Дозиметрические приборы

Приложение

Теоретический материал для выполнения практической работы

«ПРИБОРЫ РАДИАЦИОННОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ (РХР) КОНТРОЛЯ ЗАРАЖЕНИЯ И РАДИОАКТИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ (ДК)»

Дозиметрические приборы.

Принцип обнаружения ионизирую­щих (радиоактивных) излучений (ней­тронов, гамма-лучей, бета- и альфа-частиц) основан на способности этих излучений ионизировать вещество сре­ды, в которой они распространяются. Ионизация, в свою очередь, является причиной физических и химических из­менений в веществе, которые могут быть обнаружены и измерены. К та­ким изменениям среды относятся: из­менения электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материа­лов); люминесценция (свечение) не­которых веществ; засвечивание фото­пленок; изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электри­ческому току некоторых химических растворов и др.

Для обнаружения и измерения ио­низирующих излучений используют следующие методы: фотографический, сцинтилляционный, химический и ио­низационный. В современных дозиметрических приборах широкое распространение получил ионизационный метод обнару­жения и измерения ионизирующих из­лучений.

Ионизационный метод. Под воздей­ствием излучений в изолированном объеме происходит ионизация газа: электрически нейтральные атомы (мо­лекулы) газа разделяются на положи­тельные и отрицательные ионы. Если в этот объем поместить два электрода, к которым приложено постоянное на­пряжение, то между электродами соз­дается электрическое поле. При нали­чии электрического поля в ионизиро­ванном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т. е. че­рез газ проходит электрический ток, называемый ионизационным. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излуче­ний.

Приборы, работающие на основе ионизационного метода, имеют принци­пиально одинаковое устройство (рис. 1.) и включают: 1) воспринимающее уст­ройство (ионизационную камеру или газоразрядный счетчик),

2) усилитель ионизационного тока (электрическая схема, включающая электрометричес­кую лампу, 3) нагрузочное сопротивле­ние (другие элементы), 4) регистриру­ющее устройство (микроамперметр), 5) источник питания (сухие элемен­ты или аккумуляторы).

Ионизационная камера представ­ляет собой заполненный воздухом за­мкнутый объем, внутри которого нахо­дятся два изолированных друг от дру­га электрода (типа конденсатора). К электродам камеры приложено на­пряжение от источника постоянного тока. При отсутствии ионизирующего излучения в цепи ионизационной каме­ры тока не будет, поскольку воздух является изолятором. При воздействии же излучений в ионизационной камере молекулы воздуха ионизируются.

Рис. 1.

В электрическом поле положительно заряженные частицы перемещаются к катоду, а отрицательные — к аноду. В цепи камеры возникает ионизацион­ный ток, который регистрируется мик­роамперметром. Числовое значение ио­низационного тока пропорционально мощности излучения. Следовательно, по ионизационному току можно судить о мощности дозы излучений, воздейст­вующих на камеру. Ионизационная камера работает в области насыще­ния. Газоразрядный счетчик использует­ся для измерения радиоактивных излу­чений малой интенсивности. Высокая чувствительность счетчика позволяет измерять интенсивность излучения в десятки тысяч раз меньше той, кото­рую удается измерить ионизационной камерой.

Газоразрядный счетчик представ­ляет собой полый герметичный метал­лический или стеклянный цилиндр, за­полненный разреженной смесью инерт­ных газов (аргон, неон) с некоторыми добавками, улучшающими работу счет­чика (пары спирта). Внутри цилиндра, вдоль его оси, натянута тонкая метал­лическая нить (анод), изолированная от цилиндра. Катодом служит метал­лический корпус или тонкий слой ме­талла, нанесенный на внутреннюю по­верхность стеклянного корпуса счет­чика. К металлической нити и токо-проводящему слою (катоду) подают напряжение электрического тока.

В газоразрядных счетчиках исполь­зуют принцип усиления газового раз­ряда. В отсутствие радиоактивного излучения свободных ионов в объеме счетчика нет. Следовательно, в цепи счетчика электрического тока также нет. При воздействии радиоактивных излучений в рабочем объеме счетчика образуются заряженные частицы. Электроны, двигаясь в электрическом поле к аноду счетчика, площадь кото­рого значительно меньше площади ка­тода, приобретают кинетическую энер­гию, достаточную для дополнительной ионизации атомов газовой среды. Вы­битые при этом электроны также про­изводят ионизацию. Таким образом, одна частица радиоактивного излуче­ния, попавшая в объем смеси газово­го счетчика, вызывает образование лавины свободных электронов. На ни­ти счетчика собирается большое коли­чество электронов. В результате этого положительный потенциал резко уменьшается и возникает электричес­кий импульс. Регистрируя количество импульсов тока, возникающих в еди­ницу времени, можно судить об интен­сивности радиоактивных излучений.

Дозиметрические приборы предна­значаются для: контроля облучения — получения данных о поглощенных или экспозици­онных дозах излучения людьми и сель­скохозяйственными животными; контроля радиоактивного зараже­ния радиоактивными веществами лю­дей, сельскохозяйственных животных, а также техники, транспорта, оборудо­вания, средств индивидуальной защи­ты, одежды, продовольствия, воды, фу­ража и других объектов; радиационной разведки — опреде­ления уровня радиации на местности. Кроме того, с помощью дозиметри­ческих приборов может быть определена наведенная радиоактивность в облученных нейтронными потоками различных технических средствах, предметах и грунте. Для радиационной разведки и до­зиметрического контроля на объекте используют дозиметры и измерители мощности экспозиционной дозы, такти­ко-технические характеристики кото­рых приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Наименование	Назначение	Диапазон измерения	Погреш­ность из­меренной дозы, %	Диапазон ра­бочих темпе­ратур, °С	Основные данные по комплектности	Масса, кг
		Дозиметры
Комплект до­зиметров ДП-22В, имеющий ДКП-50 А	Для измерения экспозицион­ных доз гам­ма-излучения	2—50 Р	±10	—40...+50	ДКП-50А-50 шт. Зарядное уст­ройство ЗД-5 — 1 шт.	ДКП-50А— 32 г. Комп­лект в ук­ладочном ящике—5 кг; ЗД-5-1,4 кг
Комплект дозиметров ДП-24, имеющий ДКП-50А	То же	2—50 Р	±10	—40...+50	ДКП-50А—5 шт Зарядное уст­ройство ЗД-5 — 1 шт.	ДКП-50А— 32 г. Комп­лект в ук­ладочном ящике— 3,2 кг
Комплект индивиду­альных до­зиметров ИД-1	Для измерения поглощенных доз гамма-ней­тронного из­лучения	20-500 рад	±20	—50...+50	ИД-1 — 10 шт. Зарядное уст­ройство ЗД-6 — 1 шт.	ИД-1—40 г Комплект в футляре— 1,5 кг. ЗД-6 —0,5 кг
Измерители мощности экспозиционной дозы (радиометры — рентгенометры)
Измеритель мощности дозы ДП-5А (Б)	Для измерения мощности эк­спозиционной дозы гамма-излучений на местности и радиоактивно­го заражения различных по­верхностей по гамма-излуче­нию	0,05 мР/ч— 200 Р/ч	±30	—40...+50 при влаж­ности 65±15 %	Прибор в фут­ляре с конт­рольным источ­ником бета-излучения — 1 шт. Удлини­тельная штан­га — 1 шт.	2,8
Измеритель мощности дозы ДП-5В	То же	0,0 5мР/ч— 200 Р/ч	±30	—40...+50 при влаж­ности 65±15 %	То же	3,2
Бортовой измеритель мощности ДП-ЗБ	Для измерения мощности эк­спозиционной дозы 4 гамма-излучений на местности	0,1—500 Р/ч	±10 (±15 на первом поддиа­пазоне)	—40...+50	Измеритель­ный пульт — 1 шт. Вынос­ной блок — 1 шт. ЗИП—1 компл.	4,4

1.Комплекты индивидуальных дози­метров ДП-22В и ДП-24, имеющих до­зиметры карманные прямо показыва­ющие ДКП-50А, предназначенные для контроля экспозиционных доз гамма-облучения, получаемых людьми при работе на зараженной радиоактивны­ми веществами местности или при работе с открытыми и закрытыми источ­никами ионизирующих излучений.

Рис.2.

Комплект дозиметров ДП-22В (рис.2а), ДП-24 (рис.2б), состоит из зарядного устройства: выпрямитель высокого напряжения, потенциометр-регулятор напряжения, лампочка для подсвета зарядного гнез­да, микровыключатель и элементы пи­тания. На верхней панели устройства находятся: ручка потенциометра 3, за­рядное гнездо 5 с колпачком 6 и крыш­ка отсека питания 4. Питание осуще­ствляется от двух сухих элементов ти­па 1,6-ПМЦ-У-8, обеспечивающих не­прерывную работу прибора не менее 30 ч при токе потребления 200 мА. На­пряжение на выходе зарядного устрой­ства плавно регулируется в пределах от 180 до 250 В.

Дозиметр карманный прямопоказывающий ДКП-50А предназна­чен для измерения экспозиционных доз гамма-излучения. Конструктивно он выполнен в форме авторучки (рис. 3). Дозиметр состоит из дюралевого корпуса 1, в котором расположены ионизационная камера с конденсатором, электроскоп, отсчетное устройство и зарядная часть.

Основная часть дозиметра-мало­габаритная ионизационная камера 2, к которой подключен конденсатор 4 с электроскопом. Внешним электродом системы камера — конденсатор явля­ется дюралевый цилиндрический кор­пус 2, внутренним электродом-алюминиевый стержень 5. Электроскоп образует изогнутая часть внутреннего электрода (держатель) и приклеенная к нему платинированная визирная нить (подвижной элемент) 3.

В передней части корпуса располо­жено отсчетное устройство-микро­скоп с 90-кратным увеличением, состо­ящий из окуляра 9, объектива 12 и шкалы 10. Шкала имеет 25 делений (от 0 до 50). Цена одного деления со­ответствует двум рентгенам. Шкалу и окуляр крепят фасонной гайкой. В задней части корпуса находится зарядная часть, состоящая из диафраг­мы 7 с подвижным контактным шты­рем 6. При нажатии штырь 6 замыка­ется с внутренним электродом иониза­ционной камеры. При снятии нагрузки контактный штырь диафрагмой воз­вращается в исходное положение. За­рядную часть дозиметра предохраняет от загрязнения защитная оправа 8. Дозиметр крепится к карману одежды с помощью держателя 11. Принцип действия дозиметра подобен действию простейшего электро­скопа.

В процессе зарядки дозиметра визирная нить 3 электроскопа откло­няется от внутреннего электрода 5 под влиянием сил электростатического отталкивания. Отклонение нити зави­сит от приложенного напряжения,

Рис.3 ко­торое при зарядке регулируют и под­бирают так, чтобы изображение визир­ной нити совместилось с нулем шкалы отсчетного устройства. При воздействии гамма-излучения на заряженный дозиметр в рабочем объеме камеры возникает ионизацион­ный ток. Ионизационный ток уменьша­ет первоначальный заряд конденсатора и камеры, а следовательно, и потен­циал внутреннего электрода, Изменение потенциала, измеряемого электро­скопом, пропорционально экспозици­онной дозе гамма-излучения. Измене­ние потенциала внутреннего электрода приводит к уменьшению сил электро­статического отталкивания между ви­зирной нитью и держателем электро­скопа. В результате визирная нить сближается с держателем, а изобра­жение ее перемещается по шкале от­счетного устройства. Держа дозиметр против света и наблюдая через окуляр за нитью, можно в любой момент про­извести отсчет полученной экспозици­онной дозы излучения. Дозиметр ДКП-50А обеспечивает измерение индивидуальных экспозици­онных доз гамма-излучения в диапа­зоне от 2 до 50 Р при мощности экспо­зиционной дозы излучения от 0,5 до 200 Р/ч. Саморазряд дозиметра в нор­мальных условиях не превышает двух делений за сутки.

­Зарядка дозиметра ДКП-50А производится перед выходом на работу в район радиоактивного зара­жения (действия гамма-излучения) в следующем порядке:

а) отвинтить защитную оправу дози­метра (пробку со стеклом) и защит­ный колпачок зарядного гнезда ЗД-5;

б) ручку потенциометра зарядного устройства повернуть влево до отказа;

в)дозиметр вставить в зарядное гнез­до зарядного устройства, при этом включается подсветка зарядного гнез­да и высокое напряжение;

г)наблюдая в окуляр, слегка нажать на дозиметр и, поворачивая ручку по­тенциометра вправо, установить нить на «0» шкалы, после чего вынуть до­зиметр из зарядного гнезда;

д) проверить положение нити на свет: ее изображение должно быть на отмет­ке «0», завернуть защитную оправу дозиметра и колпачок зарядного гнезда.

Экспозиционную дозу из­лучения определяют по поло­жению нити на шкале отсчетного уст­ройства. Отчет необходимо произво­дить при вертикальном положении ни­ти, чтобы исключить влияние на пока­зание дозиметра прогиба нити от веса.

Комплект ИД-1 предназначен для измерения поглощенных доз гамма-нейтронного излучения. Он состоит из индивидуальных дозиметров ИД-1 и зарядного устройства ЗД-6. Принцип работы дозиметра ИД-1 аналогичен принципу работы дозиметров для измерения экспозиционных доз гамма-излучения (например ДКП-50А).

2.Измерители мощности дозы ДП-5А (Б) и ДП-5В предназначены для измерения уровней радиации на местности и радиоактивной заражен­ности различных предметов по гам­ма-излучению. Мощность гамма-из­лучения определяется в миллирентге­нах или рентгенах в час для той точки пространства, в которой помещен при измерениях соответствующий счетчик прибора. Поглощённую эквивалентную эфективную дозу измеряют в зивертах. Устаревший аналог зиверта — бэр (биологический эквивалент рентгена). Их соотношение: 1 микроЗиверт/час≈100 микрорентген/час; 1 миллиЗиверт/час≈100 миллирентген/час; 1 миллиЗиверт (mSv, мЗв)=1000 микрозиверт (µSv, mkSv, мкЗв). Кроме того, имеется возмож­ность обнаружения бета-излучения. Диапазон измерений по гамма-из­лучению от 0,05 мР/ч до 200 Р/ч в ди­апазоне энергий гамма-квантов от 0,084 до 1,25 Мэв. Приборы ДП-5А, ДП-5Б и ДП-5В имеют шесть поддиапазонов измерений (табл. 2). Отсчет показа­ний приборов производится по нижней шкале микроамперметра в Р/ч, по вер­хней шкале — в мР/ч с последующим умножением на соответствующий ко­эффициент поддиапазона. Участки шка­лы от нуля до первой значащей цифры являются нерабочими. Приборы имеют звуковую индика­цию на всех поддиапазонах, кроме первого. Звуковая индикация прослу­шивается с помощью головных теле­фонов 8. Питание приборов осуществляется от трех сухих элементов типа КБ-1 (один из них для подсвета шкалы), ко­торые обеспечивают непрерывность ра­боты в нормальных условиях не менее 40 ч — ДП-5А и 55 ч — ДП-5В. При­боры могут подключаться к внешним источникам постоянного тока напряже­нием 3,6 и 12В — ДП-5А и 12 или 24В — ДП-5В, имея для этой цели ко­лодку питания и делитель напряжения с кабелем длиной 10 м соответственно.

Устройство приборов ДП-5А (Б) и ДП-5В. В комплект при­бора входят: футляр с ремнями; удли­нительная штанга; колодка питания к ДП-5А (Б) и делитель напряжения к ДП-5В; комплект эксплуатационной документации и4.) из из­мерительного пульта; зонда в ДП-5А (Б) или блока детектирования

Таблица 2.

Поддиапазоны	Положение руч­ки переключате­ля поддиапазо­нов	Шкала	Единица	Пределы изме­рений	Время установ­ления показате­лей, с
I		0—200	Р/ч	5-200
II	х I000	0—5	мР/ч	500—5000
III	х 100	0—5	То же	50—500
IV	х 10	0—5	То же	5—50
V	х I	0—5	То же	0,5—5
VI	х 0,1	0—5	То же	0,05—0,5

у ДП-5В. Измерительный пульт состоит из панели и кожуха. На панели измери­тельного пульта размещены: микроам­перметр с двумя измерительными шка­лами (3); переключатель поддиапазонов (4), ручка «Режим» (6) (потенциометр ре­гулировки режима); кнопка сброса по­казаний («Сброс») (7); тумблер подсве­та шкалы (5); винт установки нуля (10); гнездо включения телефона (11). Панель крепится к кожуху двумя невыпадающими винтами. Элементы схемы прибо­ра смонтированы на шасси, соединен­ном с панелью при помощи шарнира и винта. Внизу

Рис. 4. ДП-5В. кожуха имеется отсек для размещения

источников питания. При отсутствии

элементов питания сюда мо­жет быть подключен делитель напряжения от источников постоянного тока.

Воспринимающими устройствами приборов являются газоразрядные счетчики, установленные: в приборе ДП-5А — один (СИЗБГ) в измеритель­ном пульте и два (СИЗБГ и СТС-5) в зонде; в приборе ДП-5В — два (СБМ-20 и СИЗБГ) в блоке детектирования.

Зонд и блок детектирования (1) пред­ставляет собой стальной цилиндричес­кий корпус с окном для индикации бе­та-излучения, заклеенным этилцеллю-лозной водостойкой пленкой, через которую проникают бета-частицы. На корпус надет металлический поворот­ный экран, который фиксируется в двух положениях («Г» и «Б») на зонде и в трех положениях («Г», «Б» и «К») на блоке детектирования. В положении «Г» окно корпуса закрывается экраном и в счетчик могут проникать только гамма-лучи. При повороте экрана в положение «Б» окно корпуса открыва­ется и бета-частицы проникают к счет­чику. В положении «К» контрольный источник бета-излучения, который ук­реплен в углублении на экране, уста­навливается против окна и в этом по­ложении проверяется работоспособ­ность прибора ДП-5В.

На корпусах зонда и блока детек­тирования имеются по два выступа, с помощью которых они устанавливают­ся на обследуемые поверхности при ин­дикации бета-зараженности. Внутри корпуса находится плата, на которой смонтированы газоразрядные счетчики, усилитель-нормализатор и электриче­ская схема. Футляр прибора состоит: ДП-5А — из двух отсеков (для установки пульта и зонда); ДП-5В — из трех отсеков (для размещения пульта, блока детек­тирования и запасных элементов пита­ния). В крышке футляра имеются окна для наблюдения за показаниями при­бора. Для ношения прибора к футляру присоединяются два ремня. Телефон (8) состоит из двух малога­баритных телефонов типа ТГ-7М и ого­ловья из мягкого материала. Он под­ключается к измерительному пульту и фиксирует наличие радиоактивных из­лучений: чем выше мощность излуче­ний, тем чаще звуковые щелчки. Из запасных частей в комплект при­бора входят чехлы для зонда, колпач­ки, лампочки накаливания, отвертка, винты.

Подготовка прибора к работе проводится в следующем порядке:

1) извлечь прибор из укладочного ящика, открыть крышку футляра, про­вести внешний осмотр, пристегнуть к футляру поясной и плечевой ремни;

2) вынуть зонд или блок детектирова­ния; присоединить ручку к зонду, а к блоку детектирования — штангу (ис­пользуемую как ручку);

3) установить корректором механичес­кий нуль на шкале микроамперметра;

4) подключить источники питания;

5) включить прибор, поставив ручки переключателей поддиапазонов в по­ложение: «Реж.» ДП-5А и «А» (конт­роль режима) ДП-5В (стрелка прибора должна установиться в режимном сек­торе); в ДП-5А с помощью ручки по­тенциометра стрелку прибора устано­вить в режимном секторе на «▼». Если стрелки микроамперметров не входят в режимные сектора, необходимо заме­нить источники питания.

Проверку работоспособности при­боров проводят на всех поддиапазонах, кроме первого («200»), с помощью кон­трольных источников, для чего экраны зонда и блока детектирования устанав­ливают в положениях «Б» и «К» соот­ветственно и подключают телефоны. В приборе ДП-5А открывают контроль­ный бета-источник, устанавливают зонд опорными выступами на крышку фут­ляра так, чтобы источник находился против открытого окна зонда. Затем, переводя последовательно переключа­тель поддиапазонов в положения «х 1000»,«х 100», «х 10», «х 1» и «х 0,1», наблюдают за показаниями прибора и прослушивают щелчки в телефонах. Стрелки микроамперметров должны зашкаливать на VI и V поддиапазонах, отклоняться на IV, а на III и II могут не отклоняться из-за недостаточной ак­тивности контрольных бета-источников.

После этого ручки переключателей поставить в положение «Выкл.» ДП-5А и «А» - ДП-5В; нажать кнопки «Сброс»; повернуть экраны в положе­ние «Г». Приборы готовы к работе.

Радиационную разведку местности, с уровнями радиации от 0,5 до 5 Р/ч, производят на втором поддиапазоне (зонд и блок детектиро­вания с экраном в положении «Г» оста­ются в кожухах приборов), а свыше 5 Р/ч - на первом поддиапазоне. При измерении прибор должен находиться на высоте 0,7-1 м от поверхности земли.

Степень радиоактивного заражения кожных покровов лю­дей, их одежды, сельскохозяйственных животных, техники, оборудования, транспорта и т. п. определяется в следующей последовательности. Измеряют гамма-фон в месте, где будет опреде­ляться степень заражения объекта, но не ближе 15-20 м от обследуемого объ­екта. Затем зонд (блок детектирова­ния) упорами вперед подносят к повер­хности объекта на расстояние 1,5—2 см и медленно перемещают над поверх­ностью объекта (экран зонда в поло­жении «Г»). Из максимальной мощно­сти экспозиционной дозы, измеренной на поверхности объекта, вычитают гам­ма-фон. Результат будет характеризо­вать степень радиоактивного зараже­ния объекта.

Для определения наличия наведенной активности тех­ники, подвергшейся воздействию ней­тронного излучения, производят два из­мерения — снаружи и внутри техники. Если результаты измерений близки между собой, это означает, что техни­ка имеет наведенную активность.

Для обнаружения бета-из­лучений необходимо установить эк­ран зонда в положении «Б», поднести к обследуемой поверхности на рассто­яние 1,5-2 см. Ручку переключателя поддиапазонов последовательно поста­вить в положения «х 0,1», «х 1», «х 10» до получения отклонения стрелки мик­роамперметра в пределах шкалы. Уве­личение показаний прибора на одном и том же поддиапазоне по сравнению с гамма-измерением показывает нали­чие бета-излучения. Если надо выяснить, с какой сторо­ны заражена поверхность брезентовых тентов, стен и перегородок сооружений и других прозрачных для гамма-излу­чений объектов, то производят два за­мера в положении зонда «Б» и «Г». Поверхность заражена с той стороны, с которой показания прибора в положе­нии зонда «Б» заметно выше.

При определении степени радиоактивного заражения воды отбирают две пробы общим объемом 1,5-10 л. Одну — из верх­него слоя водоисточника, другую - с придонного слоя. Измерения произво­дят зондом в положении «Б», располагая его на расстоянии 0,5-1 см от по­верхности воды, и снимают показания по верхней шкале.

На информационных табличках на крышках футляров даны сведения о допустимых нормах радиоактивного заражения и указаны поддиапазоны, на которых они измеря­ются.