Понятие дозиметрии. Обнаружение ионизирующих излучений. Сцинтилляционный метод

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Понятие дозиметрии

Дозиметрия - область прикладной физики, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучении на объекты живой и неживой природы, в частности дозы излучения, а также методы и приборы для измерения этих величин.

Развитие дозиметрии первоначально определялось необходимостью защиты человека от ионизирующих излучений. Вскоре после открытия рентгеновских лучей были замечены биологические эффекты, возникающие при облучении человека. Появилась необходимость в количественной оценке степени радиационной опасности. В качестве основного количественного критерия была принята экспозиционная доза, измеряемая в рентгенах и определяемая по величине ионизации воздуха.

Дозиметрия ионизирующих излучений рассматривает свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие поле излучения или взаимодействие излучения с веществом, а также принципы и методы их определения.

Дозиметрия имеет дело с такими физическими величинами, которые связаны с ожидаемым радиационным эффектом. Эти величины обычно называют дозиметрическими. Установленная связь между измеряемой физической величиной и ожидаемым радиационным эффектом - важнейшее свойство дозиметрических величин. Вне этой связи дозиметрические измерения теряют смысл.

Первопричиной радиационных эффектов является поглощение энергии ионизирующих излучений облучаемым объектом, и доза как мера поглощенной энергии оказывается основной дозиметрической величиной.

Важнейшая задача дозиметрии - определение дозы излучения в различных средах и особенно в тканях живого организма. Для этой цели используют различные расчетные и экспериментальные методы.

2. Методы обнаружения ионизирующих излучений. Сущность методов

Для регистрации ионизирующих излучений используются следующие методы их обнаружения: химический, фотографический, полупроводниковый, тепловой (калориметрический), ионизационный, сцинтилляционный и др.

Химический метод. Данный метод обнаружения ионизирующих излучений основан на том, что возникающие при воздействии излучений ионы и возбужденные атомы и молекулы вещества могут дис-социировать, образуя свободные радикалы. Эти ионы и радикалы вступают в реакцию между собой или другими атомами и молекулами, образуя новые вещества, появление и количество которых позволяет судить о наличии и количественной характеристике ионизирующих излучений.

Фотографический метод. Частица ионизирующего излучения при попадании на слой фотоэмульсии оставляет на нем след, который после проявления фотопластинки становится видимым, так как образуются очень малые зерна металлического серебра (почернение фотослоя).

Плотность почернения фотослоя измеряют с помощью фотометров. Фотоэмульсия представляет собой взвешенные в желатине маленькие кристаллики галоидного серебра (хлористого или бромистого). Чем больше доза воздействующих на фотослой излучений, тем больше степень его почернения.

Полупроводниковый метод. Основным элементом полупроводникового детектора является монокристаллический полупроводник (кремний или германий), выполненный в виде пластины, в которой создан p-n-переход. Для достижения высокой чувствительности необходимо, чтобы в отсутствие регистрируемых частиц полупроводник был обеднен носителями, т.е. имел минимальную электропроводность. Это достигается в области p-n-перехода, особенно если подать на него обратное (запирающее) напряжение. Слой полупроводника вблизи границы р-n-перехода, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением, является чувствительным объемом полупроводникового детектора. Заряженная частица, попадая в кристалл, ионизирует среду, создавая дополнительные электронно-дырочные пары. Появление новых носителей заряда приводит к возникновению импульса тока в цепи детектора, фиксируемого аппаратурой. Заряд, прошедший в цепи детектора, пропорционален энергии выделенной частицей в чувствительном объеме. Такие детекторы используются в радиометрических, дозиметрических и спектрометрических приборах.

Достоинствами полупроводниковых детекторов являются линейная зависимость импульса тока от поглощенной энергии и высокая временная разрешающая способность (малое «мертвое время» - 10 в -8 с).

Тепловой (калориметрический) метод. Энергия ионизирующих излучений, поглощенная в веществе, в конечном итоге превращается в тепло. Этот тепловой эффект используется в калориметрах для измерения активности вещества или мощности дозы. Временная разрешающая способность тепловых детекторов малых объемов имеет достаточно большое значение (10 в -8с). дозиметрия ионизирующий излучение сцинтилляция

Ионизационный метод. При этом методе обнаружения и измерения характеристик ионизирующих излучений в качестве ионизирующей среды используются газы, в которых образующиеся ионы обладают большой подвижностью. Воздействуя на газовую среду электрическим полем, легко привести создаваемые излучением ионы в направленное движение. Возникающий при этом электрический ток является не только указанием на то, что газовая среда облучается, но и позволяет также судить об активности источников ионизирующих излучений, о создаваемой ими дозе и мощности дозы излучений.

В измерительной аппаратуре ионизация газовой среды происходит в устройствах, предназначенных для восприятия энергии ионизирующих излучений и преобразования ее в энергию электрического тока. Такие устройства называются воспринимающими или детекторами излучений. К ним относятся ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.

Сцинтилляционный метод. В основе этого метода обнаружения излучений лежит явление люминесценции (свечение вещества), вызванное ионизацией и возбуждением атомов и молекул. Вещества, в которых под воздействием ионизирующих излучений возникают световые вспышки (сцинтилляции), называются сцинтилляторами (люминофорами).

Избыток энергии высвобождается в виде сцинтилляций (кратковременных световых вспышек продолжительностью 10 в -10 с). По количеству вспышек в единицу времени можно судить о качественной характеристике ионизирующего излучения (активности).

Сцинтилляционные методы регистрации радиоактивных излучений основаны на измерении интенсивности излучения люминесцентных веществ с использованием фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

Достоинство метода - малое время высвечивания сцинтилляторов обеспечивает высокое временное разрешение

3. Сцинтилляционный метод

• Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтиллятора, фотоэлектронного умножителя и электронных устройств для усиления и подсчета импульсов.

• Сцинтиллятор преобразует энергию ионизирующего излучения в кванты видимого света, величина которых зависит от типа частиц и материала сцинтиллятора.

• Кванты видимого света, попав на фотокатод, выбивают из него электроны, число которых многократно увеличивается фотоумножителем. В результате этого на выходе фотоумножителя образуется значительный импульс, который затем усиливается и сосчитывается пересчетной установкой.

• Таким образом, за счет энергии a-или b-частицы, g-кванта или другой ядерной частицы в сцинтилляторе появляется световая вспышка-сцинтилляция, которая затем с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) преобразуется в импульс тока и регистрируется.

• 1-поток регистрируемых частиц

• 2-сцинтиллятор

• 3-световод

• 4-фотокатод

• 5-фотоэлектронный умножитель

• 6-усилитель импульсов

• 7-пересчетный прибор( регистратор импульсов)

• 8-источник питания (высоковольтный выпрямитель)

Размещено на Allbest.ru