Глава 18. Средства добывания информации о радиоактивных веществах

Добыванием информации о радиоактивных веществах зани­мается радиационная разведка. Демаскирующими признаками ра­диоактивных веществ являются ионизирующие (радиоактивные) излучения (нейтронов, гамма-лучей, альфа- и бета-частиц —n, γ, α и βсоответственно). Альфа-излучение (распад) представляет со­бой самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся ис­пусканием со скоростью 14000-20000 км/с двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро гелия. Бета-излучение представля­ет собой поток электронов, скорости которых близки к скорости света. Гамма-излучение является электромагнитным излучением с длиной волны менее 100 мкм. Заряд и кинетическую энергию а- и (3-частиц определяют по их отклонению в электрическом и маг­нитном полях известной напряженности. Энергию и длину вол­ны у-излучения рассчитывают по энергии электронов, освобожда­емых из различных веществ под действием этого излучения.

Для обнаружения и измерения радиоактивных излучений ис­пользуют средства, реализующие фотографический, сцинтилля-ционный, люминесцентный, химический и ионизационный ме­тоды.

Основу фотографического метода составляет зависимость степени почернения фотоэмульсии от поглощенной энергии из­лучения. Под воздействием ионизирующих излучений молекулы бромистого серебра фотоэмульсии распадаются на бром и серебро. Кристаллы серебра вызывают почернение фотопленки при ее про­явлении. По степени почернения определяют дозу излучения.

Сцинтилляционные детекторы представляют собой экран (пластину) из стекла, покрытый флюоресцирующим веществом (сульфидом цинка, антраценом или другими веществами), преоб­разующим кинетическую энергию радиоактивных частиц в энер­гию световой вспышки. Путем размещения за экраном фотоумно­жителя вспышки света преобразовываются в электрические сиг­налы с последующим измерением их интенсивности электронным счетчиком. Преимущество сцинтилляционного детектора состоит в том, что он может раздельно считать частицы, поступающие че­рез очень короткие промежутки времени (10~⁸-10~⁹ с). Дальнейшим развитием сцинтилляционного счетчика явля­ется люминесцентная камера, которая позволяет не только счи­тать частицы в течение очень короткого времени (10 '³-10~¹⁴ с), но и с помощью соответствующего электронно-оптического устройства регистрировать их траектории. В люминесцентных методах используется способность люминофоров накапливать поглощенную ''энергию излучения, а затем освобождать ее под действием дополнительного возбуждения при нагреве или облучении.

В химических методах используются свойства некоторых веществ изменять свою структуру под действием радиоактивного излучения. Например, при облучении хлороформа в воде образуется соляная кислота, изменяющая цвет добавленного в воду красите­ля. Изменением цвета реагирует на облучение трехвалентное железо с красителем. Зависимость изменения плотности цвета позво­ляет оценивать дозу поглощенного излучения.

Наиболее широко применяются ионизационные методы обнаружения радиоактивного излучения. Структура типового при­бора радиационной разведки, реализующей эти методы, приведе­на на рис. 18.1.

Рис. 18.1. Структурная схема прибора радиационной разведки

Детектор преобразует энергию радиоактивного излучения в электрические сигналы, которые после усиления поступают на стрелочный или цифровой индикатор. В качестве детектора ис­пользуются ионизационные камеры, газоразрядные счетчики, кристаллы полупроводника.

Ионизационные камеры (Вильсона, пузырьковые, искровые) Представляют собой сосуды цилиндрической или прямоуголь­ной формы, заполненные газом с пересыщенным паром (в каме­ре Вильсона), жидким водородом (в пузырьковой камере) и инерт­ным газом (в искровой камере). В искровой камере имеются, кроме того, плоскопараллельные близко расположенные друг к дру­гу пластины, на которые подается высокое напряжение, чуть ниже пробойного. Когда через камеру Вильсона и пузырьковую камеру пролетает электрически заряженная частица, на возникающих на ее пути ионах конденсируются маленькие капельки жидкости, ви­димые при боковом освещении. При пролете быстрой частицы че­рез искровую камеру вдоль ее траектории между пластинами про­скакивают искры, создавая огненный трек.

В малогабаритных приборах радиационной разведки приме­няются в основном газоразрядные счетчики (счетчики Гейгера— Мюллера). Газоразрядные счетчики представляют собой герме­тичную стеклянную трубку, заполненную газовой смесью (арго­на и воздуха, аргона и паров и др.) под давлением 0,1 атмосферы. Внутренняя поверхность трубки металлизирована. Внутри труб­ки протянута металлическая нить, на которую подается высокое положительное напряжение 1000-1500 В постоянного тока, а к ме­таллизированной поверхности счетчика — отрицательное напря­жение. Когда в газоразрядную трубку попадает ионизирующая частица, происходит лавинообразный процесс образования ио­нов, между электродами возникает короткий импульс тока, кото­рый подается на вход усилителя. В результате вторичной иониза­ции обеспечивается высокая чувствительность детектора. В про­стейшем варианте импульсы тока усиливаются и регистрируются в виде звуковых щелчков, в более совершенных дозиметрических приборах частота импульсов преобразуется в значение уровня из­лучения, отображаемое с помощью стрелочных или цифровых ин­дикаторов.

Счетчики Гейгера—Мюллера для регистрации α-излучения имеют очень тонкое (0,002-0,003 мм) слюдяное (пленочное) окно, через которое частицы без существенного поглощения попада­ют в трубку. Для регистрации β-излучения окно трубки делают из алюминиевой фольги толщиной 0,1-0,2 мм, которая поглоща­ет α-частицы. Трубки для регистрации γ-излучения закрыты слоем алюминия толщиной 1 мм, поглощающим α- и β-излучения.

Широкое распространение получили кристаллические полу­проводниковые детекторы, основу которых составляют полупро­водниковый кристалл кремния или германия с различными добавками. Электропроводность кристалла изменяется под действием ионизирующего излучения.

Приборы для обнаружения и измерения радиоактивных излу­чений в зависимости от назначения делятся на индикаторы ра­диоактивности, измерители мощности дозы (радиометры) и до­зиметры. По способу индикации интенсивности излучения — на стрелочные и цифровые.

Индикаторы радиоактивности информируют оператора свето­вой или звуковой индикации о наличии в зоне поиска радиоактив­ных веществ, радиометры обнаруживают и измеряют уровень ра­диоактивного заражения среды, рентгенметры определяют мощ­ность экспозиционной дозы, а дозиметры измеряют величину сум­марной дозы, полученной за время пребывания в зоне радиоактив­ного заражения.

Для обнаружения и измерения радиоактивного заражения мес­тности выпускаются разнообразные индикаторы радиоактивности, радиометры-рентгенометры со сменными фильтрами и дозиметры. Измерители мощности дозы делятся на стационарные, переносные и бортовые.

Для непрерывного контроля дозы, поглощаемой человеком, выпускаются индивидуальные дозиметры. Индивидуальный до­зиметр ДКП-50А выполнен в форме авторучки из дюралевого кор­пуса, в котором расположены ионизационная камера с конденса­тором, электроскоп, отчетное устройство и зарядная часть. В про­цессе зарядки конденсатора дозиметра под действием электроста­тического отталкивания отклоняется визирная нить электроскопа от внутреннего его электрода — пластины конденсатора. После за­ряда изображение нити на экране отсчетного устройства совпада­ют с нулем его шкалы отсчета. Под действием гамма-излучения за счет возникновения ионизационного тока уменьшается напряжение заряда центрального электрода, визирная нить приближается к Центральному электроду, а ее изображение перемещается по шкале отсчетного устройства. Наблюдая через окуляр за положением Изображения нити на шкале отсчета, можно в любой момент определить полученную экспозиционную дозу излучения. Этот дозиметр обеспечивает измерение индивидуальных экспозиционных доз гамма-излучения в диапазоне 2-50 Р при мощности экспозиционной дозы излучения 0,5-200 Р/ч.

Разнообразные профессиональные рентгенометры выпускает обнинское предприятие «Сигнал». Например, измеритель мощнос­ти дозы гамма-излучения ИМД-2 применяется в стационарных условиях, на летательных аппаратах, подвижных объектах и для пе­шей разведки. Индикация уровня производится с помощью светя­щегося сектора на шкале прибора. Он имеет следующие характе­ристики:

•диапазон измерения МЭД........ О мкР/ч-1000 Р/ч;

•погрешности измерения.......................... 30%

•диапазон температур окружающей среды, °С -50... +50;

•вес прибора, кг.................... "................ 1,6 кг;

•габариты, мм................................ 198 х 180 х 82.

Малогабаритные дозиметры(ДРС-01,ДКС-04,ДЭГ-8,ДРГ-01Т1, ДРГ-05М и др.) применяются людьми, имеющими дело с радиоак­тивными веществами, для измерения принятой ими дозы в течение определенного времени работы, например месяца. Пороговое зна­чение дозы за год не должно превышать 5 бэр.

Вопросы для самопроверки

1.Виды радиоактивных излучений, обнаруживаемых средствами добывания информации о радиоактивных веществах.

2.Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений.

3.Структура типового прибора радиационной разведки.

4.Типы приборов радиационной разведки.

5.Чем отличается экспозиционная доза от биологической?