Средства радиационной разведки и дозиметрического контроля

 

 

Тема: «Средства радиационной разведки и дозиметрического контроля»

 

 

1. Понятие о дозиметрии.

 

Степень, величина и форма лучевых поражений, развивающихся у биологических объектов при воздействии на них ионизирующих излучений, в первую очередь зависят от величины поглощенной энергии излучения.

Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы, т.е. энергии, поглощенной массой облучаемого вещества. За единицу поглощенной дозы облучения принимается Джоуль на килограмм (Дж/кг) или Грей (Гр).

Грей - это поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого вида ионизирующего излучения.               

В радиобиологии и радиационной гигиене широкое   применение получила внесистемная единица измерения поглощенной дозы - рад (радиационная адсорбированная доза).

 

Рад - это такая поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 грамме любого вещества составляет 100 эрг независимо от вида и энергии излучения.

 

1 Дж/кг = I Гр = 100 рад.

Для характеристики дозы по эффекту ионизации,  возникающему в воздухе, используется т.н. экспозиционная доза        рентгеновского и гамма-излучений - количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучении, основанная на их ионизирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в единице объема в условиях электронного равновесия.

 За единицу экспозиционной  дозы рентгеновского и гамма-излучений принимается Кулон на килограмм (Кл/кг).

 

Кл/кг - экспозиционная доза рентгеновского и                гамма-излучении, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия на килограмм сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 Кулон электричества каждого знака.

 

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений является Рентген (Р).

 

Рентген - это единица экспозиционной дозы                           гамма- фотонного излучения, при прохождении которого через              1 см3 сухого атмосферного воздуха в результате завершения всех ионизационных процессов в воздухе создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака (или образуется 2,08*109 пар ионов).

 

 При этом существует следующая  взаимосвязь доз  экспозиционной и поглощенной:

Д экс.= 0,877 Д погл.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз.

 

Мощность экспозиционной дозы гаммы-излучения можно определить как количество гамма-квантов, (в рентгенах), испущенных объектом за единицу времени (Р/ч, мР/ч, мкР/ч).

 

Мощность поглощенной дозы - это количество энергии,    поглощенной единицей биологической ткани за единицу времени (Рад/с, Гр/с).

 

 

2. Измерения ионизирующих излучений.

 

Методы регистрации ионизирующих излучений (ИИ).

 

Все методы регистрации ионизирующих излучений можно разделить на следующие группы:

1. Ионизационный - при этом регистрируются  эффекты ионизации.

2. Методы, основанные на регистрации вторичных эффектов:

- фотографический;

- химический;                

- экзоэмиссионный;

- биологический.

При этом под биологическим методом понимают определение реакции живого организма на действие ионизирующих излучении - выживаемость, морфологические и функциональные изменения, время их развития, интенсивность выраженности первичной реакции на облучение.

 

Ионизационный метод.

 

        На основе  этого метода выполнено подавляющее  большинство войсковых дозиметрических  приборов:

- для ведения радиационной разведки - ДП-64, ДП-5 в модификациях  А, Б, В;

- индивидуальные дозиметры ДКП-50А, ИД-1,

- радиометрическая лаборатория  ДП-100 АДМ.

Воспринимающая часть устройства представляет собой разновидность газового конденсатора и состоит из двух изолированных пластин, на которые подается напряжение от батареи. При отсутствии источника излучения воздух между пластинами конденсатора является изолятором, так как через конденсатор ток не проходит. Если на воздух подействует ионизирующее излучение, то происходит образование ионов, которые под влиянием электрического поля перемещаются к обкладкам конденсатора и в цепи возникает ионизационный ток. Сила тока, обусловленная ионизацией, зависит от напряжения на обкладках конденсатора. Эта зависимость достаточно сложна и может быть отражена в виде вольтамперной характеристики газового конденсатора.

Если на обкладки конденсатора подано небольшое напряжение, то за время перемещения ионов к пластинам часть ионов успевает рекомбинировать. С увеличением напряжения вероятность рекомбинации уменьшается, следовательно, возрастает сила ионизационного тока.

Существуют следующие разновидности газового конденсатора:

- ионизационные камеры (ДКП-50А),            

- газоразрядные счетчики (ДП-б4).                  

Ионизационные камеры войсковых дозиметров имеют напряжение около 200 В, а газовой средой является воздух при нормальном давлении. Это достаточно грубый прибор, и он не позволяет регистрировать ионизирующие излучения небольшой интенсивности за счет низкого напряжения на обкладках конденсатора.

При увеличении напряжения на обкладках конденсатора   возникающие в результате действия ионизирующего излучения ионы под действием электрического поля разгоняются до такой скорости, что могут вызвать вторичную ионизацию. В этом случае все образующиеся ионы не успевают рекомбинировать и достигают обкладок конденсатора. Возникший ионизационный ток может быть зарегистрирован.

При возникновении напряжения насыщения прекращается рекомбинация ионов. В режиме насыщения ионизационный ток пропорционален мощности дозы излучения, поэтому с помощью ионизационной камеры с постоянным объемом по измеренному току можно определить мощность дозы излучения.

При очень больших напряжениях на обкладках газового    конденсатора достаточно образования нескольких ионов под действием ионизирующего излучения для того, чтобы в объеме камеры возникло нарастание вторичных ионов и произошел газовый разряд. В этом случае сила тока не зависит от первоначальной ионизации. По такому принципу работают счетчики Гейгера. Для регистрации ионизирующих излучении небольшой интенсивности используют газоразрядные счетчики - разновидность газового конденсатора.

 

Газоразрядные счетчики.

 

Газоразрядные счетчики могут быть выполнены из стекла или металла и имеют напряжение подачи около 400 В. Объем  газоразрядного счетчика может быть заполнен инертным газом - аргоном, гелием, неоном или их смесью.

Давление внутри счетчика меньше атмосферного. В объеме газоразрядного счетчика возможно возникновение вторичных ионов и, следовательно, мощности регистрируемых излучений могут быть малы.

В связи с высоким напряжением на обкладках каждый акт ионизации вызывает импульс тока, который может быть зарегистрирован. Для того чтобы возникающий лавинообразный разряд не носил непрерывный характер, в состав газовой смеси вводят высокомолекулярные соединения, прекращающие газовый разряд после каждого акта ионизации.

Для измерения альфа- и бета-излучений используются торцевые счетчики, имеющие на торце прибора входное отверстие, закрытое тонкой слюдяной пленкой, не являющейся препятствием для альфа- и бета-частиц.

 

Методы, основанные на регистрации вторичных эффектов.

 

Фотографический метод.

 

Для измерения ионизирующих излучений с помощью этого метода используют различные фотоматериалы с фоточувствительными слоями. Под воздействием ионизирующих излучений в фотоэмульсионном слое, содержащем галогениды серебра, образуются центры скрытого почернения. При их обработке проявителями происходит восстановление металлического серебра, воспринимающегося как черные точки. Не подвергшиеся воздействию ионизирующих излучений молекулы галогенул серебра растворяются в фиксаже и имеющиеся почернения фотоэмульсионного слоя могут быть измерены с помощью приборов. Плотность почернения пропорциональна действовавшим на фотоматериалы дозам облучения.

Нa основе этого метода работает прибор ИФКУ-1  (индивидуальный фотометрический контроль), который регистрирует поглощенные дозы в диапазоне от 0,05 до 2 рад и используется на практике в рентгеновских кабинетах для контроля набранных персоналом доз рентгеновского излучения.

Химический метод.

 

Метод основан на том явлении, что возникающие под  воздействием ионизирующих излучении ионы, атомы и молекулы могут образовывать свободные радикалы, которые вступают в химические реакции между собой и другими атомами и молекулами, образуя новые вещества, появление и количество которых позволяет судить о качественной и количественной характеристике ионизирующих излучений.

Данный метод имеет две разновидности:

1. Собственно химический метод.

2.Фотографический метод.

Собственно химический метод. Химический гамма-нейтронный дозиметр типа ДП-70М - типичный представитель приборов, работающих на основе этого метода.

В ДП – 70М для регистрации гамма-нейтронного излучения используется раствор азотнокислого серебра с добавкой солей борной кислоты. Под воздействием ионизирующих излучений ион NO3 переходит в ион NO2, который вступает во взаимодействие с реактивом Грисcа, входящим в состав жидкости, и придает раствору характерную малиновую окраску. Степень окраски зависит от количества образовавшихся ионов NO2 и, следовательно, от дозы излучения. Степень изменения окраски может быть определена колориметрическим методом.

Однако данный метод измерения ионизирующих излучений, особенно, если он используется в полевых условиях, достаточно груб, что и является его недостатком.

 

Экзоэмиссионный (сцинтилляционный) метод.

 

Метод используется в работе приборов ДРГ-01, 02, 03, 04 (цифра обозначает диапазонную разницу измерений) - детектор радиационный гамма-излучении, предназначенный для контроля условии труда при работе с ионизирующими излучениями,

В основе метода лежит явление люминесценции - свечение вещества, вызванное возбуждением атомов и молекул под воздействием ионизирующих излучений, проявляющееся кратковременными вспышками на каждое воздействие ионизирующего излучения.

Разновидностями сцинтилляционного метода являются термо- и фотолюминесцентный.

Реализация фотолюминесцентного метода регистрации ионизирующих излучений получила применение в измерителе дозы ИД-11. Суть его работы состоит в том, что некоторые сорта стекол с различными добавками меняют свои свойства под воздействием ионизирующих излучений.

Эффект термолюминесценции заключается в том, что в некоторых солях, в том числа солях лития, под воздействием ионизирующих излучений возникают центры возбуждения, которые в дальнейшем при нагревании начинают испускать видимый свет. Интенсивность свечения пропорциональна накопленной дозе. В дальнейшем интенсивность свечения может быть измерена с помощью измерительного устройства.

 

3. Приборы для измерения ионизирующих излучений.

 

Для измерения ионизирующих излучений созданы приборы, называемые дозиметрическими.

 

Классификация дозиметрических приборов (по назначению):

 

1. Приборы для  измерения мощности дозы:

   а) индикатор-сигнализатор  радиоактивности ДП-64;

   б) рентгенметр-радиометр ДП-5 в модификациях А, Б, В.

 

2. Приборы для  измерения полученных доз облучения (дозиметры):

    а) контрольные (прямопоказывающие) - предназначены для оценки боеспособности военнослужащих по радиационному показателю: - ДКП-50А, ИД-1; 

    6) накопители доз - дозиметры, применяемые медицинской службой для диагностики степени тяжести острой лучевой болезни по радиационному показателю:  - ДП-70М (ДП-70МП), ИД-11.

 

Приборы для измерения мощности дозы.

 

Индикатор-сигнализатор ДП-64 предназначен для постоянного радиационного наблюдения и оповещения о радиоактивной загрязненности местности. Он работает в следящем режиме и обеспечивает звуковую и световую сигнализацию при достижении на местности мощности дозы излучения 0,2 Р/ч.

Питается прибор от сети переменного тока с напряжением 127/200 В или от аккумулятора с напряжением 6 В. Датчик соединен с пультом сигнализации кабелем длиной 30 м. В датчике размещены детектор ионизирующих излучений - газоразрядный счетчик СТС-5 и контрольный радиоактивный препарат.

Подготовка прибора к работе.

Подготовка прибора к работе состоит из следующих  последовательных приемов.