Ионизирующих излучений

В предыдущем разделе было показано, что при взаимодействии ионизирующих излучений с веществом могут происходить различные физические эффекты: прямая ионизация атомов за счёт взаимодействия их электронных, оболочек с заряженными частицами, приводящая к появлению электронно-ионных пар; косвенная ионизация атомов при взаимодействии их электронных оболочек с фотонами за счёт фотоэффекта и комптон-эффекта, также приводящее к появлению электронно-ионных пар; рождение свободных зарядов (электрон-позитронных пар) при взаимодействии высокоэнергичных фотонов с ядрами атомов; рождение свободных зарядов (ядер отдачи) при упругом и неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов; испускание ядрами атомов заряженных частиц (протонов, альфа-частиц, электронов и позитронов) в результате ядерных реакций при взаимодействии их с нейтронами и высокоэнергичными фотонами; возбуждение атомов (молекул), приводящее к излучению фотонов; нагрев вещества за счёт торможения в нём ядерных частиц и поглощения фотонов. Реже используются химические эффекты (диссоциация молекул, инициация определённых химических реакций) в чувствительном элементе регистрирующей системы – детекторе.

Детектор является главным элементом любой системы, предназначенной для регистрации ионизирующих излучений. Главной функцией детектора является преобразование энергии, выделившейся в результате взаимодействия ионизирующего излучения с активным веществом детектора в сигнал, удобный для регистрации (электрический, визуальный, тепловой). Само активное вещество детектора может находиться в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, что определяет специфические особенности процессов взаимодействия с ионизирующими излучениями. С другой стороны, как это следует из предыдущего раздела, эти процессы в сильной степени зависят от вида ионизирующего излучения и его энергии. Даже при регистрации заряженных частиц (альфа- и бета-частиц, протонов, дейтронов и др.) такие важные характеристики их взаимодействия с активным веществом детектора, как проникающая способность и коэффициент поглощения в сильной степени зависят не только от вида частиц, но и от их энергии (скорости). Для фотонного и нейтронного излучений эти зависимости ещё сложнее. Кроме того, в большинстве детекторов даже при измерении излучения определённого вида одновременно могут протекать несколько из указанных эффектов, и каждый из них может вносить определённый вклад в выходной сигнал детектора. И, наконец, любой вид излучения может характеризоваться несколькими параметрами: плотностью излучения (числом частиц или фотонов, приходящих на единицу поверхности, перпендикулярной к направлению их движения, за единицу времени), угловой направленностью, средней и максимальной энергией или распределением числа частиц по энергии (энергетическим спектром), дозовыми характеристиками, временными характеристиками. Все эти характеристики важны для практики и могут являться целью измерений, что существенно влияет на выбор используемых при измерениях физических эффектов и методов измерений, а также накладывает определённые требования на выбор и конструкцию детекторов. Всё это существенно затрудняет классификацию методов регистрации ионизирующих излучений и используемых для этого детекторов. Поэтому общепринятой классификации и методов регистрации, и детекторов ионизирующих излучений ещё не сложилось. В соответствии с используемым физическим эффектом методы регистрации ионизирующих излучений разделяют на:

· ионизационные в газовой среде (газонаполненные ионизационные детекторы: ионизационные камеры, пропорциональные счётчики, счётчики Гейгера-Мюллера,);

· ионизационные в твёрдом веществе (полупроводниковые детекторы: германиевые, кремниевые и др.);

· трековые ионизационные методы с визуальным считыванием (камеры Вильсона и пузырьковые камеры);

· трековые ионизационные методы с электронным считыванием (многопроволочные ионизационные камеры и пропорциональные счётчики, дрейфовые камеры, искровые камеры);

· фотохимические и химические методы (фотоплёнки, рентгеновские плёнки, ядерные эмульсии, твердотельные трековые детекторы);

· сцинтилляционные методы в газовой, жидкой и твёрдой среде (сцинтилляционные газовые, жидкостные и твердотельные детекторы);

· люминесцентные и термолюминесцентные методы (носимые индивидуальные дозиметры);

· метод, использующий излучение Вавилова-Черенкова (черенковские счётчики);

· калориметрический метод (измерение энергии излучения, поглощённой веществом детектора).

По измеряемой (контролируемой) характеристике излучения выделяют радиометрические (дозиметрические) методы и приборы, предназначенные для измерения интегральной плотности излучений (мощности дозы), спектрометрические, предназначенные для измерений энергетического спектра излучений, трековые, предназначенные для визуализации и регистрации траекторий движения ядерных частиц.

В свою очередь, радиометрические методы разделяются по видам регистрируемых излучений и по измеряемой характеристике излучения. По видам измеряемых излучений различают методы регистрации плотности потоков заряженных частиц (альфа-, бета-, протонного и др.), фотонного излучения (гамма- и рентгеновского), нейтронного и других видов излучений. По измеряемой характеристике приборы разделяют на радиометры и дозиметры. Радиометры определяют плотность потока излучения (число частиц или фотонов, падающих за 1 секунду на единицу площади, перпендикулярной направлению потока частиц). Дозиметры определяют дозу или мощность дозы излучения, т.е. отношение энергии переданной излучением элементарному объёму вещества к массе вещества в данном объёме за произвольный отрезок времени (доза) или за единицу времени (мощность дозы). Практически все дозиметры измеряют базисные дозиметрические характеристики, не учитывающие возмущения, вносимые в исходное поле излучения самим объектом, поглощающим излучение. Биологическое же действие излучения на человека или его отдельные органы рассчитывается по специальным методикам по базисным величинам.

Ниже эти методы рассмотрены более подробно.