Лекция (843336), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Действие всех детекторов ядерных излучений основано на ионизации или возбуждении заряженными частицами атомов вещества, заполняющего рабочий объём детекторов ядерных излучений. В случае γ-квантов и нейтронов ионизацию и возбуждение производят вторичные заряженные частицы, возникающие в результате взаимодействия γ-квантов или нейтронов с рабочим веществом детектора. Таким образом, прохождение всех ядерных частиц через веществосопровождается образованием свободных электронов, ионов, возникновением световых вспышек (сцинтилляций), а также химическими и тепловыми эффектами.
В результате этого излучения могут быть зарегистрированы по появлению электрических сигналов (тока или импульсовнапряжения) на выходе детекторов ядерных излучений, либо по почернению фотоэмульсии идр.1Семестр 4. Лекция 26.Электрические сигналы обычно невелики и требуют усиления. Мерой интенсивностипотока ядерных частиц является сила тока на выходе детекторов ядерных излучений, средняячастота следования электрических импульсов, степень почернения фотоэмульсии и т.д.Важной характеристикой детекторов ядерных излучений, регистрирующих отдельныечастицы, является их эффективность - вероятность регистрации частицы при попадании её врабочий объём детектора ядерных излучений. Эффективность определяется конструкцией детектора ядерных излучений и свойствами рабочего вещества.
Для заряженных частиц (за исключением очень медленных) она близка к единице; эффективность регистрации нейтронов и γквантов обычно меньше единицы и зависит от их энергии. Нередко необходимо, чтобы детекторы ядерных излучений был чувствителен только к частицам одного вида (например, нейтронный детектор не должен регистрировать γ-кванты).Простейшим детектором ядерных излучений является ионизационная камера. Она представляет собой помещённый в герметическую камеру заряженный электрический конденсатор,заполненный газом. Если в камеру влетает заряженная частица, то в электрической цепи, связанной с электродами камеры, возникает ток, обусловленный ионизацией атомов газа; сила токаявляется мерой интенсивности потока частиц.
Камеры используются также и в режиме регистрации импульса напряжения, вызываемого отдельной частицей; величина импульса пропорциональна энергии, потерянной частицей в газе камеры. Ионизационные камеры регистрируютвсе виды ядерных излучений, но их конструкция и состав газа зависят от типа регистрируемогоизлучения.При увеличении разности потенциалов между электродами камеры электроны, возникающие в рабочем объёме камеры, при своём движении к электроду приобретают энергию,достаточную для вторичной ионизации нейтральных молекул газа. Благодаря этому импульснапряжения на выходе возрастает и его легче регистрировать. На таком же принципе основанаработа пропорционального счётчика, применяемого для измерения интенсивности потока иэнергии частиц и квантов.В счётчике Гейгера-Мюллера напряжённость электрического поля между электродамиимеет ещё большую величину, что приводит к возрастанию ионизационного тока за счёт вторичной ионизации. Амплитуда импульса на выходе перестаёт быть пропорциональной энергиипервичной частицы, однако эта амплитуда становится весьма большой, что облегчает регистрацию импульсов.
Счётчики Гейгера-Мюллера благодаря простоте конструкции получили широкое распространение для регистрации α-, β-частиц и γ-квантов.Действие сцинтилляционного детектора основано на явлении флуоресценции (световыхвспышках), возникающей при взаимодействии ядерных частиц со сцинтилляторами - специальными жидкостями, пластмассами, кристаллами, а также благородными газами. Световаявспышка регистрируется фотоэлектронным умножителем, преобразующим её в электрический импульс. Сцинтилляционные детекторы ядерных излучений обладают высокой эффективностью для γ-квантов и быстродействием.
Амплитуды выходного сигнала пропорциональныэнергии, переданной сцинтиллятору частицей, что позволяет использовать эти детекторы дляизмерения энергии ядерных частиц. Высокая эффективность сцинтилляционных детекторовядерных излучений обусловлена тем, что, в отличие от ионизационных камер, пропорциональных счётчиков и счётчиков Гейгера-Мюллера, рабочее вещество детектора является плотным ипоглощающая способность его примерно в тысячу раз превосходит поглощающую способностьгаза при нормальном давлении.Высокой эффективностью обладает также кристаллический счётчик.
Его действие аналогично действию ионизационной камеры. Если в ионизационной камере заряженная частицаобразует свободные электроны и ионы, то в кристаллическом диэлектрическом (алмаз, сернистый цинк и др.) счётчике возникают электронно-дырочные пары. Кристаллические счётчикиприменяются сравнительно редко.Использование в качестве рабочего вещества полупроводниковых кристаллов (обычнокремния или германия с примесью лития) позволяет наряду с высокой эффективностью получать очень хорошее энергетическое разрешение, превышающее разрешающую способность2Семестр 4.
Лекция 26.сцинтилляционных детекторов ядерных излучений и сравнимое с разрешением, достигаемым вгораздо менее светосильных магнитных спектрометрах. Поэтому полупроводниковые детекторы ядерных излучений широко применяются для прецизионных измерений энергетическогоспектра ядерного излучения. Некоторые типы полупроводниковых детекторов необходимо охлаждать до температур, близких к температуре жидкого азота.Для измерения энергии очень быстрых частиц находит применение черенковский счётчик, основанный на регистрации излучения Вавилова-Черенкова.
Для регистрации быстрых тяжёлых ионов, например осколков деления ядер, иногда используют диэлектрические детекторы.ДозиметрияДозиметрия - область прикладной физики, в которой изучаются физические величины,характеризующие действие ионизирующих излучении на объекты живой и неживой природы, вчастности дозы излучения, а также методы и приборы для измерения этих величин.Развитие дозиметрии первоначально определялось необходимостью защиты человека отионизирующих излучений. Вскоре после открытия рентгеновских лучей были замечены биологические эффекты, возникающие при облучении человека.Появилась необходимость в количественной оценке степени радиационной опасности. Вкачестве основного количественного критерия была принята экспозиционная доза, измеряемая вРентгенах и определяемая по величине ионизации воздуха.С открытием радия было обнаружено, что β- и γ-излучения радиоактивных веществ вызывают биологические эффекты, похожие на те, которые вызываются рентгеновским излучением.
При добыче, обработке и применении радиоактивных препаратов возникает опасность попадания радиоактивных веществ внутрь организма. Развились методы измерения активностирадиоактивных источников, являющиеся основой радиометрии.Разработка и строительство ядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц, развитие ядерной энергетики и массовое производство радиоактивных изотопов привели к большому разнообразию видов ионизирующих излучений и к созданию многообразных дозиметрических приборов (дозиметров).Исследования биологического действия ионизирующих излучений на клеточном и молекулярном уровнях вызвали развитие микродозиметрии, исследующей передачу энергии излучения микроструктурам вещества.ДозаДоза ионизирующего излучения - энергия ионизирующего излучения, поглощённая вединице массы облучаемого вещества.
В этом смысле доза излучения называется также поглощённой дозой (DП). Поглощённая энергия расходуется на нагрев вещества, а также на его химические и физические превращения. Величина дозы зависит от вида излучения (рентгеновскоеизлучение, поток нейтронов и т.п.), энергии его частиц, плотности их потока и состава облучаемого вещества. При прочих равных условиях доза тем больше, чем больше время облучения.Таким образом, доза накапливается со временем. Доза, отнесённая к единице времени, называется мощностью дозы.Зависимость величины дозы от энергии частиц, плотности их потока и состава облучаемого вещества различна для разных видов излучения. Например, для рентгеновского и γизлучений доза зависит от атомного номера Z элементов, входящих в состав вещества; характерэтой зависимости определяется энергией фотонов.
Для этих видов излучений доза в тяжёлыхвеществах больше, чем в лёгких при одинаковых условиях облучения.Нейтроны также взаимодействуют с ядрами атомов. Характер этого взаимодействия существенно зависит от энергии нейтронов. Если происходят упругие соударения нейтронов с ядрами, то средняя величина энергии, переданной ядру в одном акте взаимодействия, оказываетсябольшей для лёгких ядер. В этом случае (при одинаковых условиях облучения) поглощённаядоза в лёгком веществе будет выше, чем в тяжёлом.Другие виды ионизирующих излучений имеют свои особенности взаимодействия с веществом, которые определяют зависимость дозы от энергии излучения и состава вещества.
По3Семестр 4. Лекция 26.глощённая доза в системе единиц СИ измеряется в Дж/кг. Широко распространена внесистемная единица рад: 1 рад = 10-2 Дж/кг. Мощность дозы измеряется в рад/сек, рад/ч и т.п.Кроме поглощённой дозы, существуют понятия экспозиционной и эквивалентной дозы.Экспозиционная доза - мера ионизации воздуха под действием рентгеновского и γ-излучений —измеряется количеством образованных зарядов.
Единицей экспозиционной доза в системе СИявляется Кл/кг. Экспозиционная доза в 1 Кл/кг означает, что суммарный заряд всех ионов одного знака, образованных в 1 кг воздуха, равен одному Кулону.Широко распространена внесистемная единица экспозиционной дозы – Рентген.:Рентген - внесистемная единица экспозиционной дозы рентгеновского и γ-излучений,определяемая по ионизационному действию их на воздух. Названа в честь В. К. Рентгена; обозначения: русское «Р», международное «R». Под действием квантов рентгеновского или γизлучения происходит ионизация молекул воздуха, приводящая к образованию пар заряженныхчастиц, в том числе электронов со значительной кинетической энергией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
