Камера Вильсона. 
Методы регистрации радиационного излучения

Камера Вильсона — трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка мелких капелек жидкости вдоль траектории её движения.

Принцип работы первой камеры Вильсона. На нитке 1 подвешены шарики 2 и 3. Нитку пережигали, одновременно открывая вентиль 4. Шарики, падая, замыкали последовательно контакты 5 и 6, подключенные к источникам высокого напряжения — батареям лейденских банок. Включалась рентгеновская трубка 7, ионизирующая своим излучением газ в камере, и спустя сотые доли секунды в разряднике 8 возникала искра, освещающая треки. Их снимал фотоаппарат 9. Так без малого сто лет назад начались исследования микромира.

Действие камеры Вильсона основано на явлении конденсации пересыщенного пара, т.e. на образовании мелких капелек жидкости на каких-либо центрах конденсации, например на ионах, образующихся вдоль следа быстрой заряженной частицы. Капли жидкости вырастают до размеров достаточных для наблюдения (10−3 -10−4 см) и фотографирования при хорошем освещении.

Пространственное разрешение камеры Вильсона обычно 0.3 мм.

Рис. 3. Схема и внешний вид первой камеры Вильсона (1912)

Для исследования частиц с малой энергией камеры заполняют газом при давлении меньше атмосферного. Для исследования частиц высоких энергий камеру наполняют газом до давлений в десятки атм. Рабочей средой чаще всего является смесь паров воды и спирта под давлением 0.1−2 атмосферы (водяной пар конденсируется главным образом на отрицательных ионах, пары спирта — на положительных ионах). Широко варьируются размеры и форма камер, материалы их стенок.

Камера Вильсона сыграла важную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий этот детектор был практически единственным визуальным методом регистрации ядерных излучений. Однако в последние годы камера Вильсона уступила место пузырьковым и искровым камерам.

Д.В. Скобельцын усовершенствовал камеру Вильсона, поместив её в мощное магнитное поле, параллельно оси камеры. По искривлению траектории можно судить о знаке заряда, а если известны заряд и масса частицы, то по радиусу кривизны траектории можно определить скорость и энергию частицы. Если температура жидкости выше температуры кипения при данном давлении, а жидкость не вскипает, то такую жидкость называют перегретой. Это состояние не стабильно, оно разрушается, если создать в жидкости центры парообразования. Идея создания пузырьковой камеры принадлежит английскому ученому Глезеру (1952 год). Если через камеру, содержащую перегретую жидкость, пролетает частица большой энергии, то на ионах, образовавшихся на пути этой частицы, возникают пузырьки пара и дают след траектории частицы, который можно сфотографировать.

Рис. 4. Фотография траектории движения частицы в пузырьковой камере

Быстрые заряженные частицы производят на зерна фотоэмульсии такое же воздействие, как и кванты света. Так как плотность вещества эмульсии во много раз превышает плотность воздуха, то след, оставленный быстрой частицей в эмульсии в тысячи раз короче, чем в воздухе. Поэтому для исследования частиц очень большой энергии применяются стопки, состоящие из листков эмульсии. Метод толстослойных фотоэмульсий был предложен советскими учеными Мысовским и Ждановым.

Для исследования распределения заряженных частиц по скоростям используются черенковские счетчики, основанные регистрации излучения Вавилова-Черенкова, возникающего при движении в среде заряженной частицы, имеющей скорость, большую скорости света в данной среде.

Биологические методы регистрации излучений.

Для регистрации ионизирующих излучений используют также биологические методы. Величину дозы оценивают по уровню летальности живых организмов, степени лейкомии, количеству хромосомных аберраций, изменению окраски и гиперемии кожи, выпадению волос, появлению в выделениях дезоксицитидина и др. Биологические методы не очень точны и менее чувствительны по сравнению с физическими методами. Однако они незаменимы в случае определения относительной биологической эффективности тяжелых частиц с большой энергией, а также при учете индивидуальных различий радиочувствительности.

Расчетные методы регистрации излучений.

В расчетных методах дозу излучения определяют путем математических вычислений. Это единственно возможный метод для определения дозы от инкорпорированных радионуклидов. Математический метод широко применяют для определения поглощенной и интегральной доз, исходя из экспозиционной и терапевтической доз от закрытых радиоактивных препаратов.

Дозиметрические приборы позволяют определять экспозиционную или поглощенную дозы излучения или мощность доз. Они предназначены для оценки радиационной обстановки в жилых, рабочих помещениях и на местности. Эти приборы просты в эксплуатации. К такому типу приборов относятся сигнализаторы-индикаторы, позволяющие выявить и оценивать мощность гамма-излучений с помощью световой и звуковой индикации. Измерители-индикаторы позволяют выявить радиоактивное загрязнение и одновременно измерять мощность гамма излучения. В общем случае оценку мощности гамма-излучения проводят на высоте 1 метр от поверхности земли и в 30 метрах от строений. Если снять заднюю крышку дозиметра можно измерить плотность потока бета-излучения, пользуясь пересчетной формулой, указанной в техническом описании прибора.

При своей простоте дозиметры позволяют определять уровень загрязнения лишь качественно.

Например, если дозиметр показывает 10 мкР/ч (0,1 мкЗв/ч) на расстоянии 5 см от одного килограмма продукта, это соответствует удельной активности 3500 Бк/кг, что свидетельствует об очень высоком уровне радиоактивного загрязнения.

Для более точных измерений применяют радиометры. Исследуемые пробы (продукты, почва, вода) помещают в отдельный сосуд, который изолирован от внешнего излучения, что позволяет зафиксировать даже незначительную величину излучения. Одним из наиболее удобных радиометров является Беккерель-монитор «Berthold», который позволяет определить загрязненность продуктов питания с точностью до 2%.

К наиболее распространенным отечественным приборам радиационного контроля, которыми пользуется население, относятся:

Дозиметр «Сосна» — позволяет определить мощность экспозиционной дозы гамма-излучения и плотность потока бета-излучения. Имеет звуковую сигнализацию. Схожие характеристики имеет дозиметр «Белла» .

Дозиметр-радиометр «Припять» измеряет степень радиоактивного загрязнения поверхностей продуктов.

Дозиметр-радиометр РКСБ-104 также измеряет уровень радиации и загрязненность объектов радионуклидами.

Существуют и другие приборы с подобными функциями.

ионизирующий детектор гейгер пузырьковый Табл. 1. Единицы дозиметрии.

Физические величины и символы.	В системе СИ.	Вне системные.	Соотношение между ними.
Активность, С.	Бк — Беккерель.	Ки — Кюри.	1 Бк=2,7 10.
Поглощенная доза, Д.	Гр — Грей.	Рад.	1 Гр=100 Рад.
Эквивалентная доза, Н.	Зв — Зиверт.	Бэр	1Зв=100 Бэр
Экспозиционная доза.	Кл/кг Кулон/кг.	Р — Рентген.	1 Кл/кг=3,88 10.