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.

Date: 2015-06-08; view: 1007; Нарушение авторских прав