С помощью какого прибора можно зарегистрировать величину радиационного излучения

Содержание

Дозиметры
Устройство дозиметра
Счетчик Гейгера-Мюллера
Какой дозиметр выбрать
С помощью какого прибора можно зарегистрировать величину радиационного излучения

Дозиметры

Для измерения уровня радиации (ионизирующего излучения) применяют измерительные приборы, называемые дозиметрами.

В зависимости от конструкции и типа дозиметра, он может измерять несколько видов радиации или только один из ее видов — альфа, бета, гамма, рентгеновское или нейтронное излучение. Дозиметры, способные измерять несколько видов радиации, имеют более сложное устройство, достаточно высокую стоимость и в основном относятся к профессиональным средствам измерения. Для бытовых целей как правило применяются дозиметры, измеряющие один или два вида радиации — гамма, бета, иногда альфа излучение. У бытовых дозиметров меньше диапазон измеряемых величин и большая погрешность измерения, то есть бытовые дозиметры имеют меньшую точность.

Дозиметры могут применяться для измерения уровня радиации или выполнять роль предупреждающих индикаторов радиоактивной опасности. По своему функциональному назначению, дозиметры можно разделить на группы:

Индикаторы или сигнализаторы — простые приборы с невысокой чувствительностью и малой точностью, не имеющие цифрового табло, а только подающие световой или звуковой сигнал при радиационной опасности.
Измерительные приборы — это приборы для измерения радиационного фона, имеющие цифровой или аналоговый индикатор, отображающий уровень радиации. Уровень радиации может отображаться в различных единицах, обычно это мкЗв/час.
Поисковые приборы — это высокочувствительные измерительные приборы с дополнительными, обычно выносными (наружными) детекторами. Применяются данные приборы для поиска малейших изменений радиации. Обычно используются для досмотра пограничными службами и другими спецслужбами.

Устройство дозиметра

Работа любого дозиметра базируется на основе одних и тех же принципах работы. Базовым элементом всех дозиметров является датчик радиации. В зависимости от принципа работы, датчики радиации делятся на:

Ионизационные камеры

Применяются в основном для регистрации бета и гамма излучений.

Плохо подходят для регистрации альфа излучений

Наиболее распространенной конструкцией газоразрядного датчика, является счетчик Гейгера-Мюллера, который применяется в большинстве бытовых и профессиональных дозиметрах.

Сцинтилляционные кристаллы — это кристаллы неорганического или органического происхождения. Принцип работы основан на регистрации фотонов, которые генерируются в кристалле, если сквозь него проходят заряженные частицы (электроны, протоны, нейтроны, альфа частицы). Могут применяться для регистрации всех видов радиации. Применяются в основном в поисковых приборах, так как обладают высокой чувствительностью и точностью. Имеют достаточно большие размеры и высокую стоимость.

Твердотельные полупроводниковые детекторы — состоят из кристаллов и полупроводникового материала. Принцип работы основан на изменении электрической проводимости материала при прохождении сквозь него заряженных частиц (электроны, протоны, нейтроны). Могут применяться для регистрации всех видов радиации. Обладают небольшой точностью, но при этом имеют маленькие размеры и низкую стоимость.

Счетчик Гейгера-Мюллера

Счетчик Гейгера Мюллера — это герметичный стеклянный цилиндр, заполненный инертным газом. Внутри цилиндра, протянут тонкий токопроводящий провод, который является анодом. На стенках колбы закреплена тонкая металлическая пленка, являющаяся катодом.

В нормальных условиях газ, разделяющий катод и анод, не проводит электрический ток. При прохождении сквозь колбу зараженных частиц (радиации), они сталкиваются с молекулами газа, ионизируя их. Это делает газ проводящим ток и между катодом и электродом начинает течь электричество. Этот момент и регистрируется прибором. Наличие электричества между катодом и электродом датчика, говорит о том, что в данный момент сквозь датчик проходят частицы радиоактивного излучения.

Схема счетчика Гейгера-Мюллера:

1 – герметически запаянная стеклянная трубка; 2 – катод (тонкий слой меди внутри колбы); 3 – вывод катода; 4 – анод (тонкая нить)

Рассмотренная конструкция счетчика Гейгера-Мюллера является типовой. Но существуют другие исполнения датчика, например, с металлической колбой взамен стеклянной. При этом принцип работы датчика остается прежним.

Видео с принципом работы счетчика Гейгера-Мюллера:

Какой дозиметр выбрать

Чтобы определиться какой дозиметр выбрать, нужно понять, кокой вид радиации для человека представляет опасность и что желательно контролировать в повседневной жизни.

Все виды радиации опасны, но в бытовой сфере и окружающей нас среде, можно столкнуться с действием в основном трех видов радиации — это бета, гамма и альфа излучение. Наибольшую опасность представляет альфа излучение, так как оно наносит живой ткани наибольший урон. Но зарегистрировать альфа излучение сложнее всего, потому что для его измерения, дозиметр должен быть поднесен вплотную к источнику излучения, так как альфа излучение распространяется в пространстве на небольшие расстояния в пределах 2-3 см. Дозиметры способные зарегистрировать альфа излучение, должны иметь отдельный датчик в дополнении к датчику Гейгера-Мюллера. Обычно это специальное окошечко в дозиметре, которое имеет сдвигаемую защитную крышку.

Если позволяют денежные средства, то лучше купить дозиметр способный измерять три вида радиации — бета, гамма и альфа излучение.

Если вы не хотите тратиться на покупку дорогого прибора, то можно приобрести дозиметр-радиометр, измеряющий бета и гамма излучение. Это неплохое начало и возможно поможет вам избежать серьезных проблем со здоровьем. Такой прибор отлично подойдет для измерения общего радиационного фона в помещении и вне его. С помощью данного дозиметра можно проверить на безопасность продукты питания, строительные материалы, автомобиль и любые другие бытовые вещи.

При выборе дозиметра следует обратить внимание на следующие характеристики:

тип используемого детектора — это основной параметр, влияющий на точность и функциональность прибора. Лучше если это будет газоразрядный детектор, например, счетчик Гейгера-Мюллера. Хуже если это полупроводниковый детектор.
виды измеряемой радиации — прибор может измерять как один вид радиации, так и несколько видов. При измерении нескольких видов радиации, измерения могут проводиться одновременно для различных видов излучений, или необходимо будет переключаться с одного вида излучения на другой. Самый простой и распространенный вид дозиметра — это измерение бета излучения. Но лучше, если дозиметр будет способен измерять три вида излучений — альфа, бета, гамма.
погрешность измерения — это величина, которая характеризует точность прибора. Чем меньше погрешность, тем выше точность прибора, соответственно тем он лучше и дороже. Для бытовых приборов погрешность обычно составляет ±25% или ±30%. Для профессиональных дозиметров погрешность уже будет меньше чем ±7%.
диапазон измеряемых величин — это максимальное и минимальное значение радиации, которое способен зарегистрировать прибор. Стоит обратить внимание лишь на нижний порог измерений, он не должен быть выше чем 0,05 мкЗв/ч. Максимально измеряемый уровень радиации у всех дозиметров достаточно высок.
поверка прибора — это отметка в паспорте дозиметра, что он проверен на заводе изготовителе и соответствует заявленным в паспорте техническим характеристикам и производит измерения с заданной точностью. Желательно, чтобы отметка о поверке была в паспорте. В крайнем случае, в паспорте изделия должна стоять отметка ОТК (отдел технического контроля) о приемке изделия.

Остальные характеристики дозиметра влияют на его удобство эксплуатации, внешний вид и выбираются исходя из личных предпочтений.

Источник

С помощью какого прибора можно зарегистрировать величину радиационного излучения

Практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений (α, β, γ) и частиц основаны на их способности производить ионизацию или возбуждение атомов среды. Заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно, а γ-кванты и нейтроны обнаруживаются по ионизации, вызываемой возникающими в результате их взаимодействиями с электронами и ядрами атомов среды быстрыми заряженными частицами. Вторичные эффекты, сопровождающие рассмотренные процессы, такие как вспышка света, электрический ток, потемнение фотопластинки, позволяют регистрировать пролетающие частицы, считать их, отличать друг от друга и измерять их энергию.

Приборы, применяемы для регистрации радиоактивных излучений и частиц, делятся на две группы:

приборы, позволяющие регистрировать прохождение частицы через определенный участок пространства и в некоторых случаях определять ее характеристики, например, энергию ( сцинтилляционный счетчик, черенковский счетчик, ионизационная камера, газоразрядный счетчик, полупроводниковый счетчик );
приборы, позволяющие наблюдать, например, фотографировать следы (треки) частиц в веществе ( камера Вильсона, диффузтонная камера, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии ).

Сцинтилляционный счетчик

Детектор ядерных частиц, основными элементами которого являются сцинтиллятор (кристаллофосфор, излучающий вспышки света при попадании в него частиц) и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), позволяющий преобразовать слабые световые вспышки в электрические импульсы, которые регистрируются электронной аппаратурой. Обычно в качестве сцинтилляторов используются кристаллы некоторых неорганических (ZnS – для α-частиц; NaI-Tl, CsI-Tl – для β-частиц и γ-квантов) или органических (антрацен, пластмассы для γ-квантов) веществ. Очень подробно и детально о конструкции и принципе работы изложено здесь.

Самый большой из когда либо созданных сцинтилляционных детекторов установка KamLAND. На ней зарегистрирован дефицит антинейтрино от реакторов, расположенных от него на среднем расстоянии в 180 км. Этот результат в сочетании с измерениями потоков солнечных нейтрино может свидетельствовать в пользу существования нейтринных осцилляций. Подробности эксперимента можно посмотреть в статье.

Установка KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Anti-Neutrino Detector) создана на месте разрушенной в результате аварии установки Kamiokande. В нем используется 1000 т жидкого сцинтиллятора который просматривается 1879 фотоумножителями диаметром 50 см. Первая задача, которая решалась на этой установке – измерение потоков антинейтрино от японских и южнокорейских ректоров.

Рисунок 4.17. Перевод: по оси X – «удаленность от реактора», по оси Y – «отношение наблюдаемой величины к ожидаемой» (observed / expected),
ILL – реактор ILL (Европа), Savannah River – перерабатывающий завод «Savannah River Nuclear Solutions» (ш-т Джорджия, США), Bugey – АЭС «Бюже» (Франция), Rovno – Ровенская АЭС (г. Ровно, Украина), Goesgen – АЭС «Goesgen» (Швейцария), Krasnoyarsk – Красноярск, ГХК (г. Железногорск, Россия), Palo Verde – АЭС «Palo Verde» (ш-т Аризона, США), Chooz – АЭС «Шооз» (Франция), KamLAND – нейтринный детектор (о. Хосю, Япония).

Как видно из рисунка 4.17, в предыдущих экспериментах с реакторными нейтрино их дефицита не было обнаружено. Однако эксперименты с солнечными нейтрино свидетельствовали, что расстояния

1 км слишком малы для его обнаружения. Размеры KamLAND и его расположение в 100-200 км от реакторов делает его весьма чувствительным к эффекту, что и привело к его обнаружению.

С помощью метода задержанных совпадений детектировались позитроны и γ-кванты с энергией 2.2 МэВ от захвата нейтронов протонами.

Детекторы частиц (заполненные газом электрические конденсаторы), основанные на способности заряженных частиц вызывать ионизацию газа, с последующим разделением продуктов ионизации в электрическом поле. Если счетчик регистрирует только ионы, образовавшиеся непосредственно под действием частиц, то такой счетчик называются импульсной ионизационной камерой. Подробная и детальная информация лежит здесь.

Счетчики, в которых основную роль играет вторичная ионизация обусловленная столкновениями первичных ионов с атомами и молекулами газа, в результате чего возникает разряд в газе, называются газоразрядными счетчиками. Пример газоразрядного счетчика – счетчик Гейгера-Мюллера. Газоразрядный счетчик обычно выполняется в виде наполненного газом металлического цилиндра ( катод ) с тонкой проволокой ( анод ), натянутой по его оси.

Полупроводниковые диоды, прохождение через которые регистрируемых частиц, приводит к появлению электрического тока через диод. Малая толщина рабочей области полупроводниковых счетчиков не позволяет применять их для измерения высокоэнергетических частиц. Более подробная информация лежит здесь.

Стеклянный цилиндр с плотно прилегающим поршнем, заполненный нейтральным газом (аргон или гелий), насыщенным парами воды и спирта. При резком (адиабатическом) расширении газ становится пересыщенным и на траекториях частиц, пролетевших через камеру, образуются треки из тумана, которые фотографируются. По характеру и геометрии треков можно судить о типе прошедших через камеру частиц. О конструкции и принципе работы очень подробно и детально изложено здесь.

Конструктивно похожая на камеру Вильсона и заполненная прозрачной перегретой жидкостью. Запускается камера резким сбросом давления, переводящим жидкость в неустойчивое перегретое состояние. Пролетающая в это время через камеру заряженная частица вызывает резкое вскипание жидкости, и траектория частицы оказывается обозначенной цепочкой пузырьков газа – образуя трек, который как и в камере Вильсона, фотографируется. По сравнению с камерами Вильсона размеры пузырьковых камер примерно такие же, но эффективный объем пузырьковой камере на 2-3 порядка больше, чем у камеры Вильсона, так как жидкости гораздо плотнее газов. Это позволяет использовать пузырьковые камеры для исследования длинных цепей рождения и распадов частиц высоких энергий. Более подробная информация находится здесь. О новых разработках и новинках по внедрению детекторов подобного типа можно узнать, посетив сайт Института физики высоких энергий (ГНЦ ИФВЭ).

Толстослойные фотографические эмульсии, прохождение заряженных частиц через которые вызывает ионизацию, приводящую к образованию скрытого изображения в эмульсии. После проявления следы заряженных частиц обнаруживаются в виде цепочки зерен металлического серебра. Так как эмульсия – среда более плотная, чем газ или жидкость, используемые в вильсоновской и пузырьковой камерах, то при прочих равных условиях длина трека в эмульсиях более короткая. Поэтому фотоэмульсии применяются для изучении реакций, вызываемых частицами в ускорителях сверхвысоких энергий и космических лучах. Для исследований высокоэнергетичных частиц используются также так называемые стопы – большое число маркированных фотоэмульсионных пластинок, помещаемых на пути частиц и после проявления промеряемых под микроскопом. Более подробная информация лежит здесь. С некоторыми возможностями измерения треков, можно ознакомиться здесь.

Более подробно о детекторах частиц можно ознакомиться здесь. О новых кардинальных разработок детекторов частиц можно посмотреть здесь или на сайте журнала «Наука и жизнь».

Источник