Авторадиография

Детекторами ионизирующего излучения называют приборы, регистрирующие a- и b-частицы, рентгеновское и g-излучения, протоны и т.д.

Наблюдение частиц возможно лишь в том случае, если они заряжены и имеют достаточно большую скорость. Нейтральные частицы (фотоны и нейтроны) можно наблюдать, когда они в результате взаимодействия с веществом образуют заряженные частицы.

В настоящее время используются следующими методами наблюдения частиц:

1) метод камер, 2)ионизационные (газоразрядные) счетчики всех систем, 3) метод толстослойных фотографических пластинок, 4) полупроводниковые детекторы, 5) сцинтилляционные детекторы, 6) черенковские детекторы.

1. а) Метод камеры Вильсона основан на том, что в пересыщенном паре ионы являются центрами конденсации. Пересыщение пара в камере достигается путем быстрого адиабатического расширения объема камеры, содержащего насыщенный пар. Если при этом в камеру попадает заряженная частица, то при движении она создает цепочку ионов, присутствие которых обнаруживается по образованию вокруг них капелек. Освещая камеру после расширения, можно наблюдать и фотографировать пути (треки) отдельных частиц. Если поместить камеру в сильное магнитное поле, то каждый трек будет изогнутым; это позволяет по радиусу кривизны определять заряд, массу и скорость частицы.

б) Пузырьковая камера. Она представляет собой сосуд, заполненный сжиженным газом (пропаном, пентаном, фреоном, водородом, гелием) при высоком давлении и при температуре, близкой к точке кипения. Действие пузырьковой камере основано на том, что заряженные частицы при своем движении создают вдоль траектории в жидкости центры парообразования в виде пузырьков, которые можно наблюдать или фотографировать. Они позволяют наблюдать частицы с высокой энергией.

2. Ионизационные счетчики основаны на возникновении газового разряда вследствие ионизации газа, вызванного заряженной частицей.

Эти счетчики можно разделить на ионизационные камеры и счетчики с самостоятельным разрядом (газоразрядные счетчики). Рассмотрим ионизационную камеру.

Главная часть ее – плоский, шаровой или цилиндрический конденсатор, наполненный газом (воздухом, аргоном, фтористым бромом и др.) при давлении от 1 атм и выше. При движении в камере заряженной частицы образуются ионы и возникает кратковременный ток в виде импульса, который можно усилить. Следовательно, каждое прохождение заряженной частицы может быть зарегистрировано (до 10⁷-10⁸ частиц в секунду).

В ионизационных камерах для рентгеновских и g-лучей ионизация проводится теми электронами, которые образуются при поглощении излучения в стенках камеры и в газе.

Ионизационная камера пригодна и для измерения потока медленных нейтронов. Для этого ее наполняют трехфтористым бором (ВГ₃) и количество нейтронов измеряется по ионизации, вызванной ядрами гелия и лития, образующимися при расщеплении бора нейтронами.

Действие счетчиков газоразрядных основано на возникновении в газе самостоятельного разряда при попадании в него заряженной частицы. Примером является счетчик Гейгера-Мюллера.

Он состоит из цилиндрической камеры, наполненной газом при давлении 100 – 200 мм рт.ст. По оси камеры на изоляторах натянутая тонкая (Ø 0,0075 – 0,25 мм) нить металл-анод. Между нитью (+) и стенкой (-) приложена разность потенциалов, немного меньшая той, при которой начинается самостоятельный разряд в газе. В цепь введено большое (порядка 10⁹Ом) сопротивление. Попадание быстрой заряженной частицы в камеру вызывает лавинный разряд. Возникающий при этом ток, проходя через сопротивление, вызывает на нем падение напряжение, на величину которого уменьшается разность потенциалов между нитью и стенкой счетчика. Разряд при этом обрывается, а через некоторый промежуток времени разность потенциалов на счетчике вновь достигает прежней величины. При появлении новой заряженной частицы вновь возникает разряд и т.д.

Важной особенностью счетчиков Гейгера-Мюллера и вообще счетчиков с самостоятельным разрядом является зависимость скорости счета за секунду № от напряжения на счетчике U. Плато-участок, на протяжении которого число отсчетов в секундах не зависит от напряжения – т.е. от U₂ до U₃ это – рабочий интервал U.

3. Метод толстослойных фотографических пластинок основан на том, что в фотоэмульсии (из бромистого серебра), через которую проходит заряженная частица, получается изображение траектории частицы. Этот метод оказался особенно плодотворным при изучении космических лучей и взаимодействия быстрых заряженных частиц с ядрами вещества.

4. Сцинтилляционные счетчики основаны на явлении люминесценции вещества под влиянием ударов зараженных частиц или фотонов. Первым был сликтарископ (экран из ZnS). Сейчас применяют ФЭУ, позволяющий регистрировать слабые световые потоки от отдельных сцинтилляций.

Сцинтилляционные счетчики отличаются высокой чувствительностью и большой разрешающей способностью во времени, т.е. они могут регистрировать большое число частиц в единице времени.

Они пригодны для регистрации и нейтральных частиц-нейтронов и фотонов – по вторичным электронам, которые они создают в веществе сцинтиллятора.

5. Полупроводниковые детекторы основаны на свойстве полупроводников изменять свою электропроводность под действием обручения нейтронами или g-лучами, для регистрации которых они и применяются.

6. Черенковские счетчики основаны на открытом С.И. Вавиловым и П.А. Черенковым излучении, которое вызывается электронами, когда они движутся в чистой жидкости или твердом диэлектрике со скоростью, большей чем фазовая скорость света в этих средах (т.е. > ), но меньше скорости света в вакууме, поэтому движение электрона со скоростью > (но меньше, чем С) возможно и не противоречит теории относительности. Световая вспышка, порождаемая быстродвижущейся заряженной частицей, превращается с помощью ФЭУ в импульс тока. Для того чтобы заставить сработать такой счетчик, энергия частицы должна превысить пороговое значение, определяемое условием: .

Дозиметрическими приборами, или дозиметрами, называют устройства для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами.

Дозиметры состоят из детектора ядерных излучений и измерительного устройства. Обычно они проградуированы в единицах дозы или мощности дозы.

В зависимости от используемого детектора различают ионизационные, люминесцентные, полупроводниковые, фотодозиметры и другие.

Дозиметры для измерения экспозиционной дозы рентгеновского излучения или ее мощности называют рентгенометрами. В качестве детектора – ионизационная камера. Заряд, протекающий в цепи камеры, пропорционален экспозиционной дозе, а так – ее мощности.

Индивидуальные дозиметры – представляют собой миниатюрную цилиндрическую ионизационную камеру, которая предварительно заряжается. В результате ионизации происходит разрядка камеры, что фиксируется вмонтированным в нее электрометром.

Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют приборы, называемые радиометрами.

Авторадиография. Метод заключается в получении на фотопленке отпечатков при контактном действии каких-либо тел, содержащих радиоактивные вещества (обычно это срез органа или ткани). По степени почернения фотоэмульсии можно определить содержание и распределение радиоактивных веществ в исследуемом объекте.