Що таке дозиметр, радіометр?

Дозиметр – це пристрій для вимірювання дози або потужності дози іонізуючого випромінювання, отриманої приладом (і тим, хто їм користується) за деякий проміжок часу, наприклад, за період перебування на деякій території або за робочу зміну. Вимірювання вищезгаданих величин називається дозиметрією.

Іноді "дозиметром" не зовсім точно називають радіометр – прилад для вимірювання активності радіонукліду в джерелі або зразку (в об'ємі рідини, газу, аерозолю, на забруднених поверхнях) або щільності потоку іонізуючих випромінювань для перевірки на радіоактивність підозрілих предметів і оцінки радіаційного стану в даному місці в даний момент. Вимірювання вищезгаданих величин називається радіометрією. Ренгенометр – різновид радіометра для вимірювання потужності гама-випромінювання.

Побутові прилади, як правило, комбіновані, мають обидва режими роботи з переключенням «дозиметр»-«радіометр», світлову та (або) звукову сигналізацію і дисплей для відліку вимірювань. Маса побутових від 400 до декількох десятків грамів, розмір дозволяє покласти їх до кишені. Деякі сучасні моделі можна надіти на руку, як годинник. Час неперервної роботи від однієї батареї від декількох діб до декількох місяців.

Діапазон вимірювання побутових радіометрів, як правило, від 10 мікрорентген за годину до 9.999 мілірентген за годину (0.1-99.99 мікрозіверт за годину), похибка вимірювання до ±30%.

Детектором (чутливим елементом дозиметра або радіометра, що слугує для перетворення явищ, викликаних іонізуючими випромінюваннями в електричний або іншій сигнал, легко доступний для вимірювання) може бути іонізаційна камера, лічильник Гейгера, сцинтилятор, напівпровідниковий діод таі ін.

Іонізаційна камера

Іонізаційна камера – це газонаповнений датчик, призначений для вимірювання рівня іонізуючого випромінювання.

Вимірювання рівня випромінювання відбувається шляхом вимірювання рівня іонізації газу в робочему об'ємі камери, який знаходиться між двома електродами. Між електродами створюється різниця потенціалів. При наявності іонів в газі між електродами виникає іонний струм, який може бути виміряний. Струм при інших рівних умовах пропорційний швидкості виникнення іонів і, відповідно, потужності дози опромінення.

В широкому сенсі до іонізаційних камер відносять також пропорційні лічильники і лічильники Гейгера-Мюллера. В цих приладах використовується явище так званого газового підсилення за рахунок вторинної іонізації – в сильному електричному полі електрони, що виникли при прольоті іонізуючої частки, розганяються до енергії, достатньої, щоб у свою чергу іонізувати молекули газу. У вузькому сенсі іонізаційна камера – це газонаповнений іонізаційний детектор, що працює поза режимом газового підсилення.

Газ, яким заповнюється іонізаційна камера, зазвичай є інертним газом (або їх сумішшю) з додаванням сполуки що легко іонізується (зазвичай вуглеводню, наприклад метану або ацетилену). Відкриті іонізаційні камери (наприклад, іонізаційні детектори диму) заповнені повітрям.

Іонізаційні камери бувають струмовими (інтегруючими) і імпульсними. В останньому випадку на анод камери збираються більш рухливі електрони (за час порядку 1 мкс), тоді як повільно дрейфуючі важкі позитивні іони не встигають за цей час досягти катоду. Це дозволяє реєструвати окремі імпульси від кожної частки. В такі камери вводять третій електрод - сітку, розташовану поблизу анода, яка екранує його від позитивних іонів.

Лічильник Гейгера-Мюллера

Лічильник Гейгера, лічильник Гейгера-Мюллера – це газорозрядний прилад для підрахунку кількості потрапивших в нього іонізуючих часток. Являє собою газонаповнений конденсатор, що пробивається при прольоті іонізуючої частки через об'єм газу. Додаткова електронна схема забезпечує лічильник живленням (як правило, не менше 300В), забезпечує, при необхідності, гасіння розряду і підраховує кількість розрядів через лічильник.

Лічильники Гейгера розділяються на ті, що не самогасяться і ті що самогасяться (що не вимагають зовнішньої схеми припинення розряду). Чутливість лічильника визначається складом газу, його об'ємом і матеріалом (і товщиною) його стінок.

В побутових дозиметрах і радіометрах виробництва СРСР і Росії зазвичай застосовуються 400-вольтові лічильники:

• «СБМ-20» (по розмірам - трохи товще олівця), СБМ-21 (як цигарковий фільтр, обидва зі стальним корпусом, придатним для жорсткого гама- і бета-випромінювань);
• «СИ-8Б» (зі слюдяним вікном в корпусі, придатний для вимірювання м'якого бета-випромінювання).

Широке застосування лічильника Гейгера-Мюллера пояснюється високою чутливістю, можливістю реєструвати різного роду випромінювання, порівняльною простотою і дешевизною установки. Лічильник був винайдений у 1908 році Гейгером і вдосконалений Мюллером.

Циліндричний лічильник Гейгера-Мюллера складається з металевої трубки або металізованої зсередини скляної трубки і тонкої металевої нитки, натягнутої по вісі циліндра. Нитка слугує анодом, трубка – катодом. Трубка заповнюється розрідженим газом, в більшості випадків використовують благородні гази аргон і неон. Між катодом і анодом створюється напруга порядку 1500 В.

Робота лічильна основана на ударній іонізації. Гама – кванти, що випромінюються радіоактивним ізотопом, потрапляючи на стінки лічильника, вибивають з нього електрони. Електрони, рухаючись в газі і стикаючись з атомами газу, вибивають з атомів електрони і створюють позитивні іони і вільні електрони. Електричне поле між катодом і анодом прискорює електрони до енергій, при яких починається ударна іонізація. Виникає лавина іонів, і струм через лічильник різко зростає. При цьому на опорі R утворюється імпульс напруги, який подається в реєструючий пристрій. Щоб лічильник зміг реєструвати наступну частку, лавинний заряд слід погасити. Це відбувається автоматично. В момент появи імпульсу струму на опорі R виникає велике падіння напруги, тому напруга між анодом і катодом різко зменшується і настільки, що розряд припинається, і лічильник знову готовий до роботи.

Важливою характеристикою лічильника є його ефективність. Не все гама-фотони, що потрапили на лічильник, дадуть вторинні електрони і будуть зареєстровані, так як акти взаємодії гама-променів з речовиною порівняно нечасті, і частина вторинних електронів поглинається в стінках приладу, не досягнув газового об'єму.

Ефективність лічильника залежить від товщини стінок лічильника, їх матеріалу і енергії гамма - випромінювання. Найбільшу ефективність мають лічильники, стінки яких зроблені з матеріалу з великим атомним номером Z , так як при цьому збільшується утворення вторинних електронів. Крім того, стінки лічильника повинні бути достатньо товстими. Товщина стінки лічильника вибирається з умови її рівності довжині вільного пробігу вторинних електронів в матеріалі стінки. При великій товщині стінки вторинні електрони не пройдуть в робочий об'єм лічильника і виникнення імпульсу струму не відбудеться. Так як гама-випромінювання слабо взаємодіє з речовиною, то зазвичай ефективність гама - лічильників також мала і складає всього 1-2%. Іншим недоліком лічильника Гейгера – Мюлера є те, що він не дає можливість ідентифікувати частинки і визначати їх енергію. Ці недоліки відсутні в сцинтиляційних лічильниках.

Сцинтилятори

Сцинтилятори - речовини, що здатні випромінювати світло при поглинанні іонізуючого випромінювання (гама-квантів, електронів, альфа-часток і т.д.). Як правило, кількість випромінюваних фотонів для даного типу випромінювання приблизно пропорційно поглиненій енергії, що дозволяє отримувати енергетичні спектри випромінювання. Сцинтиляційні детектори ядерних випромінювань - основне застосування сцинтиляторів. В сцинтиляційному детекторі світло, що випромінюється при сцинтиляції, збирається на фотоприймачі (як правило, це фотокатод фотоелектронного помножувача – ФЕП, значно рідше використовуються фотодіоди і інші фотоприймачі), перетворюється в імпульс струму, підсилюється і записується тією чи іншою системою реєстрації.