Дозиметрия. Радиометрия. Ядерная спектроскопия

ДОЗИМЕТРИЯ - совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ИИ, основанных на колич-ом опр-нии изменений, произведенных в в-ве излучением. П рямой калориметрич. метод дозиметрии ‑ измеряется поглощенная в-вом энергия излучения в виде тепла, выделенного в рабочем теле калориметра, и косвенные методы (радиолюминесцентные, химич и спец. методы)‑ измеряют радиац. эффекты, пропорциональные поглощенной дозе. Калориметрический метод (диапазон поглощенных доз от 1 до 10⁶ Гр) основан на измерении приращения т-ры dТ, вызванного поглощением в-вом порции dE энергии излучения в калориметре. При отсутствии необратимых хим. р-ций dТ= dЕ/mс, где m - масса поглотителя, с - его теплоемкость. Используют гл. обр. адиабатич., изотермич., проточные калориметры; поглотители -металлы, графит и др. Недостатки метода - низкая чувствительность и сложность аппаратурного оформления. Метод применяют в осн. для определения коэф. пропорциональности, связывающих радиац. эффекты с поглощенной дозой в относительных методах дозиметрии, и для калибровки дозиметрич. детекторов. Ионизационные методы (диапазон доз от 10^-8 до 10⁶ Гр) измеряют кол-ва ионов, возникших в облучаемом в-ве при действии излучения. В случае облучения в-ва сложного элементного состава вводят понятие его эффективного ат. н., равного ат. н. условно простого в-ва, для к-рого коэф. поглощения излучения, рассчитанный на 1 электрон, такой же, как и для облучаемого сложного в-ва. Наиб. распространение получили ионизац. Камеры (поглотитель-газ). Измеряемая хар-ка -ионизац. ток, пропорциональный мощности дозы излучения, или кол-во электричества, пропорциональное дозе. Для дозиметрии фотонного излучения применяют воздухоэквивалентные камеры, материал стенок к-рых имеет такой же эффективный ат. н., что и воздух. Кол-во электричества Q за время t, и доза D_экc фотонного излучения в воздухе связаны зависимостью: Q = zeVrD_экc/w, где z - зарядовое число иона, V - объем камеры, r - плотность воздуха, w - энергия образования пары ионов в воздухе. Для дозиметрии быстрых нейтронов используют тканеэквивалентные камеры, материал стенок к-рых и заполняющий газ по атомному составу эквивалентны мягкой биол. ткани. Применяют также ПП детекторы, в к-рыхчувствит. элементом служит материал на основе CdS, Si, Ge или др.; по принципу действия они аналогичны ионизац. газовым камерам. В индивидуальной дозиметрии широко используют газовые ионизац. камеры конденсаторного типа в форме карандашей. К ионизац. детекторам относят и газоразрядные счетчики, напр. Гейгера-Мюллера, пропорциональный и др.; их преимущество перед камерами - большая чувствительность при таких же габаритах, что обусловило их применение для контроля радиац. обстановки в рабочих помещениях. Радиолюминесцентные методы (диапазон доз от 10^-8 до 10⁴ Гр) основаны на том, что образованные в люминофоре под действие ионизирующего неравновесные носители заряда (электроны и дырки) локализуются на центрах захвата и удерживаются на них после прекращения облучения. При послед. возбуждении люминофора (ИК или УФ излучением, нагревом) наблюдается соотв. фото- или термолюминесценция, квантовый выход к-рой пропорционален поглощенной дозе. Радиофотолюминесцентный стеклянный детектор может состоять, напр., из 3,6% (по массе) Li, 0,8% В, 33,3% Р, 4,6% Аl и 53,5% О; активатор Ag (4,2%). Радиотермолюминесцентный детектор м. б. изготовлен из LiF, активированного Мn, или из CaF₂, активированного к.-л. РЗЭ. Достоинства радиолюминесцентных детекторов - высокая чувствительность при малых габаритах [квантовый выход люминесценции до ~ 10¹³ квант/(г.Гр)], длительное хранение дозиметрич. информации (до 10⁶ лет). Радиотермолюминесцентные дозиметры используют в индивидуальном дозиметрич. контроле. К радиолюминесцентным относят и сцинтилляционные детекторы, хотя для получения информации о поглощенной дозе с их помощью не требуется дополнительного термического или др. возбуждения. Сцинтилляц. детекторами служат, напр., NaI, активированный Tl; ZnS, активированный Ag; антрацен, стильбен. Химическая дозиметрия (диапазон доз от 10^-2 до 10⁸ Гр) основана на количеств.определении радиационно-хим. выхода G - числа образовавшихся, распавшихся или к.-л. иным образом изменившихся молекул, атомовили ионов облученного в-ва при поглощении 100 эВ излучения. Хим. дозиметрами могут служить: р-ры красителей в воде (напр., метиленового голубого) или в орг. р-рителях (напр., кристаллического фиолетового в метилэтилкетоне); О₂, воздух, N₂O, CH₄, С₂Н₆ и др. газы; циклогексан, бензоли др. орг. жидкости; полимерные материалы; неорг. стекла разл. состава. Преимущества хим. дозиметров - радиац. подобие с облучаемым в-вом, широкий диапазон использования; недостатки - высокие требования к чистоте используемых материалов и зав-сть G от пар-ров излучения.

РАДИОМЕТРИЯ -регистрация с помощью радиометрич. приборов излучений, испускаемых ядрами радионуклидов. Основана на разл. эффектах взаимод. излучения с веществом (ионизация, люминесценция. излучение Черепкова - Вавилова, образование треков в прозрачных средах, тепловое действие излучения, воздействие на фотографич. материалы и др.) Радиометрич. приборы состоят из детекторов, в которых происходит преобразование энергии излучения в электрическую, и регистрирующих устройств. Детекторы м. б. ионизационными, сцинтилляционными. По агрегатному состоянию рабочего тела различают газонаполненные, жидкостные, твердотельные детекторы; по типу регист-ого излучения-детекторы а-частиц, р-частиц, у-квантов, нейтронов.

В радиометрич. практике распространены счетчики Гейгера-Мюллера. В настоящее время они применяются гл. обр.в дозиметрии. а в радиохим. исследованиях постепенно вытесняются сцинтилляционными и полупроводниковыми детекторами. Сцинтилляционные детекторы основаны на регистрации люминесценции, вызываемой действием излучения на люминофоры. в которых энергия излучения преобразуется в световые вспышки (сцинтилляции). Люминофоры, используемые для этих целей, обычно наз. сцинтилляторами. Используют твердотельные неорг. и орг. сцинтилляторы и жидкие сцинтилляторы.

Полупроводниковые детекторы основаны на том, что регистрируемая частица, проникая в кристалл. генерирует в нем дополнит. (неравновесные) электронно-дырочные пары. Носители заряда (электроны и дырки) под действием приложенного электрич. поля "рассасываются", перемещаясь к электродам прибора. В р-ате во внеш. цепи детектора возникает электрич. импульс, который далее усиливается и регистрируется.

Излучение радиоактивного препарата регистрируется в виде числа импульсов N, зафиксированных детектором за время t. Скорость счета импульсов в единицу времени J = N/tи радиоактивность а препарата связаны соотношением: J = fа, где f-коэф., учитывающий эффективность регистрации, а также особенности схемы распада исследуемого радионуклида, поправки на геом. условия измерения, ослабление излучения в стенках детектора и самоослабление в слое препарата и т. п. Для решения мн. радиохим. задач достаточно проведения сравнит.измерений, когда не нужно определять радиоактивность препарата, а можно лишь сравнить активность препарата с активностью эталона или стандарта, определенной в идентичных условиях (при постоянном ф).

ЯДЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (ЯС) Раздел ядерной физики, посвященный изучению дискретного спектра ядерных состояний — определение энергии, Спина,чётности,изотонического спина и др. квантовых характеристик ядра в основном в возбуждённых состояниях. Значение этих данных необходимо для выяснения структуры ядер и получения сведений о силах, действующих между нуклонами. Установление перечисленных хар-к производится путём измерения энергий, интенсивностей, угловых распределений и поляризаций излучений, испускаемых ядром либо в процессе радиоактивного распада, либо в ядерных реакция. Получение спектроскопических данных по исследованию радиоактивного распада часто называется спектроскопией радиоактивных излучений, причём различают α-, β- и γ-спектроскопии в соответствии с типом излучений. В ядерно-спектроскопических исследованиях, отчётливо выделены 3 направления: применение так называемых прямых ядерных реакций, кулоновского возбуждения ядра и резонансных реакций. В последнем направлении особое место занимает так называемая Нейтронная спектроскопия(изучение энергетических зависимостей вероятностей ядерных реакций, вызываемых нейтронами).Арсенал технических средств современной ЯС чрезвычайно разнообразен. Он включает в себя магнитные спектрометры для измерения энергий заряженных частиц, кристалл-дифракционные спектрометры для измерения энергий γ-излучения, различные lетекторы ядерных излучений, позволяющие регистрировать и измерять энергию частиц и γ-квантов по эффектам взаимодействия быстрых частиц с атомами вещества (возбуждение и ионизация атомов).