гамма-излучения ИМД-2 применяется в стационарных условиях, на летательных аппаратах, подвижных объектах и для пешей разведки, Индикация уровня производится с помощью светящегося сектора на шкале прибора. Он имеет следующие характеристики:

• — диапазон измерения МЭД … 0 мкР/ч-1000 Р/ч;
• — погрешности измерения … 30%;
• — диапазон температур окружающей среды, °С …-50…+50;
• — вес прибора, кг … 1.6 кг;
• — габариты, мм … 198×180×82.

Малогабаритные дозиметры (ДРС-01, ДКС-04, ДЭГ-8, ДРГ-01Т1, ДРГ-05М и др.) постоянно применяются людьми, имеющие дело с радиоактивными веществами, для измерения принятой ими дозы в течение определенного времени работы, например, месяца. Пороговое значение дозы за год не должно превышать 5 бэр.