Принципы и методы регистрации ионизирующего излучения

Основные принципы регистрации ИИ. Цели и задачи дозиметрии. Методы регистрации ИИ. Общая схема устройства прибора для регистрации ИИ. Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная дозы. Понятия гамма-эквивалента и гамма-постоянной. Особенности регистрации нейтронного излучения.

Наша биосфера всю свою историю находилась и находится во взаимодействии с ионизирующими излучениями.

Длины волн электромагнитного излучения простираются в широком диапазоне.

Ионизирующие излучения невидимы, не имеют ни цвета, ни запаха или других признаков, которые указали бы человеку на их наличие или отсутствие. Поэтому их обнаружение и измерение производят косвенным путем на основании какого-либо свойства. Как правило, для определения уровней радиации, степени радиоактивности или дозы излучения используют один из методов: физический, химический, фотографический, биологический или математический (расчетный).

В основе работы дозиметрических и радиометрических приборов используются следующие методы индикации:

ионизационный, основанный на свойстве, способности этих излучений ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений;

сцинтилляционный, регистрирующий вспышки света, возникающие в сцинтилляторе (детекторе) под действием ионизирующих излучений, которые фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) преобразуются в электрический ток. Измеряемый анодный ток ФЭУ (токовый режим) и скорость счета (счетчиковый режим) пропорциональны уровням радиации;

люминесцентный, базирующийся на эффектах радиофотолюминесценции (ФЛД) и радиотермолюминесценции (ТЛД). В первом случае под действием ионизирующих излучений в люминофоре создаются центры фотолюминисценции, содержащие атомы и ионы серебра, которые при освещении ультрафиолетовым светом вызывают видимую люминесценцию, пропорциональную уровням радиации. Дозиметры ТЛД под действием теплового воздействия (нагрева) преобразуют поглощенную энергию ионизирующих излучений в люминесцентную, интенсивность которой пропорциональна дозе ионизирующих излучений;

фотографический — один из первых методов регистрации ионизирующих излучений, позволивший французскому ученому Э. Беккерелю открыть в 1896 г. явление радиоактивности. Этот метод дозиметрии основан на свойстве ионизирующих излучений воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. По степени почернения (плотности) можно судить об интенсивности воздействующего на пленку ионизирующего излучения с учетом времени этого воздействия;

химический, основанный на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений. Известно значительное количество различных веществ, изменяющих свою окраску (степень окраски) или цвет в результате окислительных или восстановительных реакций, что можно соизмерять со степенью или плотностью ионизации. Данный метод используют при регистрации значительных уровней радиации;

калориметрический, базирующийся на измерении количества теплоты, выделяемой в детекторе при поглощении энергии ионизирующих излучений, поглощаемая веществом, в конечном итоге преобразуются в теплоту при условии, что поглощающее вещество является химически инертным к излучению и это пропорционально интенсивности излучений;

нейтронно-активационный, связанны с измерением наведенной активности, и в некоторых случаях являющийся единственно возможным методом регистрации, особенно слабых нейтронных потоков, так как наведенная ими активность оказывается слишком малой для надежных измерений обычными методами. Кроме того, этот метод удобен при оценке доз в аварийных ситуациях, когда наблюдается кратковременное облучение большими потоками нейтронов.

В биологических методах дозиметрии использована способность излучений изменять биологические объекты. Величину дозы оценивают по уровню летальности животных, степени лейкопении, количеству хромосомных аберраций, изменению окраски и гиперемии кожи, выпадению волос, появлению в моче дезоксицитидина и др. Биологические методы не очень точны и менее чувствительны по сравнению с физическими.

В расчетных методах дозу излучения определяют путем математических вычислений. Это единственно возможный метод определения дозы от инкорпорированных радионуклидов, т. е. попавших внутрь организма.

Таким образом, принцип работы детектора в значительной степени определяется характером эффекта, вызванного взаимодействием излучения с веществом детектора, а детектирование ионизирующих излучений связано с обнаружением и измерением этого эффекта.

Так как действие ионизирующих излучений на организм человек не ощущает, и у него отсутствуют органы чувств, которые их бы воспринимали, то дозиметрические приборы как бы восполняют этот «пробел природы» и позволяют человеку, обнаруживать и оценивать эти излучения.