Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц

Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц

Практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений ( a , b , g ) и частиц основаны на их способности производить ионизацию и возбуждение атомов среды. Заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно, а g -кванты и нейтроны обнаруживаются по ионизации, вызываемой возникающими в результате их взаимодействия 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, применяемые для регистрации радиоактивных излучений и частиц, де­лятся на две группы:

1) приборы, позволяющие регистрировать прохождение частицы через определенный участок пространства и в некоторых случаях определять ее характеристики, например энергию (сцинтилляционный счетчик, черенковский счетчик, импульсная ионизационная камера, газоразрядный счетчик, полупроводниковый счетчик);

2) приборы, позволяющие наблюдать, например фотографировать, следы (треки) частиц в веществе (камера Вильсона, диффузионная камера, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии).

1. Сцинтилляционный счетчик. Наблюдение сцинтилляций — вспышек света при по­падании быстрых частиц на флуоресцирующий экран — первый метод, позволивший У. Круксу* и Э. Резерфорду на заре ядерной физики (1903) визуально регистрировать a -частицы. Сцинтилляционный счетчик — детектор ядерных частиц, основными элементами которого являются сцинтиллятор (кристаллофосфор и фотоэлектронный умножитель, позволяющий преобразовывать слабые световые вспышки в электрические импульсы, регистрируемые электронной аппаратурой. Обычно в качестве сцинтилляторов используют кристаллы некоторых неорганических ( ZnS для a -частиц; NaI — Tl , CsI — Tl — для b -частиц и g -квантов) или органических (антрацен, пластмассы — для g -квантов) веществ.

* У. Крукс (1832—1919) — английский физик и химик.

Сцинтилляционные счетчики обладают высоким разрешением по времени (10 –10 —10 –5 с), определяемым родом регистрируемых частиц, сцинтиллятором и раз­решающим временем используемой электронной аппаратуры (оно доведено сейчас до 10 –8 —10 –10 с). Для этого типа счетчиков эффективность регистрации —отношение числа зарегистрированных частиц к полному числу частиц, пролетевших в счетчике, примерно 100% для заряженных частиц и 30% для g -квантов. Так как для многих сцинтилляторов (NaI-Tl, CsI-Tl, антрацен, стильбен) интенсивность световой вспышки в широком интервале энергий пропорциональна энергии первичной частицы, то счетчики на данных сцинтилляторах применяются для измерения энергии регистрируемых частиц.

2. Черенковский счетчик. Принцип его работы и свойства излучения Вавило­ва — Черенкова, лежащие в основе работы счетчика, рассмотрены в § 189. Назначение черенковских счетчиков — это измерение энергии частиц, движущихся в веществе со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, и разделение этих частиц по массам. Зная угол испускания излучения (см. (189.1)), можно определить скорость частицы, что при известной массе частицы равносильно определению ее энергии. С другой стороны, если масса частицы не известна, то она может быть определена по независимому измерению энергии частицы. Кроме того, при наличии двух пучков частиц с разными скоростями будут различными и углы испускания излучений, по которым можно искомые частицы определить. Для черенковских счетчиков разрешение по скоростям (иными словами, по энергиям) составляет 10 –3 —10 –5 . Это позволяет отделять элементарные частицы друг от друга при энергиях порядка 1 ГэВ, когда углы испускания излучения различаются очень мало. Время разрешения счетчиков достигает 10 –9 с. Счетчики Черенкова устанавливаются на космических кораблях для исследования космического излучения.

3. Импульсная ионизационная камера — это детектор частиц, действие которого основано на способности заряженных частиц вызывать ионизацию газа. Ионизационная камера представляет собой заполненный газом электрический конденсатор, к электродам которого подается постоянное напряжение. Регистрируемая частица, попадая в пространство между электродами, ионизует газ. Напряжение подбирается так, чтобы все образовавшиеся ионы, с одной стороны, доходили до электродов, не успев рекомбинировать, а с другой — не разгонялись настолько сильно, чтобы производить вто­ричную ионизацию. Следовательно, в ионизационной камере на ее электродах непосредственно собираются ноны, возникшие под действием заряженных частиц. Иониза­ционные камеры бывают двух типов: интегрирующие (в них измеряется суммарный ионизационный ток) и импульсные, являющиеся, по существу, счетчиками (в них регистрируется прохождение одиночной частицы и измеряется ее энергия, правда, с довольно низкой точностью, обусловленной малостью выходного импульса).

4. Газоразрядный счетчик. Газоразрядный счетчик обычно выполняется в виде наполненного газом металлического цилиндра (катод) с тонкой проволокой (анод), натянутой по его оси. Хотя газоразрядные счетчики по конструкции похожи на ионизационную камеру, однако в них основную роль играет вторичная ионизация, обусловленная столкновениями первичных ионов с атомами и молекулами газа и стенок. Можно говорить о двух типах газоразрядных счетчиков: пропорциональных (в них газовый разряд несамостоятельный (см. § 106), т. е. гаснет при прекращении действия внешнего ионизатора) и счетчиках Гейгера — Мюллера* (в них разряд самостоятельный (см. § 107), т. е. поддерживается после прекращения действия внешнего ионизатора).

* Э. Мюллер (1911—1977) — немецкий физик.

В пропорциональных счетчиках рабочее напряжение выбирается так, чтобы они работали в области вольт-амперной характеристики, соответствующей несамостоя­тельному разряду, в которой выходной импульс пропорционален первичной иониза­ции, т. с. энергии влетевшей в счетчик частицы. Поэтому они не только регистрируют частицу, но и измеряют ее энергию. В пропорциональных счетчиках импульсы, вызыва­емые отдельными частицами, усиливаются в 10 3 —10 4 раз (иногда и в 10 6 раз).

Счетчик Гейгера — Мюллера по конструкции и принципу действия существенно не отличается от пропорционального счетчика, но работает в области вольт-амперной характеристики, соответствующей самостоятельному разряду, когда выходной импульс не зависит от первичной ионизации. Счетчики Гейгера — Мюллера регистрируют частицу без измерения ее энергии. Коэффициент усиления этих счетчиков составляет 10 8 . Для регистрации раздельных импульсов возникший разряд следует гасить. Для этого, например, последовательно с нитью включается такое сопротивление, чтобы возникший в счетчике разряд вызывал на сопротивлении падение напряже­ния, достаточное для прерывания разряда. Временное разрешение счетчиков Гейгера—Мюллера составляет 10 –3 —10 –7 с. Для газоразрядных счетчиков эффектив­ность регистрации равна примерно 100% для заряженных частиц и примерно 5% для g -квантов.

5. Полупроводниковый счетчик — это детектор частиц, основным элементом кото­рого является полупроводниковый диод. Время разрешения составляет примерно 10 –9 с. Полупроводниковые счетчики обладают высокой надежностью, могут работать в магнитных полях. Малая толщина рабочей области (порядка сотни микрометров) полупроводниковых счетчиков не позволяет применять их для измере­ния высокоэнергетических частиц.

6. Камера Вильсона* (1912) — это старейший и на протяжении многих десятилетий (вплоть до 50—60-х годов) единственный тип трекового детектора. Выполняется обычно в виде стеклянного цилиндра с плотно прилегающим поршнем. Цилиндр наполняется нейтральным газом (обычно гелием или аргоном), насыщенным парами воды или спирта. При резком, т. е. адиабатическом, расширении газа пар становится пересыщенным и на траекториях частиц, пролетевших через камеру, образуются треки из тумана. Образовавшиеся треки для воспроизводства их пространственного расположения фотографируются стереоскопически, т. е. под разными углами. По характеру и геометрии треков можно судить о типе прошедших через камеру частиц (например, a -частица оставляет сплошной жирный след, b -частица — тонкий), об энергии частиц (по величине пробега), о плотности ионизации (по количеству капель на единицу длины трека), о количестве участвующих в реакции частиц.

* Ч. Вильсон (1869—1959) — английский физик.

Российский ученый Д. В. Скобельцын (1892—1990) значительно расширил возмож­ности камеры Вильсона, поместив ее в сильное магнитное поле (1927). По искривлению траектории заряженных частиц в магнитном поле, т. е. по кривизне трека, можно судить о знаке заряда, а если известен тип частицы (ее заряд и масса), то по радиусу кривизны трека можно определить энергию и массу частицы даже в том случае, если весь трек в камере не умещается (для реакций при высоких энергиях вплоть до сотен мегаэлектрон-вольт). Недостаток камеры Вильсона — ее малое рабочее время, составляющее примерно 1% от времени, затрачиваемого для подготовки камеры к последу­ющему расширению (выравнивание температуры и давления, рассасывание остатков треков, насыщение паров), а также трудоемкость обработки результатов.

7. Диффузионная камера (1936) — это разновидность камеры Вильсона. В ней рабочим веществом также является пересыщенный пар, но состояние пересыщения создастся диффузией паров спирта от нагретой (до 10°С) крышки ко дну, охлаждаемому (до —60°С) твердой углекислотой. Вблизи дна возникает слой пересыщенного пара толщиной примерно 5 см, в котором проходящие заряженные частицы создают треки. В отличие от вильсоновской диффузионная камера работает непрерывно. Кроме того, из-за отсутствия поршня в ней могут создаваться давления до 4 МПа, что значительно увеличивает ее эффективный объем.

8. Пузырьковая камера (1952; американский физик Д. Глезер (р. 1926)). В пузырьковой камере рабочим веществом является перегретая (находящаяся под давлением) прозрачная жидкость (жидкие водород, пропан, ксенон). Запускается камера, так же как и камера Вильсона, 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 пара — образуется трек, который, как и в камере Вильсона, фотографируется. Пузырьковая камера работает циклами. Размеры пузырьковых камер примерно такие же, как камеры Вильсона (от десятков сантиметров до 2 м), но их эффективный объем на 2—3 порядка больше, так как жидкости гораздо плотнее газов. Это позволяет использовать пузырьковые камеры для исследования длинных цепей рождений и распадов частиц высоких энергий.

9. Ядерные фотоэмульсии (1927; российский физик Л. В. Мысовский (1888—1939)) — это простейший трековый детектор заряженных частиц. Прохождение заряженной частицы в эмульсии вызывает ионизацию, приводящую к образованию центров скрытого изображения. После проявления следы заряженных частиц обнару­живаются в виде цепочки зерен металлического серебра. Ta к как эмульсия — среда более плотная, чем газ или жидкость, используемые в вильсоновской и пузырьковой камерах, то при прочих равных условиях длина трека в эмульсии более короткая. Так, трек длиной 0,05 см в эмульсии эквивалентен треку в 1 м в камере Вильсона. Поэтому фотоэмульсии применяются для изучения реакций, вызываемых частицами в ускори­телях сверхвысоких энергий и в космических лучах. В практике исследований высокоэнергетических частиц используются также так называемые стопы — большое число маркированных фотоэмульсионных пластинок, помещаемых на пути частиц и после проявления промеряемых под микроскопом.

В настоящее время методы наблюдения и регистрации заряженных частиц и излуче­ний настолько разнообразны, что их описание выходит за рамки курса.

Большое значение начинают играть сравнительно новые (1957) приборы — ис­кровые камеры, использующие преимущества счетчиков (быстрота регистрации) и трековых детекторов (полнота информации о треках). Говоря образно, искровая камера — это набор большого числа очень мелких счетчиков. Поэтому она близка к счетчикам, так как информация в ней выдается немедленно, без последующей обработки, и в то же время обладает свойствами трекового детектора, так как по действию многих счетчиков можно установить треки частиц.

Урок 26. Радиоактивность. Изотопы

Радиоактивность – это способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.

Естественная радиоактивность – самопроизвольный распад нестабильных ядер.

Виды радиоактивного излучения — альфа-, бета-, гамма- лучи.

Альфа – лучи это поток положительных частиц, масса и заряд которых совпадает с массой и зарядом ядра атома гелия.

Бета – лучи это поток электронов.

Гамма – лучи это электромагнитные волны высокой частоты, распространяющиеся со скоростью 300000 км/с.

Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

Период полураспада – основная величина, определяющая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем быстрее уменьшается активность вещества.

Закон радиоактивного распада определяет среднее число ядер атомов, распадающихся за определённый интервал времени.

Газоразрядный счётчик Гейгера – это прибор для автоматического подсчёта частиц.

Камера Вильсона – устройство, в котором пролетевшая частица оставляет след — трек. По следу определяют скорость, энергию, заряд, массу частицы.

Пузырьковая камера – прибор, в котором рабочим телом является перегретая жидкость. Трек частицы – основной источник информации о поведении и свойствах частиц.

Метод толстослойных фотоэмульсий – метод, в котором используется ионизирующее действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки.

Изотопы – разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б.,Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 310 – 327, 346 – 350.
2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс М.: Дрофа,2009.
3. Николай Алов. Мария Кюри. Подвиг длиною в жизнь. Бослен, 2013г.

Основное содержание урока

Радиоактивность – превращение нестабильных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц. Радиоактивное излучение бывает трёх видов: альфа-, бета-, гамма- лучи.

Альфа-лучи – это поток положительных частиц, представляющих собой ядра атома гелия.

Бета—лучи – это поток электронов.

Гамма-лучи – это электромагнитные волны высокой частоты.

Схема α — распада:

Схема — распада:

Период полураспада Т – это время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

Закон радиоактивного распада:

Искусственная радиоактивность – это возникновение радиоактивных ядер в результате захвата частиц устойчивыми ядрами нерадиоактивных элементов или в результате слияния или распада ядер.

Изотопы – разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа.

Разбор тренировочных заданий

1. Выберите правильный ответ.

Какой порядковый номер в таблице Менделеева имеет элемент, который образуется в результате β — -распада ядра элемента с порядковым номером Z?

Варианты ответов:

1. Z + 2;
2. Z — 1;
3. Z + 1;
4. Z — 2.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов): 3) Z + 1;

Подсказка: вспомните правило смещения.

2.Решить задачу: «В результате серии радиоактивных распадов уран превращается в свинец . При этом он испытывает ___ альфа-распадов и ___ бета-распадов».

Тема 5 — Приборы для измерения ионизирующих излучений (дозиметры и радиометры) — презентация

Презентация на тему: » Тема 5 — Приборы для измерения ионизирующих излучений (дозиметры и радиометры)» — Транскрипт:

1 Тема 5 — Приборы для измерения ионизирующих излучений (дозиметры и радиометры)

2 5.1 Методы дозиметрического контроля Для обнаружения радиоактивных излучений (нейтронов, гамма- лучей, бета- и альфа-частиц) используют их способность взаимодействовать с веществами, при котором образуются регистрируемые явления: физические (изменения электропроводности веществ — газов, жидкостей, твердых материалов вследствие их ионизации); люминесценция (свечение) некоторых веществ; засвечивание фотопленок; химические (изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов); биологические (снижение числа форменных элементов крови – эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов; хромосомные аберрации в лейкоцитах и клетках красного костного мозга). Основными методами для обнаружения и измерения ионизирующих излучений являются: фотографический, ионизационный. cцинтилляционный (люминесцентный), химический, полупроводниковый.

3 Фотографический метод Сущность фотографического метода: заряженные частицы, попадая в слой фотоэмульсии, вызывают ионизацию молекул фотоэмульсии, вызывающую почернение ее зерен. После химической обработки фотопластинки (проявления и фиксирования) следы (треки), оставленные пролетевшими через фотоэмульсию частицами, становятся видимыми. Их наблюдают с помощью микроскопа. Этот метод играет исключительно важную роль в исследованиях космических лучей и различных превращений, вызываемых элементарными частицами, разогнанными до очень высоких энергий в ускорителях заряженных частиц.

4 Ионизационный метод Принцип работы ионизационной камеры: В электрическом поле положительно заряженные частицы перемещаются к катоду, а отрицательные к аноду. В цепи камеры возникает ионизационный ток, который регистрируется микроамперметром. Числовое значение ионизационного тока пропорционально мощности излучения. Приборы, работающие на основе ионизационного метода, включают: воспринимающее устройство (ионизационную камеру или газоразрядный счетчик); усилитель ионизационного тока, регистрирующее устройство (микроамперметр); источник питания.

5 Ионизационные камеры входят в состав: 1. Комплекта индивидуальных дозиметров ДП-22В и ДП-24. Они состоят из карманного прямо показывающего дозиметра ДКП- 50А, зарядного устройства ЗД-3. Основная часть дозиметра ДКП-50А малогабаритная ионизационная камер, к которой подключен конденсатор с электроскопом. В передней части корпуса расположено отсчетное устройство- микроскоп с 90-кратнмм увеличением, состоящий из окуляра и шкалы. Шкала имеет 25 делений, цена одного деления соответствует двум рентгенам. 2. Комплекта ИД-1 (измеритель дозы) служит для измерения поглощенных доз гамма и нейтронного излучения. Он состоит из индивидуальных дозиметров ИД-1 и пьезоэлектрического зарядного устройства ЗД-6. Принцип работы дозиметра ИД-1 аналогичен принципу работы дозиметров, предназначен для измерения поглощенных доз гамма-, нейтронного излучения.

6 Газоразрядные счетчики используются для измерения радиоактивных излучений малой интенсивности (обладает высокой чувствительностью). Газоразрядный счетчик заполнен разреженной смесью инертных газов (аргон, неон с парами спирта). Внутри цилиндра — анод), катодом служит металлический корпус. К ним подают напряжение электрического тока. Принцип работы: при воздействии ИИ образуются заряженные частицы, вызывающие образование лавины свободных электронов. На нити счетчика собирается большое количество электронов. В результате этого положительный потенциал резко уменьшается и возникает электрический импульс. Регистрируя количество импульсов тока, возникающих в единицу времени, можно судить, об интенсивности радиоактивных излучений. Счетчики Гейгера-Мюллера. Это газоразрядные счетчики, внутренний объем которых наполнен инертным газом при пониженном давлении ( гПа), а работа осуществляется в области Гейгера, т. е. в режиме самостоятельного газового разряда. Используются в военных радиометрах «ДП-12», бытовых комбинированных «Белла», «Сосна», «Эксперт», «Припять» (позволяет измерять мягкое бета-излучение), «РКСБ-104», «Мастер» и др.БеллаПрипятьбета-излучение

7 Галогенные счетчики заполнены инертными газами и галоидами (0,1 %) Сl 2, Вг 2, I 2. Низкое рабочее напряжение ( В) позволяет применять галогенные счетчики в нестацио­нарных полевых условиях. В качестве источника питания можно использовать сухие батареи. Промышленность выпускает несколько типов галогенных счетчиков: СИ-1Г, СИ-1БГ, СИ-ЗБГ, СБТ и др. Они используются в измерителе мощности дозы ДП — 5. Измерители мощности дозы ДП-5А (Б) и ДП-5В предназначены для измерения уровней радиации на местности и радиоактивной зараженности различных предметов по гамма-излучению. Кроме того, имеется возможность обнаружения бета излучения. Диапазон измерений по гамма-излучению от 0,05 мР/ч до 200 Р/ч в диапазоне энергий гамма квантов от 0,084 до 1,25 МЭв. Прибор состоит: из измерительного пульта; зонда в ДП-5А (Б) или блока детектирования в ДП-5В, контрольного стронциево — иттриевого источника бета излучений для проверки работоспособности приборов (с внутренней стороны крышки футляра у ДП-5А(Б) и на блоке детектирования у ДП-5В).

8 Воспринимающими устройствами приборов являются газоразрядные счетчики, установленные: в приборе ДП-5А один (СИЗБГ) в измерительном пульте и два (СИЗБГ и СТС-5) в зонде; в приборе ДП-5В два (СБМ-20 и СИЗБГ) в блоке детектирования. В положении Г окно корпуса закрывается экраном и в счетчик могут проникать только гамма лучи. При повороте экрана в положение Б окно корпуса открывается и бета частицы проникают к счетчику. В положении К контрольный источник бета излучения, который укреплен в углублении на экране, устанавливается против окна и в этом положении проверяется работоспособность прибора ДП-5В. Для обнаружения бета излучений необходимо установить экран зонда в положении Б, поднести к обследуемой поверхности на расстояние 1,52 см. При определении степени радиоактивного заражения воды отбирают две пробы общим объемом 1,510 л. Одну из верхнего слоя водоисточника, другую с придонного слоя. Измерения производят зондом в положении Б, располагая его на расстоянии 0,5- 1 см от поверхности воды, и снимают показания по верхней шкале.

9 Сцинтилляционный (люминесцентный) метод Преимуществом сцинтилляционных счетчиков является очень короткое разрешающее время (10 -8 с) и очень большая скорость счета частиц, которая на несколько порядков превышает скорость счета ионизационных счетчиков. Важной особенностью сцинтилляционных счетчиков является их способность оценивать энергию регистрируемых частиц, поскольку интенсивность сцинтилляций пропорциональна энергии частиц. Сцинтилляционный счетчик объединил в себе достоинства счетчика Гейгера-Мюллера и пропорционального счетчика и при всем этом он превзошел их по многим показателям. Широко используются на основе сцинтилляционных методов приборы для измерения мощности дозы ИИ СРП-68 и СРП -88Н. Схема фотоэлектронного умножителя: 1 – гамма-квант; 2 – кристалл-люминофор; 3 – фотокатод; 4 – эмиттеры (диноды); 5 – коллектор Сцинтилляцией называют вспышку света, возникающую при попадании заряженной частицы в люминофоре. Основной частью сцинтилляционного счетчика является фотоэлектронный умножитель – где происходит превращение энергии ИИ в видимый свет, который преобразуется в электрический ток.

10 Химический метод Этот метод основан на свойстве ионизирующих излучений менять структуру некоторых химических элементов. Например, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным к хлороформу. Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов НО 2 и ОН -, образующихся в воде при ее облучении. Трехвалентное железо с красителем дает цветную реакцию. По плотности окраски судят о дозе излучения (поглощенной энергии). На этом принципе основаны химические дозиметры ДП-70 и ДП-70М. Они измеряют большие дозы (в реакторах и др.)

11 Полупроводниковый метод Под действием радиоактивных частиц в полупроводниковых детекторах происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. В результате образуются свободные носители зарядов: электроны (п — проводимость) и дырки (р — проводимость). Под действием внешнего электрического поля, приложенного к полупроводнику, электроны и дырки притягиваются к соответствующим электродам, обусловливая накопление заряда. Последний дает импульс напряжения, который подается в усилительно- измерительную схему прибора. В качестве полупроводника применяют монокристаллы германия ( для регистрации высокоэнергетических гамма- и бета- лучей), монокристаллы кремния — альфа-частиц, низкоэнергетических гамма-квантов и рентгеновских лучей. В низкофоновом радиометре УМФ применен полупроводниковый детектор на основе высокоомного кремния.

12 Биологический метод Для оценки поглощенных доз при облучении используется подсчет числа хромосомных аберрации в культурах лимфоцитов периферической крови. Количество наиболее хорошо различимых аберраций дицентриков и кольцевых хромосом возрастает в зависимости от дозы согласно линейно-квадратичному закону. При летальной для человека дозе редкоионизирующих излучений

5 Гр на каждый делящийся лимфоцит при­ходится в среднем одна аберрация. Метод дает возможность оценить полученную дозу, начиная с 0,25 Гр, но при таких неболь­ших дозах необходима большая статистика.

13 Спектрометры (гамма — спектрометрические установки). Состоят из следующих элементов: детектор, который служит для преобразования энергии гамма- квантов в элект­рический импульс (сцинтилляционный и полупро­ водниковый детекторы.); усилитель сигнала; блока питания ; спектрометрический усили­тель (формируюет сигнал нужной формы и защищает от шумов малой амплитуды); монитор — осциллограф или экран компьютера (служит для визуализации гистограмм поступивших импульсов. Принцип работы — в детекторе происходит взаимодействие гамма — квантов с веществом и преобразование их энергии в электрический импульс, величина которого прямо пропорциональна энергии гамма — кванта.

14 Измерительный комплекс «Прогресс-2000». Основные составные части и решаемые задачи : 1. Гамма-спектрометр сцинтилляционный, СИЧ (стационарные): – определение содержания 137 Cs и других радионуклидов в про­бах пищевых продуктов, органических веществах растительного и животного происхождения; – определение содержания 226 Ra, 232 Th, 40 K, 137 Cs и других радио­нуклидов в пробах почвы, стройматериалов и других объектах внешней среды; – определение удельной объемной активности 222 Rn в воздухе, воде, потока радона с поверхности почвы (с комплектом дополни­тельного оборудования); – определение удельной объемной активности аэрозолей в возду­хе (с пробоотборником воздуха); – определение содержания 137 Cs в теле человека, в щитовидной железе, нейтронно-активационных радионуклидов ( 60 Со, 137 Cs, 54 Mn, 51 Сг) в легких человека (СИЧ).

15 2. Гамма-спектрометр полупроводниковый (стационарный): определение содержания всех гамма-излучающих радионуклидов в любых пробах. 3. Гамма-спектрометр (переносной): полевые спектрометрические измерения активности гамма- излучающих радионуклидов в геометрии 2π и 4π без проведения пробоотбора; определение удельной активности гамма-излучающих радионуклидов в лабораторных условиях; измерение прижизненного содержания гамма-излучающих радионуклидов в теле человека или животных. 4. Бета-спектрометр сцинтилляционный (стационарный или переносной): определение содержания 90 Sr в пробах пищевых продуктов, органических веществ растительного и животного происхождения; определение содержания 90 Sr в пробах почвы, воды, с предва­ рительным радиохимическим концентрированием; определение суммарной бета — активности в пробах воды; определение содержания 90 Sr в любых пробах с радиохимической экстракцией.

16 5. Альфа-спектрометр: определение содержания альфа-излучателей в счетных образ­цах, полученных электролитическим осаждением. 6. Альфа-радиометр: определение суммарной альфа — активности в пробах почвы, воды, пищевых продуктах и т. п. («толстые» счетные образцы, приготовленные путем истирания, озоления, выпаривания или химического концентрирования); определение суммарной альфа — активности «тонких» счетных образцов; определение содержания альфа-излучателей в биосубстратах после их радиохимического выделения («Прогресс — БИО»).

Радиационная разведка — ДП-5

Вследствие аварии на четвертом блоке Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) произошло широкомасштабное загрязнение территории радиоактивными веществами, окружающей природной среды, различных поверхностей техники, оборудования, сооружений. В связи с чем значительно возросло воздействие ионизирующих излучений на людей.
Важным этапом при реализации работ по оценке и ликвидации последствий разрушения ядерного энергоблока являлось своевременное обнаружение радиоактивного загрязнения местности и оценка степени опасности ионизирующих излучений для принятия решений об эвакуации населения, работы войск гражданской обороны и т.д.

Основной целью дозиметрии в после аварийный период в зоне отчуждения ЧАЭС было:

• выявление и определение степени опасности ионизирующих излучений для населения;
• обнаружение и измерение мощности экспозиционной и поглощенной доз излучения для успешного проведения работ по минимизации последствий аварии, создания локализующей оболочки, дезактивационных работ и т.д.;
• измерение активности радиоактивных веществ, уровня загрязнения, степени заражения гамма-излучением различных поверхностей объектов для определения необходимости и полноты проведения дезактивации и санитарной обработки, а также определения пригодности зараженных продуктов, воды к употреблению;
• измерение экспозиционной и поглощенной доз облучения в целях определения жизнедеятельности населения в радиационном отношении;

Одним из наиболее используемых приборов, который применялся войсками гражданской обороны для радиационной разведки и контроля степени радиационного загрязнения в зоне заражения ЧАЭС был измеритель мощности дозы ДП-5.
Ниже представлено назначение, устройство и правила эксплуатации ДП-5, которым были оснащены формирования гражданской обороны.

Особенности применения ДП-5 при радиационной разведке в зоне заражения ЧАЭС

Дозиметры ДП-5 выдавались из расчета один прибор на группу (звено) 15 человек. ДП-5 выдавался командно-начальствующему составу, а также лицам, действующим в отрыве от своих формирований каждому по дозиметру.
Контроль радиоактивного заражения проводился на площадках путем измерения степени заражения объектов по гамма-излучению с помощью измерителей мощности дозы ДП-5В. Из измеренного значения вычитался гамма-фон, предварительно замеренный на площадке при удалении от нее объектов измерения на расстояние более 15-20 м. Контроль радиоактивного заражения осуществлялся сплошным способом (когда проверяется 100 % людей и техники) и выборочным (когда проверяется некоторая их часть).
На основании полученных результатов контроля определялся объем работ по санитарной обработке людей и обеззараживанию техники, транспорта, одежды, средств индивидуальной защиты, продовольствия, воды и других материальных средств, а также определялся порядок их использования в работах по ликвидации аварии в Чернобыльской зоне отчуждения.

Назначение и устройство ДП-5

Измерители мощности дозы ДП-5А (Б) и ДП-5В предназначены для измерения уровней радиации на местности и радиоактивной зараженности различных предметов по гамма-излучению. Мощность гамма-излучения определяется в миллирентгенах или рентгенах в час для той точки пространства, в которой помещен при измерениях соответствующий счетчик прибора. Кроме того, имеется возможность обнаружения бета излучения.

Внешний вид и схема укладки ДП-5В
1 – прибор ДП-5В; 2 – блок детектирования; 3 – кабеля; 4 – штанга; 5 – телефоны.

Диапазон измерений по гамма-излучению от 0,05 мР/ч до 200 Р/ч в диапазоне энергий гамма квантов от 0,084 до 1,25 Мэв. Приборы ДП-5А, ДП-5Б и ДП-5В имеют шесть поддиапазонов измерений . Отсчет показаний приборов производится по нижней шкале микроамперметра в Р/ч, по верхней шкале — в мР/ч с последующим умножением на соответствующий коэффициент поддиапазона. Участки шкалы от нуля до первой значащей цифры являются нерабочими. Приборы имеют звуковую индикацию на всех поддиапазонах, кроме первого. Звуковая индикация прослушивается с помощью головных телефонов .
Питание приборов осуществляется от трех сухих элементов типа КБ-1 (один из них для подсвета шкалы), которые обеспечивают непрерывность работы в нормальных условиях не менее 40 ч — ДП-5А и 55 ч — ДП-5В. Приборы могут подключаться к внешним источникам постоянного тока напряжением 3,6 и 12В — ДП-5А и 12 или 24В — ДП-5В, имея для этой цели колодку питания и делитель напряжения с кабелем длиной 10 м соответственно.

Устройство приборов ДП-5А (Б) и ДП-5В. В комплект прибора входят:

• футляр с ремнями;
• удлинительная штанга; колодка питания к ДП-5А (Б) и делитель напряжения к ДП-5В;
• комплект эксплуатационной документации и запасного имущества;
• телефон и укладочный ящик.

Измеритель мощности дозы (рентгенметр) ДП-5В
1 – телефоны; 2 – футляр с крышкой; 3 – тумблер подсвета шкалы микроамперметра; 4 – шкала микроамперметра; 5 – кнопка сброса показаний микроамперметра; 6 – переключатель диапазонов; 7 – гибкий кабель; 8 – блок детектирования; 9 – удлинительная штанга.

Прибор состоит из измерительного пульта; зонда в ДП-5А (Б) или блока детектирования в ДП-5В /, соединенных с пультами гибкими кабелями; контрольного стронциевриттриевого источника бета излучений для проверки работоспособности приборов (с внутренней стороны крышки футляра у ДП-5А(Б) и на блоке детектирования у ДП-5В).
Измерительный пульт состоит из панели и кожуха. На панели измерительного пульта размещены: микроамперметр с двумя измерительными шкалами; переключатель поддиапазонов; ручка «Режим» 6 (потенциометр регулировки режима); кнопка сброса показаний («Сброс»); тумблер подсвета шкалы; винт установки нуля; гнездо включения телефона . Панель крепится к кожуху двумя невыпадающими винтами. Элементы схемы прибора смонтированы на шасси, соединенном с панелью при помощи шарнира и винта. Внизу кожуха имеется отсек для размещения источников питания. При отсутствии элементов питания сюда может быть подключен делитель напряжения от источников постоянного тока. Воспринимающими устройствами приборов являются газоразрядные счетчики, установленные: в приборе ДП-5А — один (СИЗБГ) в измерительном
пульте и два (СИЗБГ и СТС-5) в зонде; в приборе ДП-5В — два (СБМ-20 и СИЗБГ) в блоке детектирования.

Устройство блока детектирования
1 – поворотный экран; 2 – окно; 3 – стальной корпус; 4 – опорные выступы; 5 – контрольный источник; 6 – гайка

Зонд и блок детектирования представляет собой стальной цилиндрически корпус с окном для индикации бета излучения, заклеенным этилцеллюлозной водостойкой пленкой, через Которую проникают бета частицы. На Корпус надет металлический поворотный экран, который фиксируется в двух Положениях («Г» и «Б») на зонде и в трех положениях («Г», «Б» и «К») на блоке детектирования. В положении «Г» окно корпуса закрывается экраном и в счетчик могут проникать только гамма лучи. При повороте экрана в положение «Б» окно корпуса открывается и бета частицы проникают к счетчику. В положении «К» контрольный источник бета излучения, который укреплен в углублении на экране, устанавливается против окна и в этом положении проверяется работоспособность прибора ДП-5В.
На корпусах зонда и блока детектирования имеются по два выступа, с помощью которых они устанавливаются на обследуемые поверхности при индикации бета зараженности. Внутри корпуса находится плата, на которой смонтированы газоразрядные счетчики, усилитель-нормализатор и электрическая схема.
Футляр прибора состоит: ДП-5А — из двух отсеков (для установки пульта и зонда); ДП-5В — из трех отсеков (для размещения пульта, блока детектирования и запасных элементов питания). В крышке футляра имеются окна для наблюдения за показаниями прибора. Для ношения прибора к футляру присоединяются два ремня.
Телефон состоит из двух малогабаритных телефонов типа ТГ-7М и оголовья из мягкого материала. Он подключается к измерительному пульту и фиксирует наличие радиоактивных излучений: чем выше мощность излучений, тем чаще звуковые щелчки.
Из запасных частей в комплект прибора входят чехлы для зонда, колпачки, лампочки накаливания, отвертка, винты.

Порядок подготовки к измерениям прибора ДП-5

Подготовка прибора к работе проводится в следующем порядке:

• извлечь прибор из укладочного ящика, открыть крышку футляра, провести внешний осмотр, пристегнуть к футляру поясной и плечевой ремни;
• вынуть зонд или блок детектирования; присоединить ручку к зонду, а к блоку детектирования — штангу (используемую как ручку);
• установить корректором механический нуль на шкале микроамперметра;
• подключить источники питания;
• включить прибор, поставив ручки переключателей поддиапазонов в положение: «Реж.» ДП-5А и «А» (контроль режима) ДП-5В (стрелка прибора должна установиться в режимном секторе);
• в ДП-5А с помощью ручки потенциометра стрелку прибора установить в режимном секторе на «Т». Если стрелки микроамперметров не входят в режимные сектора, необходимо заменить источники питания.

Проверку работоспособности приборов проводят на всех поддиапазонах, кроме первого («200»), с помощью контрольных источников, для чего экраны зонда и блока детектирования устанавливают в положениях «Б» и «К» соответственно и подключают телефоны. В приборе ДП-5А открывают контрольный бета-источник, устанавливают зонд опорными выступами на крышку футляра так, чтобы источник находился против открытого окна зонда. Затем, переводя последовательно переключатель поддиапазонов в положения «X 1000» ,«Х 100», «X 10», «X 1» и «X 0,1», наблюдают за показаниями прибора и прослушивают щелчки в телефонах. Стрелки микроамперметров должны зашкаливать на VI и V поддиапазонах, отклоняться на IV, а на III и II могут не отклоняться из-за недостаточной активности контрольных бета источников. После этого ручки переключателей поставить в положение «Выкл.» ДП-5А и «А» — ДП-5В; нажать кнопки «Сброс»; повернуть экраны в положение «Г». Приборы готовы к работе.

Радиационная разведка местности

Радиационную разведку местности, с уровнями радиации от 0,5 до 5 Р/ч, производят на втором поддиапазоне (зонд и блок детектирования с экраном в положении «Г» остаются в кожухах приборов), а свыше 5 Р/ч — на первом поддиапазоне. При измерении прибор должен находиться на высоте 0,7—1 м от поверхности земли.
Степень радиоактивного заражения кожных покровов людей, их одежды, сельскохозяйственных животных, техники, оборудования, транспорта и т. п. определяется в такой последовательности. Измеряют гамма-фон в месте, где будет определяться степень заражения объекта, но не менее 15—20 м от обследуемого объекта. Затем зонд (блок детектирования) упорами вперед подносят к поверхности объекта на расстояние 1,5—2 см и медленно перемещают над поверхностью объекта (экран зонда в положении «Г»). Из максимальной мощности экспозиционной дозы, измеренной на поверхности объекта, вычитают гамма-фон. Результат будет характеризовать степень радиоактивного заражения объекта.
Для определения наличия наведенной активности техники, подвергшейся воздействию нейтронного излучения, производят два измерения — снаружи и внутри техники. Если результаты измерений близки между собой, это означает, что техника имеет наведенную активность.
Для обнаружения бета излучений необходимо установить экран зонда в положении «Б», поднести к обследуемой поверхности на расстояние 1,5—2 см. Ручку переключателя поддиапазонов последовательно поставить в положения «X 0,1», «X 1», «X 10» до получения отклонения стрелки микроамперметра в пределах шкалы. Увеличение показаний прибора на одном и том же поддиапазоне по сравнению с гамма измерением показывает наличие бета излучения.
Если надо выяснить, с какой стороны заражена поверхность брезентовых тентов, стен и перегородок сооружений и других прозрачных для гамма-излучений объектов, то производят два замера в положении зонда «Б» и «Г». Поверхность заряжена с той стороны, с которой показания прибора в положении зонда «Б» заметно выше.
При определении степени радиоактивного заражения воды отбирают две пробы общим объемом 1,5—10 л. Одну — из верхнего слоя водоисточника, другую — с придонного слоя. Измерения производят зондом в положении «Б», располагая его на расстоянии 0,5-1 см от поверхности воды, и снимают показания по верхней шкале.
На шильниках крышек футляра даны сведения о допустимых норм радиоактивного заражения и указаны поддиапазоны, на которых они измеряются.