23. Методы, используемые для регистрации ионизирующиего излучения

23. Методы, используемые для регистрации ионизирующиего излучения

Так как ионизирующее излучение не может быть обнаружено с помощью органов чувств человека, мы полагаемся на регистрацию изменений, производимых излучением при его взаимодействии с различными материалами. Принцип действия детекторов ионизирующего излучения основан на регистрации изменений в поглощающей среде, вызванных передачей энергии ионизирующего излучения веществу. Существуют следующие эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, которые позволяют его регистрировать и измерять:

  • Ионизация;
  • Сцинтилляция;
  • Термолюминесценция;
  • Химические превращения ;
  • Калориметрия; и
  • Биологические изменения .

1.1 Ионизация

Ионизация может быть вызвана альфа и бета излучениями непосредственно, и косвенно рентгеновским, гамма и нейтронным излучениями. Образовавшиеся пары ионов могут быть собраны, и количество накопленных ионных пар соотнесено с уровнем излучения, вызвавшего ионизацию. Во многих приборах дозиметрического контроля ионизация используется в качестве механизма регистрации.

1.2     Сцинтилляция

Сцинтилляция – процесс испускания света, вызванный переходом электронов в поглощающем материале с высокоэнергетических уровней на уровни с меньшей энергией. Электроны попадают на высокоэнергетические уровни в процессе возбуждения. (Из Модуля 1.4 «Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом» Вы помните, что возбуждение происходит, когда энергии ионизирующего излучения достаточно для временного перевода орбитальных электронов на более высокий энергетический уровень.) Испущенный свет может быть преобразован в электрический сигнал. Величина этого электрического сигнала зависит от количества электронов, перешедших на высокоэнергетические уровни, и может быть соотнесена с интенсивностью излучения, вызвавшего сцинтилляции. Сцинтилляция является важным механизмом регистрации излучения в радиометрии и дозиметрии, а детекторы, основанные на этом механизме, называются сцинтилляционными детекторами.

1.3     Термолюминесценция

Когда электроны в определенных веществах поглощают энергию, они переходят на более высокий энергетический уровень или попадают в «запрещенную зону». Они остаются захваченными в этой зоне до тех пор, пока вещество не будет нагрето до определенной температуры. Поглощенная от ионизирующего излучения энергия при нагревании высвобождается и электроны, переходя на основной энергетический уровень, испускают свет. Свет преобразуется в электрический сигнал, который может быть соотнесен с количеством поглощенного излучения. Термолюминесцентные материалы используются при мониторинге индивидуальных доз (т. е. доз отдельного человека) и будут в дальнейшем рассматриваться в Модуле 2.5 «Индивидуальная дозиметрия».

1.4     Химические превращения

Ионизирующее излучение может вызывать химические превращения. Это воздействие наблюдается при использовании фотографической пленки в индивидуальной дозиметрии, в медицинской и промышленной рентгенографии. Это явление используют для измерения высоких доз, например, от медицинского оборудования.

1.5     Калориметрия

Ионизирующее излучение может повышать температуру поглощающей среды и тщательное измерение увеличения температуры может использоваться для измерения дозы облучения. Этот метод (известный как калориметрия) не подходит для текущих измерений в целях радиационной защиты, так как чтобы вызвать даже небольшое повышение температуры, необходимы достаточно большие дозы. Однако он используется как первичный эталон для калибровки дозиметрических приборов (смотрите Модуль 2.4 «Использование приборов радиационного мониторинга»).

1.6     Биологические изменения

Высокие дозы излучения могут вызывать биологические изменения в живых клетках. Это будет обсуждаться далее в Модуле 1.6 «Биологическое действие ионизирующего излучения». Биологические изменения используются только для оценки доз в чрезвычайных ситуациях, при которых возможно облучение персонала высокими дозами.

1.7     Обзор по методам регистрации ионизирующего излучения

В Таблице 1 обобщены данные по методам, используемым для регистрации ионизирующего излучения.

Таблица  1

Методы, регистрации ионизирующего излучения

Механизм Основное применение Тип прибора Детектор
Ионизация Приборы радиационного мониторинга 1.     Ионизационная камера2.     Пропорциональный счетчик

3.     Счетчик Гейгера-Мюллера

4.     Твердотельные детекторы

1.       Газонаполнен­ный2.       Газонаполнен­ный

3.       Газонаполнен­ный

4.       Полупроводнико­вый

Сцинтилляция Приборы радиа­ционного мони­торинга Сцинтилляционный счетчик Кристаллический или жидкий
Термолюминесцен­ция Индивидуальная дозиметрия Термолюминесцент­ный дозиметр (ТЛД) Кристаллический
Химический Индивидуальная дозиметрия Фотопленка Фотоэмульсия
Калориметрия Первичный эта­лон и калибровка приборов Калориметр Твердый или жид­кий
Биологический Аварийные си­туации Биологическая ткань Биологическая ткань