Методи й засоби виявлення та виміру іонізуючих випромінювань, небезпечних хімічних і отруйних речовин

Необхідність виявлення й виміру іонізуючих випромінювань (ІВ) виникла з відкриттям рентгенівських променів і явища радіоактивності.

У роки бурхливого розвитку атомної енергетики й широкого використання рентгенівських променів у медицині й інших сферах діяльності сучасної людини проблема виміру ІВ набула особливого значення.

Пошук ефективних методів виявлення і створення високоточних засобів виміру ІВ обумовили появу наукового напрямку (дозиметрії) в Україні й більшості розвинених країн.

Світова практика широко застосовує десятки методів виявлення і виміру ІВ, які враховують їх види й особливості. Найбільш розповсюдженими є: іонізаційний, хімічний, фотографічний, сцинтиляційний і метод індукованого випромінювання.

І о н і з а ц і й н и й м е т о д заснований на використанні явища іонізації атомів речовини й утворенні при цьому позитивних і негативних електричних зарядів.

На основі цього методу працюють іонізаційні камери (ІК) і газорозрядні лічильники (ГЛ). ІК і ГЛ являють собою тонкостінні сталеві чи скляні вироби циліндричної форми, які складаються з двох ізольованих електродів, рис.10.

Рис.10. Іонізаційна камера (ІК): 1 – корпус; 2 – ізолятор; 3 – збираючий електрод.

При додаванні до ІК (ГЛ) джерела постійного електрич-ного струму і за наявності джерела ІВ, в електричному ланцюзі вимірювального пристрою утворюється іонізаційний електрич-ний струм, за величиною якого визначається інтенсивність випромінювання.

Іонізаційний метод виявлення й виміру ІВ є найбільш технічно доступним і розповсюдженим у сучасній дозиметрії.

Х і м і ч н і м е т о д и засновані на використанні кольорових хімічних реакцій, що відбуваються в деяких речовинах при впливі на них ІВ. Виявлення й вимір ІВ здійснюється за інтенсивністю забарвлення хімічного реактиву, який виконує роль сприймаючого пристрою (ІК чи ГЛ). Ці методи прийнято вважати найбільш прийнятними для виміру доз радіації, тому що використані хімічні сполуки (речовини) близькі за будовою до тканин живих організмів (наявність води та інших хімічних елементів).

Основними недоліками хімічних методів є обмежений термін збереження хімічних речовин, які використовуються (до 3-х років), вплив температури на швидкість протікання хімічних реакцій тощо.

Ф о т о г р а ф і ч н и й м е т о д заснований на властивостях фотоматеріалів (фотоплівок) змінювати оптичну щільність при впливі на них ІВ. Суть таких процесів полягає в тому, що при впливі ІВ на фотоплівку в її структурі виникають електрони, під дією яких відбувається відновлення галоїдного срібла (що входить до складу желатину) і зміна оптичної щільності(затемнення) фотоплівки.

Оптична щільність затемнення фотоплівки є показником кількості поглиненої енергії ІВ, а отже, й інтенсивності випромінювання (дози радіації).

Ці властивості фотоматеріалів допомогли А.Беккерелю відкрити в 1896 р. явище радіоактивності й у подальших дослідженнях у галузі атомної енергії.

Основними перевагами фотографічного методу є: широкий діапазон вимірів енергії ІВ; низька вартість фотодозиметрів; можливість широкого практичного використання та ін.

С ц и н т и л я ц і й н и й м е т о д заснований на властивостях деяких хімічних елементів (йодистий натрій, сірчистий цинк тощо) випускати кванти видимого світла під впливом ІВ. Кванти світла, що випускаються, за допомогою спеціальних пристроїв (сцинтиляційного лічильника і фотоелектронного множника) перетворюються в електричну енергію і реєструються вимірювальними приладами. За величиною цієї енергії визначаються показники джерела ІВ.

Сцинтиляційний метод належить до числа найбільш чутливих і використовується для виявлення й виміру альфа-бета активних джерел ІВ, розвідки родовищ уранових руд та інших цілей.

М е т о д і н д у к о в а н о г о (змушеного) випромінювання заснований на властивостях лазерних джерел енергії. Залежно від типу робочої речовини розрізняють газові, рідинні, напівпровідникові та інші види лазерних пристроїв, які широко використовуються в багатьох галузях науки і практики з різними цілями, у тому числі для виявлення й виміру джерел ІВ.

Важливою особливістю цього методу є можливість дистанційного виявлення джерел ІВ, що забезпечує безпеку осіб, які здійснюють ці види робіт.

Технічні засоби, призначені для виявлення і виміру ІВ, називаються дозиметричними приладами (ДП).

Залежно від розв’язуваних задач ДП поділяються на чотири групи: індикатори, рентгенометри, радіометри і дозиметри. Вони можуть бути загального, спеціального, наукового та іншого призначення.

Індикатори – це найпростіші ДП, що працюють за іонізаційним методом, призначені для виявлення й орієнтовного визначення потужностей доз ІВ.

Типова блок-схема цих приладів складається зі сприймаючого пристрою (детектора), світлового (звукового) індикатора-сигналізатора і джерела живлення, рис.11.

Рис.11. Блок-схема індикатора ІВ: 1 – детектор;

2 – індикатор-сигналізатор; 3 – джерело живлення.

Як детектори в індикаторах використовуються різні типи газорозрядних лічильників (СТС-5, МСТ-17, СБТ та ін.). Лічильники маркіруються залежно від матеріалу й конструктивних особливостей (СТС-сталевий, тонкостінний, самогасний; МСТ – мідний, самогасний, торцевий і т.д.).

У 60-і рр. промисловість випускала індикатори загального призначення типу ДП-62 і ДП-63. Останнім часом широко використовується індикатор загального призначення типу ДП-64.

Індикатор ДП-64 установлюється, як правило, на пунктах управління різних об’єктів.

Р е н т г е н о м е т р и призначені для виміру потужностей доз ІВ і визначення ступеня забруднення (зараження) різних об’єктів радіоактивними речовинами. Рентгенометри працюють за іонізаційним методом. На відміну від індикаторів в електричних схемах цих приладів установлюються вимірники іонізаційного струму (мікроамперметри), що дозволяють із допустимою погрішністю визначати потужність дози ІВ і ступінь забруднення об’єкта радіоактивними речовинами.

Діапазон виміру потужностей доз різними типами рентгенометрів може складати від 0,1 до 500 рад/год і більше, табл.32.

Т а б л и ц я 32