Основні методи виявлення іонізуючих випромінень

Розрізняють такі основні методи виявлення іонізуючих випромінень:

1) іонізаційний, 2) сцинтиляційний, 3) люмінесцентні, 4) фотографічний,

5) хімічний, 6) калориметричний 7) біологічний.

Суть іонізаційного методуполягає в тому, що під дією іонізуючих випромінень відбувається іонізація опромінюваних об’єктів – повітря, води, твердих речовин, біологічних тканин тощо з утворенням позитивно і

негативно заряджених іонів. Іони в лічильнику, що знаходиться під напругою, отримують направлений рух, утворюючи іонізаційний струм. Вимірюючи силу струму, можна отримати уяву про кількість (дозу) випромінень, а вимірюючи імпульси струму, можна визначити інтенсивність

випромінення.

Детекторами для виявлення і вимірювання іонізації зазвичай служать іонізаційні камери, пропорційні лічильники, лічильники Гейгера-Мюллера і

напівпровідникові лічильники.

За принципом іонізаційного методу працюють наступні прилади дозиметричного контролю: дозиметри (ДК-02, ДКП-50-А, ИД-1, КИД-1-6, ДКС-0,4, ДБГ-01С, МКС-У, МКС-07, ДКГ-21, МКС-05 «Тера» тощо); рентгенометри (ДП-5А,Б,В, ДКС-0,5, ДРГ-01-Т, Белла, Прип’ять тощо); радіометри (“Тисс”, ДП-100, КРБ-1, КРА-1, “Бета”, КРК-1, УМФ-1500 тощо).

Сцинтиляційний методоснований на реєстрації фотонів видимого світла, що виникають при збудженні атомів деяких речовин – сцинтиляторів

під дією випромінення. Для виготовлення даного типу детекторів найчастіше використовуються кристали хімічно чистого NaI, активованого талієм (Tl).

Процес виявлення іонізуючого випромінення відбувається в такій послідовності: γ-квант вибиває з кристала фотон, який потрапляє на

фотокатод фотоелектричного множника (ФЕМ) і, в свою чергу, вибиває з нього фотоелектрон. Фотоелектрон потрапляє на пластину - дінод ФЕМ і вибиває з неї до 10 електронів. Цей процес повторюється стільки разів, скільки пластин (дінодів) має ФЕМ. Так, при шести дінодах ФЕМ на виході отримують близько 1 млн. електронів. (Наприклад, ФЕМ приладу СРП-68-01

має 14 дінодів).

За цим принципом працюють: дозиметри (ДКС-02П,К); рентгенометри

(СРП-68-01, СРП-88); радіометри (РКБ4-1еМ, РЖС-05, РУГ-Р, РИ-БГ, РИ-

АБ, РУГ-01М «Гамма»); гамма-спектрометри (АМ-А-02-Ф1,2,3, АИ-1024-

9505, АИ-4096, СЕГ-05, СЕГ-2МЛ); автоматичні гамма- і бета-лічильники

(“Гамма-12”, “Бета-2” тощо).

Люмінесцентні методивиявлення іонізуючого випромінення оснований на ефектах радіофотолюмінесценції і термолюмінесценції.

При радіофотолюмінесценції під дією іонізуючих випромінень в люмінофорах – фосфатних скельцях (NaI, ZnS, активованих сріблом) утворюються центри фотолюмінісценції. Під час дії на них ультрафіолетових

променів виникає видима люмінесценція, інтенсивність якої спочатку пропорційна дозі 10-2–101 Гр, при дозі 3,5–102 Гр досягає максимуму і при

подальшому збільшенні дози – падає. Під дією ультрафіолетових променів центри люмінесценції руйнуються, що дає можливість проводити вимірювання дози багаторазово.

При радіотермолюмінесценції поглинута енергія випромінення перетворюється в люмінесценцію лише під дією температури, а її інтенсивність пропорційна дозі випромінення. Тому дозиметри даного типу можуть слугувати накопичувачами дози. Для запобігання втрати дози

необхідно підібрати фосфатні скельця, які висвітлять її при температурі близько 400оС.

За цим принципом працюють дозиметри ДПГ-02, ДПГ-03, ИКСА, DTU

тощо.

Фотографічний методоснований на вимірюванні ступеня почорніння

фотоемульсії під впливом іонізуючих випромінень. Його ступінь в деякому діапазоні доз пропорційна експозиційній дозі. Опромінені плівки типу РМ-5-

1, РМ-5-3 і РМ-5-4 дозволяють реєструвати γ-випромінення в діапазоні експозиційних доз 0,02–2,0 Р, 0,3–12 Р, 0,01–50,0 Р відповідно.

Перевагами фотографічного методу є можливість його масового використання для індивідуального контролю, документальна реєстрація отриманої дози та стійкість дозиметрів до ударів і різких змін температури.

Недоліки даного методу – низька чутливість до малих доз,

неможливість спостереження за ходом накопичення дози безпосередньо в процесі опромінення, залежність результатів вимірювань від умов проявлення плівки.

Складність використання даного методу полягає в тому, що для визначення отриманої дози необхідно мати еталон, виготовлений з такого ж матеріалу як в дозиметрі, опроміненого відомою дозою і проявленого в

аналогічних умовах. Це значить, що потрібне джерело іонізуючого випромінення, яке може створювати контрольовану дозу.

За цим принципом працюють дозиметри ИФК-2,4, ИФКУ тощо.

Хімічний методоснований на тому, що під дією іонізуючих випромінень деякі речовини можуть перетворюватись на інші. Наприклад,

при опроміненні хлороформу утворюється соляна кислота. Якщо взяти хлороформ, додати до нього індикатор соляної кислоти, то при наявності

іонізуючих випромінень його забарвлення починає змінюватись. Тому на корпус такого дозиметра можна наклеїти візуальну шкалу зміни забарвлення в залежності від дози опромінення. Це дає нам можливість спостерігати за ходом її накопичення в процесі опромінення. Визначення точного значення дози проводиться на приладах типу фотоелектрокалориметрів (ФЕК), відградуйованих в одиницях дози іонізуючого випромінення, що її

спричинили.

В теперішній час зазвичай користуються так званими “сухими”(“сліпими”) феросульфатними дозиметрами, для яких використовують насичений повітрям розчин FeSO4 в розбавленій Н2SO4 в

діапазоні вимірювання дози 20-400 Гр. Для більш високих доз (103–105 Гр)

використовують церієвий дозиметр (0,1 М розчин Ce2(SO4) в 0,4 М H2SO4. Але продовжують використовувати й хімічні дозиметри на основі хлороформу і чотирьоххлористого вуглецю, не зважаючи на те, що при оцінці відносно малих доз вони дають більшу похибку.

Чутливість хімічних методів дозиметрії значно нижча, ніж іонізаційних, сцинтиляційних, люмінесцентних і фотографічних. Крім того, для реєстрації показників необхідні значні затрати часу.

Калориметричний методоснований на тому, що під дією іонізуючих випромінень в опромінюваних об’єктах підвищується температура. Цей метод використовується для вимірювання надзвичайно високих потужностей дози. Без нього було б неможливо слідкувати за ситуацією, що відбувається в

ядерному реакторі.

Таким чином, кожний з перерахованих методів займає певне незамінне місце у виявленні іонізуючих випромінень.

Біологічний методвикористовується в радіобіології для відновлення

отриманої організмом величини поглиненої енергії (дози) від різних видів випромінення. Він заснований на врахуванні біологічних ефектів, котрі виникають у опроміненому організмі, через певний час після дії іонізуючої радіації. Вихід цих ефектів прямопропорційний дозі опромінення.

Величину дози оцінюють за рівнем летальності тварин, ступенем

лейкопенії через 7-9 діб після опромінення, кількістю хромосомних аберацій лімфоцитів периферичної крові за допомогою методів анафазного та метафазного аналізу і за цитогенетичними показниками репродуктивних клітин ссавців та рослин; за визначенням кількості вільних радикалів в безводних речовинах (зубна емаль, волосся) за допомогою методу ядерного магнітного резонансу і ступеню прояву деяких клінічних симптомів та біохімічних змін у крові та сечі.

Наприклад, зміни в крові (сполучні тканині) ссавців можна достовірно спостерігати після дози опромінення 50 рад і навіть 20 рад. Зміни в інших тканинах живого організму,