Детекторы ионизирующих излучений кратко

Обновлено: 04.07.2024

Сущность датчиков ионизационного излучения и их классификация

Детекторы (датчики) ионизирующего излучения представляют собой чувствительные элементы электронных измерительных устройств, предназначенных для регистрации и определения величины ионизирующих излучений путем преобразования актов взаимодействия их с веществами рабочей среды прибора в электрические импульсы, которые уже непосредственно и регистрируются и которым дается количественная и качественная оценка с помощью соответствующей измерительной аппаратуры.

Классификация датчиков ионизационных излучений в зависимости от физического явления, определяющего сущность взаимодействия рабочего вещества с ионизирующими излучениями:

Ионизационные датчики. Их работа основана на способности проходящих через среду излучений к ее ионизации.
Сцинтилляционные детекторы. С их помощью регистрируются фотоны света, которые возникают в сцинтилляторе под действием на вещество ионизирующих излучений.
Люминесцентные датчики. Принцип их действия основан на возникновении эффектов радиотермолюминесценции (ТЛД) и радиофотолюминесценции (ФЛД). Суть их работы заключается в поглощении и накапливании детекторами на молекулярных центрах фотолюминесценции энергии излучения, которую они способны потом высвечивать при нагревании (ТЛД) или при освещении ультрафиолетовым светом (ФЛД).
Фотографические детекторы. В основе их действия лежит способность ионизирующих излучений к оказанию воздействия на чувствительный слой фотоматериалов, аналогичного видимому свету.
Химические датчики. Принцип действия детекторов данного типа основан на определении выхода продуктов радиационно-химических взаимодействий (по изменению цвета или степени окраски), которые протекают под воздействием ионизирующего излучения. Данный метод широко применяется для регистрации радиации значительных уровней.
Калориметрические датчики. В данном типе детекторов измеряется количество теплоты, которое выделяется в них в результате поглощения энергии ионизирующего излучения.

Готовые работы на аналогичную тему

В зависимости от типа линейности преобразования датчиками энергии ионизирующих излучений в энергию регистрируемых прибором сигналов детекторы подразделяются на три основные группы:

Спектрометрические датчики, которые регистрируют энергетический спектр ионизирующих излучений.
Дозовые датчики, трансформирующие энергию излучений в количественные показатели.
Датчики счетного типа, которые измеряют плотность потока излучения и активность его источников (количество распадов в изучаемом образце за единицу времени).

Примеры применения датчиков ионизирующего излучения в приборах медицинского назначения

Наиболее типичным примером применения датчиков ионизирующего излучения в медицине являются различные приборы, использующиеся с целью радиационной разведки и контроля радиационной ситуации.

Излучение радиоактивных веществ способствует ионизации веществ, взвешенных в среде, что приводит к ряду химических и физических изменений в этих веществах. Работа приборов радиационной разведки и контроля основана на обнаружении таких произошедших в среде изменений и количественном их измерении.

В зависимости от функционального предназначения все приборы, использующиеся для радиационной разведки, подразделяются на следующие основные группы:

Рентгенметры. Такие приборы предназначены для измерения мощности дозы. Примерами могут служить, например, ДП-5, ДП-3, ДП-2.
Индикаторы. Задачей приборов данного типа является фактическое обнаружение различных типов ионизирующих излучений, а также ориентировочная оценка их уровня. К таким приборам относятся ДП-63 и ДП-64.
Дозиметры. Такие приборы служат с целью определения величины суммарной дозы облучения. К ним относятся, например, ДП- 22В, ДК-02, ДП-24, ИД-11, ИД-1.
Радиометры. Предназначением приборов данного типа является обнаружение и определение величины радиоактивного заражения различных поверхностей. К таким приборам относятся радиометрическая установка ДП-100М, ДП-12, ДП-5, А. Б, В.

Другим примером использования датчиков ионизационного излучения для медицинских нужд является счетчик Гейгера-Мюллера.

Он представляет собой металлическую газоразрядную трубку, между анодом и катодом которой создается разность потенциалов. В результате движения ионов, которые образовались в газе под действием излучения, возникают электрические импульсы.

Широкое применение счетчик Гейгера нашел в лабораторной диагностике, с помощью него проводится автоматический подсчет форменных элементов крови, что значительно облегчает работу клиническим лаборантам, ведь до внедрения счетчиков в медицинскую практику, персоналу приходилось подсчитывать количество клеток крови вручную с помощью микроскопа.

Сцинтилляционные детекторы также нашли применение в медицинской практике. Суть их действия заключается в регистрации вспышек света, которые возникают при попадании ионизирующих излучений на вещество (сцинтиллятор).

При их взаимодействии (сцинтиллятора и ионизирующего излучения) возникает видимая люминесценция (световые сигналы), которые затем с помощью специальных фотоумножителей (чувствительных фотоэлектрических устройств) пропорционально трансформируются в электрические импульсы, которые далее обрабатываются с помощью специальной электроизмерительной техники.

В медицине данные датчики применяются, в частности, для проведения сцинтиграфических исследований.

Сцинтиграфия является методом функциональной визуализации, который заключается во введении радиоактивных изотопов в организм и получении в последующем двумерного изображения исследуемого органа или ткани путём определения излучения, которое они испускают.

Метод сцинтиграфии широко применяется для диагностики опухолевых заболеваний различной локализации, для исследования функционального состояния эндокринных желез, а также для дифференциальной диагностики и контроля эффективности лечения.

Детекторами ионизирующих излучений называют устройства, предназначенные для обнаружения излучений и частиц, определения состава излучения и измерения его энергетического спектра. Детекторы являются датчиками сигнала по отношению к измерительной аппаратуре.

Для реализации детекторов используют разнообразные эффекты, возникающие при взаимодействии излучения с веществом.

Следовые детекторы позволяют определять траекторию частицы и длину ее пробега в веществе. Так, в камере Вильсона, заполненной перегретым паром, движущаяся частица оставляет след в виде мелких капелек жидкости на центрах конденсации, например, на ионах, образующихся на пути движения заряженной частицы. Капельки достигают видимых размеров и могут быть сфотографированы. Природу и свойства исследуемых частиц устанавливают по величине пробега и искривлению следов частицы под действием магнитного поля. В пузырьковой камереследчастицы образуется за счет вскипания перегретой жидкости вдоль траектории частицы. Этот след отмечается цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирован.

Действие широко распространенных ионизационных детекторов основано на измерении числа и параметров электрических импульсов, возникающих из-за движения ионов, образовавшихся в газе или полупроводниковых материалах под действием излучений.

Например, детектор, используемый в счетчикечастицГейгера (см. рис.3.2) представляет собой цилиндрическую трубку, наполненную газом при давлении 100-200 мм. рт. ст. По оси трубки укрепляется на изоляторах анод в виде тонкой нити. Вторым электродом (катодом) служит корпус счетчика. Зачастую это устройство заключается в оболочку из стекла.

Между катодом и анодом газоразрядной трубки, создается разность потенциалов. При попадании частицы в детектор в газе образуется некоторое количество ионов. Под действием разности потенциалов между катодом и анодом возникает импульс тока, протекающего по сопротивлению R.Амплитуда этого импульса пропорциональна числу ионов, участвующих в его образовании, и зависит от напряжения.

Не производя детального анализа работы этого детектора отметим, что по амплитуде электрического сигнала можно судить об энергии ионизирующих частиц, а по числу импульсов – об их количестве.

Детектирование фотонного излучения и частиц ионизационными детекторами производится по степени ионизации в определенном объеме вещества. Рентгеновские и гамма-кванты, имеющие большую длину пробега в газе, в небольшом его объеме редко производят ионизацию. Они, преимущественно, выбивают электроны из атомов вещества стенок трубки, которые, попадая в газ, его ионизируют.

Сцинтилляционные детекторы(см. рис.3.3) основаны на регистрации вспышек света, возникающих при попадании на вещество (сцинтиллятор) ионизирующих излучений. При взаимодействии со сцинтиллятором ионизирующие излучения порождают его видимую люминесценцию. С помощью чувствительных фотоэлектрических устройств (фотоумножителей) световые сигналы пропорционально преобразуются в электрические и обрабатываются с помощью электроизмерительной техники. В детекторах небольших размеров сцинтилляторы наносятся непосредственно на катод фотоумножителя. В ряде случаев между сцинтиллятором и фотокатодом помещают световод. Амплитуда электрического сигнала фотоумножителя пропорциональна интенсивности световой вспышки, которая, в свою очередь, пропорциональна энергии частицы. Поэтому, выбрав для каждого вида излучений соответствующие сцинтилляторы, можно определять энергетические спектры излучений.

В люминесцентных детекторахиспользуются особые вещества (люминофоры), которые способны накапливать поглощенную энергию ионизирующих излучений, а затем выделять ее в виде света под действием дополнительного возбуждения. Это возбуждение осуществляется нагревом люминофора или ультрафиолетовым облучением. Особенностью люминесцентных детекторов является их способность сохранять информацию о дозе. В нужный момент она может быть получена путем дополнительного облучения.

Фотографические детекторыоснованы на том, что степень почернения дозиметрической фотопленки в некотором диапазоне почернений пропорциональна экспозиционной дозе.

В химических детекторах регистрация частиц производится по тем химическим превращениям, которые происходят под действием ионизирующего излучения. Причем, измеряемая концентрация продуктов химической реакции пропорциональна интенсивности излучения. Достоинством химических детекторов является возможность реализовать их свойства поглощать энергию ионизирующих излучений совпадающими с поглощающими свойствами биологической ткани, т.е. создавать тканевоэквивалентные детекторы.

Рассмотрим теперь особенности детектирования различных ионизирующих частиц (см. рис.3.4).

Детектирование бета-частиц, обладающих большей длиной пробега, несколько проще. Однако, надо иметь в виду, что длина пробега бета-частиц зависит от их энергии. Поэтому обнаружить бета-частицы, возникающие при распаде , проще чем при распаде , поскольку максимальная энергия последних намного меньше, и эти бета-частицы практически полностью поглощаются миллиметровыми слоями вещества.

Для оценки степени радиационного заражения среды и организма важно знать не только общую активность, но и радионуклидный состав радиационного заражения, т.е. знать, какие конкретно радионуклиды его обуславливают и каково количественное соотношение их содержания в среде и организме. Для гамма-активных радионуклидов эта проблема решается измерением энергетического спектра гамма-излучения – зависимости его интенсивности от энергии гамма-квантов. Каждому радиоактивному превращению таких радионуклидов соответствует свой набор гамма-квантов вполне определнных энергий – свой энергетический спектр. В качестве примера на рис.3.5. приведен спектр гамма излучения, возникающего при превращении в за счет отрицательного бета-распада.

Рассмотрим теперь особенности детектирования различных ионизирующих частиц (см. рис.3.4).

ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Термины и определения

Radiation detectors. Terms and definitions

ОКСТУ 4364, 6340

1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28.10.76 N 2441

2. ПЕРЕИЗДАНИЕ (январь 1999 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июле 1982 г., декабре 1987 г. (ИУС 11-82, 3-88)

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения основных понятий детекторов ионизирующих излучений.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия стандартизации или использующих результаты этой деятельности.

1. Стандартизованные термины с определениями приведены в табл.1.

2. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Применение терминов-синонимов стандартизованного термина не допускается.

2.1. Для отдельных стандартизованных терминов в табл.1 приведены в качестве справочных краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

2.2. Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.

2.3. В табл.1 в качестве справочных приведены иноязычные эквиваленты для ряда стандартизованных терминов на английском (Е) и французском (F) языках.

3. Алфавитные указатели содержащихся в стандарте терминов на русском языке и их иноязычных эквивалентов приведены в табл.2-4.

4. Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма - светлым.

Вводная часть. (Измененная редакция, Изм. N 2).

1. Детектор ионизирующего излучения

Ндп. Датчик

Е. Radiation detector

F. de rayonnemant

Чувствительный элемент средства измерений, предназначенный для преобразования энергии ионизирующего излучения в другой вид энергии, пригодный для регистрации или дальнейшего преобразования и (или) измерения одной или нескольких величин, характеризующих воздействующее на детектор излучение.

Примечание. При необходимости подчеркнуть вид регистрируемого ионизирующего излучения, наименование детекторов ионизирующего излучения строят с добавлением термино-элемента, называющего вид излучения. Например: детектор альфа-частиц (краткая форма - детектор), детектор бета-частиц (краткая форма -детектор), детектор нейтронов (краткая форма -детектор), детектор рентгеновского излучения (краткая форма -детектор), детектор гамма-излучения (краткая форма -детектор) и т.д.

2. Аналоговый детектор ионизирующего излучения

Е. Analogue detector

F. analogique

Детектор ионизирующего излучения, позволяющий получать измерительную информацию в аналоговой форме

3. Дискретный детектор ионизирующего излучения

Е. Pulse detector

F. impulsions

Детектор ионизирующего излучения, позволяющий получать измерительную информацию в дискретной форме

Примечание. Дискретный детектор, у которого выходные сигналы представляют электрические импульсы, называется импульсным детектором

4. Пропорциональный детектор ионизирующего излучения

Е. Linear detector

Детектор ионизирующего излучения, у которого выходной сигнал прямо пропорционален некоторой физической величине, характеризующей излучение

Примечание. Обычно такой физической величиной является энергия, потерянная излучением в чувствительном объеме детектора

5. Непропорциональный детектор ионизирующего излучения

Е. Non linear detector

F. non

Детектор ионизирующего излучения, у которого выходной сигнал не является прямо пропорциональным некоторой физической величине, характеризующей излучение

6. Твердотельный детектор ионизирующего излучения

Е. Solid-state detector

F. solide

Детектор ионизирующего излучения, у которого вещество чувствительного объема находится в твердом состоянии

7. Жидкостный детектор ионизирующего излучения

Е. Liquid detector

F. liquide

Детектор ионизирующего излучения, у которого вещество чувствительного объема находится в жидком состоянии

8. Газовый детектор ионизирующего излучения

F. gaz

Детектор ионизирующего излучения, у которого вещество чувствительного объема находится в газообразном состоянии

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

9. Ионизационный детектор

Е. Ionisation detector

F. ionization

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании ионизации в веществе чувствительного объема детектора

10. Кристаллический детектор ионизирующего излучения

Е. Cristal conduction detector

F. cristal

Ионизационный детектор, у которого вещество чувствительного объема имеет однородную кристаллическую структуру

11. Искровой детектор ионизирующего излучения

Е. Spark detector

Ионизационный детектор, в котором при прохождении ионизирующей частицы в чувствительном объеме образуется искровой разряд

12. Газовый ионизационный детектор внутреннего наполнения

Детектор внутреннего наполнения

Е. Internal gas detector

F. d'activite des gaz

Ионизационный детектор, применяемый при измерении активности нуклидов в газе, используемом в качестве газа наполнителя или являющемся его составной частью

13. Проточный газовый ионизационный детектор

Е. Gas-flow detector

F. circulation de gaz

Ионизационный детектор, в котором газовая среда создается медленным потоком соответствующего газа, постоянно протекающим через детектор

14. Полупроводниковый детектор ионизирующего излучения

Полупроводниковый детектор (ППД)

Е. Semiconductor detector

F. semiconducteur

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании явлений образования и движения избыточных носителей свободных зарядов или создании радиационных дефектов в полупроводниковом материале

15. Радиолюминесцентный детектор ионизирующего излучения

Е. Radioluminescence detector

F. radioluminescence

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании люминесценции вещества чувствительного объема детектора под действием ионизирующего излучения

16. Сцинтилляционный детектор ионизирующего излучения

Е. Scintillation detector

F. scintillation

Радиолюминесцентный детектор, в котором используется сцинтиллирующее вещество, испускающее кванты света под действием ионизирующего излучения и конструкция которого обеспечивает оптическую связь непосредственно или через световод с фоточувствительным устройством

17. Термолюминесцентный детектор ионизирующего излучения

Е. Thermoluminescence detector

Радиолюминесцентный детектор, в котором используется термолюминесцентное вещество, испускающее при термостимулировании кванты света, интенсивность которых зависит от энергии, накопленной в детекторе в процессе облучения ионизирующим излучением

18. Радиофотолюминесцентный детектор ионизирующего излучения

Е. (U. V.) photoluminescence detector

F. photoluminescence (U. V.)

Радиолюминесцентный детектор, в котором используется радиофотолюминесцентное вещество, испускающее под действием излучения с определенной длиной волны излучение с другой длиной волны, интенсивность которого зависит от энергии, накопленной в детекторе в процессе облучения ионизирующим излучением.

Пример. Радиолюминесцентное вещество - активированное серебром фосфатное стекло, которое стимулируется ультрафиолетовым излучением

19. Детектор Черенкова

E. Cerenkov detector

F. Cerenkov

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании эффекта Вавилова-Черенкова, возникающего в среде, оптически связанной непосредственно или через световод с фоточувствительным устройством

20. Химический детектор ионизирующего излучения

Е. Chemical detector

F. chimique

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании выхода химических реакций в веществе, происходящих под действием ионизирующего излучения

21. Зарядовый детектор ионизирующего излучения

Е. Charge detector

F. charge

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании электрического поля, возникающего при воздействии ионизирующего излучения на вещество чувствительного объема детектора

22. Эмиссионный детектор ионизирующего излучения

Е. Charge emission detector

F. de charge

Зарядовый детектор, у которого изменение разности потенциала между двумя изолированными электродами вызвано переносом с одного электрода на другой заряженных частиц, образуемых при воздействии ионизирующего излучения

23. Детектор ионизирующего излучения прямой зарядки

Детектор прямой зарядки

Е. Collectron Self-powered neutron detector

Эмиссионный детектор, применяемый при регистрации нейтронов, в котором электрический ток возникает без внешнего источника электрического питания за счет испускания бета-частиц или электронов частью детектора, называемой эмиттером, в результате взаимодействия с нейтронами

24. Вторично-эмиссионный детектор ионизирующего излучения

Е. Secondary emission detector

F. secondaire

Эмиссионный детектор с ограниченным вакуумным объемом, в котором ток образуется в результате испускания из стенок заряженных частиц и собирания их приложением соответствующего напряжения

25. Калориметрический детектор ионизирующего излучения

Е. Calorimetrie detector

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании тепловой энергии, создаваемой ионизирующим излучением в веществе чувствительного объема детектора, за счет переданной энергии

26. Радиодефекционный детектор ионизирующего излучения

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на использовании дефектов в веществе чувствительного объема детектора, возникающих под действием ионизирующего излучения

ВИДЫ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

27. Трековый детектор ионизирующего излучения

Е. Track detector

F. trace

Детектор ионизирующего излучения, принцип действия которого основан на получении видимых или становящихся видимыми после соответствующей обработки траекторий ионизирующих частиц, проходящих через детектор или образующихся в нем

28. Погружной детектор ионизирующего излучения

F. immersion

Детектор ионизирующего излучения, предназначенный специально для погружения в жидкость, активность нуклидов которой требуется измерить

29. Детектор ионизирующего излучения

Детектор

Е. - radiation detector

F. de rayonnement

Детектор ионизирующего излучения, обеспечивающий регистрацию излучения источника в пределах телесного угла стерадиан

30. Детектор ионизирующего излучения с колодцем

Детектор с колодцем

Е. Well type detector

F. puits

Детектор ионизирующего излучения, имеющий колодец, в который может вводиться измеряемый источник, и обеспечивающий регистрацию излучения источника в телесном угле, близком к стерадиан

Примечание. Под колодцем понимается специальное углубление или сквозное отверстие в корпусе детектора

31. Термоэлектрический детектор нейтронов

E. Neutron thermopile

F. neutrons

Детектор нейтронов, в котором горячие спаи термопар находятся в тепловом контакте с материалом, нагреваемым в результате поглощения в нем частиц, образующихся в реакциях, вызываемых нейтронами

Любой радиометрический прибор имеет в качестве основной части детектор (счетчик), подающий в усилительно-измерительную схему сигналы о поступлении ионизирующих частиц или гамма-квантов. Существуют ионизационные, полупроводниковые и сцинтилляционные детекторы.

Детектор ионизирующего излучения - это устройство, преобразующее энергию излучения в другой вид энергии, удобный для последующей регистрации. Среди методов детектирования, то есть физических принципов, положенных в основу работы детектора, можно выделить три основные группы:

1) ионизационные методы;

2) сцинтилляционные методы;

3) полупроводниковые методы.

В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества детектора, то есть среды, в которой происходит преобразование энергии, детекторы также делят на газовые, жидкостные и твердотельные.

Сцинтилляционные методы детектирования

Группа сцинтилляционных методов основана на свойстве некоторых веществ (чистых или содержащих определенную примесь) преобразовывать поглощенную энергию ионизирующего излучения в электромагнитное излучение ультрафиолетового или видимого диапазона (то есть светиться). Такие вещества называются радиолюминофорами, а свечение, которое образуется под действием ионизирующего излучения, называется радиолюминесценцией.

При прохождении каждой регистрируемой частицы в радиолюминофоре возникает вспышка радиолюминесценции, которую называют сцинтилляцией. Если эта вспышка достаточно короткая и интенсивная, то такой радиолюминофор применяют в качестве детектора ионизирующего излучения и называют сцинтиллятором.

Однако сами по себе вспышки могут быть очень слабыми. Для их фиксации применяются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Они представляют собой вакуумные электронные приборы с системой умножения электронов, выбитых световой вспышкой с поверхности фотокатода. Умножительная система состоит из нескольких последовательно расположенных динодов (эмиттеров), покрытых специальным слоем. Электроны, бомбардирующие диноды, выбивают из них вторичные электроны, количество которых минимум в 2 раза превышает число первичных электронов. Таким образом, каждый последующий динод увеличивает количество электронов. С последнего динода в усилительно-измерительную схему прибора поступает лавина электронов. Благодаря ФЭУ сцинтилляционные счетчики обладают гораздо большей чувствительностью по сравнению с газонаполненными счетчиками.

Для регистрации альфа-частиц в качестве сцинтилляторов (люминофоров) применяют тонкий слой сернистого цинка, а регистрация бета-частиц осуществляется с помощью кристаллов антрацена, стильбена, а также сцинтиллирующих пластмасс. При регистрации гамма-квантов в отечественных приборах успешно используются монокристаллы йодистого натрия и йодистого цезия, активизированные таллием.

Полупроводниковые детекторы

Они сходны с ионизационными, но роль ионизационной камеры в этом случае выполняют твердые полупроводники (чаще всего германий). Поскольку плотность полупроводниковых материалов намного выше плотности газов, то энергия поглощаемых частиц в них используется полнее, чем в ионизационных камерах. Поэтому полупроводниковые детекторы обладают очень высокой разрешающей способностью.

Основными характеристиками счетчиков, работающих как на основе ионизационного метода регистрации, так и на основе сцинтилляционного, являются:

Минатом

Подавляющее большинство ядерно- и радиационно опасных объектов находятся в подчинении Минатома (Министерства по атомной энергии Российской Федерации), которое несет ответственность за их безопасность. В этой связи Минатом России решает следующие основные задачи:

- Обеспечение экологической безопасности, непревышение научно обоснованного уровня радиационного воздействия на население и окружающую природную среду в зонах влияния деятельности предприятий и организаций ядерно-промышленного комплекса (ЯПК).

- Охрана окружающей среды от вредного воздействия техногенных факторов, рациональное использование природных ресурсов и ядерных материалов.

- Устранение экологических последствий и вреда, нанесенного природной среде предприятиями и организациями ЯПК при создании ядерного оружия и вследствие радиационных аварий.

Основные мероприятия Минатома, обеспечивающие охрану окружающей среды:

• нормирование потребления природных ресурсов, сырья, материалов, образования отходов, выбросов и сбросов радиоактивных и вредных химических веществ в окружающую среду, вредных физических воздействий;

• сертификация оборудования, изделий и технологий;

• экологическая экспертиза плановой, предпроектной, проектной документации и важнейших управленческих решений;

• лицензирование экологически опасных (и ответственных) видов деятельности.

Росгидромет

Территориальную структуру Росгидромета образуют Управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС), каждое из которых охватывает несколько субъектов федерации. Им подчинены центры мониторинга окружающей среды областного (краевого, республиканского) уровня.

Госатомнадзор

Методы детектирования ионизирующих излучений.

1) ионизационные методы;

2) сцинтилляционные методы;

3) полупроводниковые методы.

Необходимость количественной оценки действия ионизирующего излучения на различные вещества живой и неживой природы привела к появлению дозиметрии.

Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Процессы взаимодействия излучения с тканями протекают поразному для различных типов излучений и зависят от вида ткани. Но во всех случаях происходит преобразование энергии излучения в другие виды энергии. В результате часть энергии излучения поглощается веществом. Поглощенная энергия - первопричина всех последующих процессов, которые в конечном итоге приводят к биологическим изменениям в живом организме. Количественно действие ионизирующего излучения (независимо от его природы) оценивается по энергии, переданной веществу. Для этого используется специальная величина - доза излучения (доза - порция).

Поглощенная доза

Поглощенная доза (D) - величина, равная отношению энергии ΔΕ, переданной элементу облучаемого вещества, к массеΔm этого элемента:

В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр), в честь английского физика-радиобиолога Луи Гарольда Грея.

1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.

В практической дозиметрии обычно пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы - рад (1 рад = 10 -2 Гр).

Эквивалентная доза

Коэффициент качества (К) показывает, во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе.

Коэффициент качества - безразмерная величина. Его значения для некоторых видов излучения приведены в табл. 34.1.

Таблица 34.1.Значения коэффициента качества

Эквивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения:

В СИ единица эквивалентной дозы называется зивертом (Зв) - в честь шведского специалиста в области дозиметрии и радиационной безопасности Рольфа Максимилиана Зиверта. Наряду с зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10 -2 Зв.

Если организм подвергается действию нескольких видов излучения, то их эквивалентные дозы (Н_i)суммируются:

Эффективная доза

При общем однократном облучении организма разные органы и ткани обладают различной чувствительностью к действию радиации. Так, при одинаковой эквивалентной дозе риск генетических повреждений наиболее вероятен при облучении репродуктивных органов. Риск возникновения рака легких при воздействии α-излучения радона в равных условиях облучения выше, чем риск возникновения рака кожи и т.д. Поэтому понятно, что дозы облучения отдельных элементов живых систем следует рассчитывать с учетом их радиочувствительности. Для этого используются весовые коэффициенты b_T (Т - индекс органа или ткани), приведенные в табл. 34.2.

Таблица 34.2.Значения весовых коэффициентов органов и тканей при расчете эффективной дозы

Окончание табл. 34.2

Эффективная доза (Н_эф) - это величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека с учетом радиочувствительности отдельных его органов и тканей.

Эффективная доза равна сумме произведений эквивалентных доз в органах и тканях на соответствующие им весовые коэффициенты:

Суммирование ведется по всем тканям, перечисленным в табл. 34.2. Эффективные дозы, как и эквивалентные, измеряются в бэрах и зивертах.

Экспозиционная доза

Поглощенная и связанная с ней эквивалентная дозы облучения характеризуют энергетическое действиерадиоактивного излучения. В качестве характеристики ионизирующего действия излучения используют другую величину, называемую экспозиционной дозой. Экспозиционная доза является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами.

Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях.

В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называетсярентгеном (Р), 1 Р = 2,58х10 -4 Кл/кг. При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см 3 сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08х10 9 пар ионов.

Связь между поглощенной и экспозиционной дозами выражается соотношением

где f - некоторый переводной коэффициент, зависящий от облучаемого вещества и длины волны излучения. Кроме того, величина f зависит от используемых единиц доз. Значения f для единиц рад и рентген приведены в табл. 34.3.

Таблица 34.3.Значения переводного коэффициента из рентген в рад

В мягких тканях f ≈ 1, поэтому поглощенная доза излучения в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Это обусловливает удобство использования внесистемных единиц рад и Р.

Соотношения между различными дозамивыражаются следующими формулами:

Мощность дозы

Мощность дозы (N) - величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени.

При равномерном действии излучения мощность дозы равна отношению дозы ко времени t, в течение которого действовало ионизирующее излучение:

Если источник излучения можно считать точечным, то мощность экспозиционной дозы прямо пропорциональна активности радионуклида (А) и обратно пропорциональна квадрату расстояния до точки облучения (r):

где κ_γ - гамма-постоянная, характерная для данного радиоактивного препарата.

В табл. 34.4 приведены соотношения между единицами доз.

Таблица 34.4.Соотношения между единицами доз

34.2. Биологические эффекты доз облучения. Предельные дозы

Биологическое действие излучения с различной эквивалентной дозой указано в табл. 34.5

Таблица 34.5.Биологическое действие разовых эффективных доз

Предельные дозы

Нормы радиационной безопасности устанавливают предельные дозы (ПД) облучения, соблюдение которых обеспечивает отсутствие клинически выявляемых биологических эффектов облучения.

Предельная доза - величина годовой эффективной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы.

Величины предельных доз различны для персонала и населения. Персонал - это лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) и находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б). Для группы Б все пределы доз установлены вчетверо меньшими, чем для группы А.

Для населения пределы доз меньше в 10-20 раз, чем для группы А. Значения ПД приведены в табл. 34.6.

Таблица 34.6.Основные предельные дозы

Естественный (природный) радиационный фон создается естественными радиоактивными источниками: космическими лучами (0,25 мЗв/год); радиоактивностью недр (0,52 мЗв/год); радиоактивностью пищи (0,2 мЗв/год).

Эффективная доза до 2 мЗв/год (10-20 мкР/ч), получаемая за счет естественного радиационного фона,считается нормальной. Как и при техногенном облучении, высоким считается уровень облучения более 5 мЗв/год.

На земном шаре есть места, где природный фон равен 13 мЗв/год.

Дозиметрические приборы. Детекторы ионизирующего излучения

Дозиметры - устройства для измерения доз ионизирующего излучения или величин, связанных с дозами. Дозиметр содержит в себе детектор излучения и измерительное устройство, которое градуировано в единицах дозы или мощности.

Детекторы - устройства, регистрирующие различные виды ионизирующего излучения. Работа детекторов основана на использовании тех процессов, которые вызывают в них регистрируемые частицы. Различают 3 группы детекторов:

1) интегральные детекторы,

3) трековые детекторы.

Интегральные детекторы

Эти устройства дают информацию о полном потоке ионизирующего излучения.

1. Фотодозиметр. Простейшим интегральным детектором является светонепроницаемая кассета с рентгеновской пленкой. Фотодозиметр - это индивидуальный интегральный счетчик, которым снабжаются лица, соприкасающиеся с излучением. Пленка проявляется через определенный промежуток времени. По степени ее почернения можно определить дозу облучения. Детекторы этого типа позволяют измерять дозы от 0,1 до 15 Р.

2. Ионизационная камера. Это прибор для регистрации ионизирующих частиц методом измерения величины ионизации (числа пар ионов), производимой этими частицами в газе. Простейшая ионизационная камера представляет собой два электрода, помещенных в заполненный газом объем (рис. 34.1).

К электродам приложено постоянное напряжение. Частицы, попадающие в пространство между электродами, ионизуют газ, и в цепи возникает ток. Сила тока пропорциональна числу образованных ионов, т.е. мощности экспозиционной дозы. Электронное интегрирующее устройство определяет и саму дозу Х.

Рис. 34.1.Ионизационная камера

Счетчики

Эти устройства предназначены для подсчета количества частиц ионизирующего излучения, проходящих черезрабочий объем или попадающих на рабочую поверхность.

1. На рисунке 34.2 представлена схема газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера, принцип действия которого основан на образовании электрического импульсного разряда в газонаполненной камере при попадании отдельной ионизирующей частицы.

Рис. 34.2.Схема счетчика Гейгера-Мюллера

Счетчик представляет собой стеклянную трубку с напыленным на ее боковую поверхность слоем металла (катод). Внутри трубки пропущена тонкая проволока (анод). Давление газа внутри трубки составляет 100-200 мм рт.ст. Между катодом и анодом создается высокое напряжение порядка сотен вольт. При попадании в счетчик ионизирующей частицы в газе образуются свободные электроны, которые движутся к аноду. Вблизи тонкой нити анода напряженность поля велика. Электроны вблизи нити ускоряются настолько, что начинают ионизировать газ. В результате возникает разряд и по цепи протекает ток. Самостоятельный разряд надо погасить, иначе счетчик не среагирует на следующую частицу. На включенном в цепь высокоомном сопротивлении R происходит значительное падение напряжения. Напряжение на счетчике уменьшается, и разряд прекращается. Также в состав газа вводится вещество, соответствующее быстрейшему гашению разряда.

2. Усовершенствованным вариантом счетчика Гейгера-Мюллера является пропорциональный счетчик, в котором амплитуда импульса тока пропорциональна энергии, выделенной в его объеме регистрируемой частицей. Такой счетчик определяет поглощенную дозу излучения.

3. На другом физическом принципе основано действие сцинтилляционных счетчиков. Под действием ионизирующего излучения в некоторых веществах происходят сцинтилляции, т.е. вспышки, число которых подсчитывается с помощью фотоэлектронного умножителя.

Трековые детекторы

Распространенным типом трекового детектора является камера Вильсона. Наблюдаемая частица проходит через объем, заполненный перенасыщенным паром, и ионизирует его молекулы. На образовавшихся ионах начинается конденсация пара, в результате чего след частицы становится виден. Камеру помещают в магнитное поле, которое искривляет траектории заряженных частиц. По кривизне трека можно определить массу частицы.

Методы исследования в анатомии и физиологии: Гиппократ около 460- около 370гг. до н.э. ученый изучал.

Читайте также: