Про Профстандарты РосМинТруда Обнаружение ионизирующих излучений основывается на их способности ионизировать и возбуждать атомы и молекулы среды, в которой они распространяются. Такие процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды, которые могут быть обнаружены и измерены.
К таким изменениям среды относятся:
изменение электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материалов);
люминесценция (свечение) некоторых веществ;
изменение цвета, окраски, прозрачности, сопротивления электрическому току некоторых химических растворов и др.
Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют фотографический, химический, сцинтилляционный и ионизационный методы.
Фотографический метод основан на измерении степени почернения фотоэмульсии под воздействием радиоактивных излучений. Гамма-лучи, воздействуя на молекулы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, выбивают из них электроны связи. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее проявлении.
Сравнивая почернение пленки с эталоном, можно определить полученную пленкой дозу облучения, так как интенсивность почернения пропорциональна дозе облучения.
Химический метод основан на определении изменений цвета некоторых химических веществ под воздействием радиоактивных излучений. Так, например, хлороформ при облучении распадается с образованием соляной кислоты, которая, накопившись в определенном количестве, воздействует на индикатор, добавленный к хлороформу. Интенсивность окрашивания индикатора зависит от количества соляной кислоты, образовавшейся под воздействием радиоактивного излучения, а количество образовавшейся соляной кислоты пропорционально дозе радиоактивного облучения. Сравнивая окраску раствора с имеющимися эталонами, можно определить дозу радиоактивных излучений, воздействовавших на раствор. На этом методе основан принцип работы химического дозиметра ДП-70 МП.
Сцинтилляционный метод основан на том, что под воздействием радиоактивных излучений некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция и др.) испускают фотоны видимого света. Возникшие при этом вспышки света (сцинтилляции) могут быть зарегистрированы. Количество вспышек пропорционально интенсивности излучения.
Ионизационный метод основан на том, что под воздействием радиоактивных излучений в изолированном объеме происходит ионизация газов. При этом нейтральные молекулы и атомы газа разделяются на пары: положительные ионы и электроны. Если в облучаемом объеме создать электрическое поле, то под воздействием сил электрического поля электроны, имеющие отрицательный заряд, будут перемещаться к аноду, а положительно заряженные ионы – к катоду, т.е. между электродами будет проходить электрический ток, называемый ионизационным током. Чем больше интенсивность, а следовательно, и ионизирующая способность радиоактивных излучений, тем выше сила ионизационного тока. Это дает возможность, измеряя силу ионизационного тока, определять интенсивность радиоактивных излучений. Данный метод является основным, и его используют почти во всех дозиметрических приборах.
Поглощенная доза – энергия радиоактивного излучения, поглощенная единицей массы облучаемого вещества или человеком. Чем продолжительнее время облучения, тем больше поглощенная доза. При одинаковых условиях облучения доза зависит от состава вещества. Поглощенная доза излучения является основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.
Мощность поглощенной дозы – это приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. На практике для оценки поглощенной дозы широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы “рад в час” (рад/ч) или “рад в секунду” (рад/с).
Эквивалентная доза – это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов ионизирующих излучений.
При взаимодействии
радиоактивных излучений со средой
происходит ионизация и возбуждение ее
нейтральных атомов и молекул. Эти
процессы приводят к существенным
изменениям физико-химических свойств
облучаемой среды, которые можно
регистрировать. В зависимости от того,
какое физико-химическое явление
регистрируется, различают следующие
методы измерения ионизирующих излучений:
фотографический, химический, люминесцентный,
сцинтилляционный, ионизационный.
Фотографический
методоснован на измерении степени
почернения фотоэмульсии. Под
воздействием ионизирующих излучений
молекулы бромистого серебра, содержащегося
в фотоэмульсии, распадаются на серебро
и бром. При этом образуются мельчайшие
кристаллики серебра, которые и вызывают
почернение фотопленки при ее проявлении.
Плотность почернения пропорциональна
дозе облучения. Сравнивая плотность
почернения с эталоном, определяют дозу
облучения, полученную пленкой.
Химический методоснован
на том, что молекулы некоторых веществ
в результате воздействия ионизирующих
излучений распадаются, образуя новые
химические соединения. Количество вновь
образованных химических веществ можно
определить различными способами.
Наиболее удобным для этого
является
способ, основанный на изменении плотности
окраски реактива, с которым вновь
образованное химическое соединение
вступает в реакцию. Так,
хлороформ при облучении разлагается с
образованием соляной кислоты, которая
дает цветную реакцию с красителем,
добавленным к хлороформу. По плотности
окраски судят о дозе облучения.
Люминесцентный
метод основан на способности некоторых
веществ (активированное серебро,
метафосфорное стекло, фтористый кальций)
накапливать энергию от ионизирующих
излучений. Затем при нагревании или
освещении ультрафиолетовыми лучами
они отдают накопленную энергию, которую
можно измерить в лаборатории
(термолюминесцентные и стеклянные
дозиметры).
Сцинтилляционный
метод основан на способности
некоторых веществ (сернистый цинк,
йодистый натрий, вольфрамат кальция и
др.) испускать фотоны видимого света
под воздействием радиоактивного
излучения. Фотоны
видимого света улавливаются специальным
прибором – так называемым фотоэлектронным
умножителем, способным регистрировать
каждую вспышку.
Ионизационный
метод основан на том, что под воздействием
радиоактивных излучений в изолированном
объеме происходит ионизация воздуха
или газа. Если в облучаемом объеме
создать электрическое поле, то под его
воздействием электроны, имеющие
отрицательный заряд, будут перемещаться
к аноду, а положительно заряженные ионы
– к катоду, т.е. между электродами будет
проходить электрический ток, называемый
ионизационным током. Чем больше
интенсивность радиоактивных излучений,
тем выше сила ионизационного тока. Это
дает возможность, измеряя силу
ионизационного тока, определять
интенсивность радиоактивных излучений.
Практически этот метод воплощен в виде
специальных устройств – ионизационных
камер и газоразрядных счетчиков.
Приборы,
предназначенные для обнаружения и
измерения радиоактивных излучений,
называются дозиметрическими.
По назначению
все приборы разделяются на индикаторы,
рентгенметры, радиометры и дозиметры
(комплекты измерителей доз).
Индикаторы
предназначены для обнаружения
радиоактивного излучения и ориентировочной
оценки мощности дозы гамма-излучений.
Эти приборы имеют простейшие электрические
схемы со световой и звуковой сигнализацией.
К этой группе относят ДП-64 и др.
Рентгенометры
служат для измерений мощности дозы
гамма- и рентгеновского излучения
(уровня радиации). Сюда относят приборы
ДП-5В, МКС-АТ6130А, ИМД-7 и др.
Радиометрами
обнаруживают и определяют степень
радиоактивного загрязнения поверхностей
оборудования, одежды, продуктов и др. К
этой группе относят приборы СЗБ-04,
РКГ-0,1, КРВП-ЗАБ и др.
Дозиметры
(комплекты измерителей доз) предназначены
для определения суммарной дозы облучения,
получаемой людьми за время нахождения
их в районе действия, главным образом
гамма-излучений. К этой группе относят
приборы ДП-22В (ДП-24), ИД-1 и др.
1.1 Химические методы обнаружения и измерения радиоактивного излучения
Поглощение энергии ионизирующих излучений в веществе может вызывать различные химические реакции, приводящие к необратимым изменениям в химическом составе вещества. Измеряя выход химических реакций, т.е. количество вновь образованных конечных продуктов реакций, можно определить поглощенную энергию. На этом принципе основаны химические методы обнаружения и измерения радиоактивного излучения.
Достоинство химических детекторов заключается в возможности выбора таких веществ, которые по воздействию на них ионизирующих излучений мало отличаются от тканей. Следовательно, химические изменения, происходящие в этих веществах под действием излучения, могут непосредственно служить мерой энергии излучения, поглощенной тканью. Химические детекторы могут быть использованы для измерений больших доз гамма-излучения/3/.
Можно выделить следующие виды детекторов:
Ферросульфатный детектор основан на свойстве ионов двухвалентного железа окисляться в кислой среде радикалами ОН* до трехвалентного железа. Ферросульфатный детектор чувствителен к органическим примесям и требует насыщения кислородом. Недостатком считается низкая чувствительность.
Нитратный детектор основан на свойстве ионов нитрата востанавливаться атомарным водородом до нитрит ионов, которые могут быть обнаружены рядом индикаторов. Имеют широкий диапазон измерения поглащения доз гамма-излучения. Недостатком является невысокая чувствительность.
Детектор на основе хлорзамещенных углеводородов:
Детектор на основе хлороформа позволяет определять дозу гамма-излучения начиная с 10 рад. Недостатком является недостаточная термическая устойчивость, зависимость радиационного выхода от температуры и мощность дозы, чувствительность к примесям и дневному свету, плохая стабильность при хранении.
Детектор на основе четыреххлористого углерода. Недостатком является недостаточная термическая устойчивость, зависимость радиационного выхода от температуры и мощность дозы, чувствительность к примесям и дневному свету, плохая стабильность при хранении.
1.2. Физические методы. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой
Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP/MS, ИСП/МС) развилась в один из наиболее успешных методов в атомной спектроскопии благодаря высокой чувствительности и возможности выполнения многоэлементного анализа.
Масс-спектрометрия – это физический метод измерения отношения массы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду. Существенное отличие масс-спектрометрии от других аналитических физико-химических методов состоит в том, что оптические, рентгеновские и некоторые другие методы детектируют излучение или поглощение энергии молекулами или атомами, а масс-спектрометрия имеет дело с самими частицами вещества. Масс-спектрометрия измеряет их массы, вернее соотношение массы к заряду. Для этого используются законы движения заряженных частиц материи в магнитном или электрическом поле. Масс-спектр – это просто рассортировка заряженных частиц по их массам (точнее отношениям массы к заряду). Следовательно, первое, что надо сделать для того, чтобы получить масс-спектр, превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие любое органическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы – ионы. Этот процесс называется ионизацией.
Наиболее распространенный способ ионизации в так называемой индуктивно-связанной плазме. Индуктивно-связанная плазма (ИСП, ICP) образуется внутри горелки, в которой горит, обычно, аргон. Аргон, вообще говоря, инертный негорючий газ, поэтому, чтобы заставить его гореть, в него закачивают энергию, помещая горелку в индукционную катушку. Когда в плазму аргоновой горелки попадают атомы и молекулы, они моментально превращаются в ионы. Для того чтобы ввести атомы и молекулы интересующего материала в плазму их обычно растворяют в воде и распыляют в плазму в виде мельчайшей взвеси.
В индуктивно-связанной плазме ионы генерируются при атмосферном давлении, в то время как масс-спектрометр работает при давлении меньше чем 10-5 мБар. Между ИСП и МС используется интерфейс в виде “узкого горла”, с помощью которого вытягиваются ионы из плазмы и осуществляется перепад давлений. В начале развития ИСП/МС в качестве интерфейса просто использовалось вытянутое носиком отверстие диаметром всего 50-70 мкм, охлаждаемое водой. Проблема, связанная с такой конструкцией заключалась в том, что холодные пограничные слои впереди конуса способствовали генерации большого количества посторонних ионов. Эту проблему удалось преодолеть путем увеличения диаметра входного отверстия до 1 мм, что отодвигало пограничные слои и ионы напрямую входили в масс-спектрометр из плазмы. Эта методика известна как непрерывный отбор образца и, следовательно, конус называется конус образца.
Поскольку поток газа через этот конус образца намного больше, чем было ранее при использовании отверстий с меньшим диаметром, давление следует понижать путем использования дифференциальной вакуумной откачки в две или более стадий. По этой причине на пути потока газа был установлен второй конус и пространство между этим конусом и конусом образца откачивается форвакуумным насосом с высокой скоростью откачки. Поскольку существует большой перепад давлений между источником индуктивно-связанной плазмы и первой стадией откачки, ионы засасываются в в пространство интерфейса и ускоряются до сверхзвуковых скоростей.
Для того, чтобы избежать турбуленции на втором конусе, он выполняется с острыми краями для “срезания” (скимирования) ионов из сверхзвукового пучка и, следовательно, этот конус получил название “скимерный”. Конструкция, состоящая из конуса образца и скимерного конуса с диаметрами около 1 мм получила название “интерфейс. Создание интерфейса означало прорыв в ИСП/МС технологии, обеспечивший более эффективную экстракцию ионов, улучшив пропускание ионов, а, следовательно, чувствительность метода, и снизив спектральные интерференции более чем на порядок по величине. Тем не менее, спектральные интерференции все еще оставались одним из главных ограничений метода элементного анализа.
Предел обнаружения метода составляет 16 фг/г. Данный метод позволяет определять не только количественный, но и качественный состав изотопов, тем самым делая возможным определение попадания изотопа в образце.
Раздел: Химия Количество знаков с пробелами: 54149 Количество таблиц: 6 Количество изображений: 3
МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Для обнаружения радиоактивных излучений (нейтронов, гамма-лучей, бета- и альфа-частиц) используют их способность облучать вещество среды, в которой они распространяются.
Вследствие облучения какого-либо материала происходит изменение физических и химических параметров в материале. К таким изменениям среды относятся:
изменения электропроводности веществ (газов, жидкостей, твердых материалов);
Именно по этим изменениям можно обнаружить источники радиоактивного излучения, также по ним можно определить какое это излучение и дать какую-то его оценку.
Основными методами для обнаружения и измерения ионизирующих излучений являются:
Данный метод стали применять раньше других. Он сыграл большую роль в развитии ядерной физики.
В физике сцинтилляцией называют вспышку света, возникающую при попадании заряженной частицы в среду, обладающую способностью люминесцировать. В некоторых люминофорах, например в сернистом цинке, сцинтилляция (световая вспышка), вызванная заряженными частицами, является достаточно яркой и может наблюдаться невооруженным глазом.
Первый прибор, основанный на использовании сцинтилляции, – спинтарископ был изобретен Круксом в 1903 году. Он представлял собой маленькую цилиндрическую камеру, дно которой было покрыто люминофором. Внутрь камеры помещали иглу, на острие которой находилось небольшое количество радиоактивного вещества. Вылетевшие из него заряженные частицы попадали на люминофор и вызывали сцинтилляции, которые наблюдали визуально и подсчитывали с помощью лупы, находившейся в верхней части камеры.
В настоящее время спинтарископ не применяют, но метод сцинтилляций не утратил своего значения, а получил современное техническое выражение и широко используется в науке и технике. Сцинтилляции теперь наблюдают и считают не визуально, а с помощью специальных устройств, называемых сцинтилляционными счетчиками.
Важной особенностью сцинтилляционных счетчиков является их способность оценивать энергию регистрируемых частиц, поскольку интенсивность сцинтилляций пропорциональна энергии частиц.
Работает сцинтилляционный счетчик следующим образом:
При попадании частицы в сцинтиллятор она начинает взаимодействовать с некоторыми атомами плотной среды сцинтиллятора. При этом какое-то количество атомов вещества, составляющего сцинтиллятор, переходит в возбуждение.
При обратном переходе атомов в нормальное состояние происходит испусканием света, т.е. люминесценция.
Бывает два вида люминесценции – флуоресценция и фосфоресценция. В первом случае высвечивание атома происходит почти мгновенно, во втором – возбужденные молекулы находятся в метастабильном состоянии неопределенное время.
Этот метод был разработан в 1928 году советскими физиками Мысовским и Ждановым. Его сущность заключается в использовании специальных фотоэмульсий для регистрации быстрых заряженных частиц. Фотоэмульсии, применяемые для указанных целей, принято называть ядерными.
Ядерные фотоэмульсии имеют толщину слоя от 600 до 1200 мкм, в то время как толщина слоя обычных фотоэмульсий составляет всего от 10 до20 мкм.
Заряженные частицы, попадая в слой фотоэмульсии, нанесенный на фотопластинку, вызывают ионизацию молекул фотоэмульсии, вызывающую почернение ее зерен. После химической обработки фотопластинки (проявления и фиксирования) следы (треки), оставленные пролетевшими через фотоэмульсию частицами, становятся видимыми. Их наблюдают с помощью микроскопа.
По форме отмеченного трека, его длине и толщине, по плотности почерневших зерен эмульсии и по многим другим признакам можно установить вид частицы, ее энергию, скорость, направление движения и многие другие характеристики.
Одно из основных преимуществ метода толстослойных эмульсий перед другими методами регистрации частиц заключается в том, что с его помощью получают не исчезающие со временем следы частиц, которые в дальнейшем могут быть тщательно изучены.
Недостатками фотоэмульсионного метода является сложность химической обработки фотопластинок и невозможность определения момента времени, в который заряженная частица попадает в фотоэмульсию.
Этот метод основан на свойстве ионизирующих излучений менять структуру некоторых химических элементов. Например, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с красителем, добавленным к хлороформу. Двухвалентное железо в кислой среде окисляется в трехвалентное под воздействием свободных радикалов НО2 и ОН, образующихся в воде при ее облучении. Трехвалентное железо с красителем дает цветную реакцию. По плотности окраски судят о дозе излучения (поглощенной энергии). На этом принципе основаны химические дозиметры ДП-70 и ДП-70М.
В современных дозиметрических приборах широкое распространение получил ионизационный метод обнаружения и измерения ионизирующих излучений.
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 и включают: воспринимающее устройство (ионизационную камеру или газоразрядный счетчик), усилитель ионизационного тока, регистрирующее устройство(микроамперметр) и источник питания.
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. 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 герметичный полый 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 токопроводящему слою (катоду) подают напряжение электрического тока.
В газоразрядных счетчиках используют принцип усиления газового разряда. 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.
Методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения невидимы, не имеют ни цвета, ни запаха или других признаков, которые указали бы человеку на их наличие или отсутствие. Поэтому их обнаружение и измерение производят косвенным путем на основании какого-либо свойства. Как правило, для определения уровней радиации, степени радиоактивности или дозы излучения используют один из методов: физический, химический, фотографический, биологический или математический (расчетный).
В основе работы дозиметрических и радиометрических приборов используются следующие методы индикации:
– ионизационный, основанный на свойстве, способности этих излучений ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений;
– сцинтиляционный, регистрирующий вспышки света, возникающие в сцинтиляторе (детекторе) под действием ионизирующих излучений, которые фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) преобразуются в электрический ток. Измеряемый анодный ток ФЭУ (токовый режим) и скорость счета (счетчиковый режим) пропорциональны уровням радиации;
– люминисцентный, базирующийся на эффектах радиофотолюминисценции (ФЛД) и радиотеримолюминисценции (ТЛД). В первом случае под действием ионизирующих излучений в люминофоре создаются центры фотолюминисценции, содержащие атомы и ионы серебра, которые при освещении ультрафиолетовым светом вызывают видимую люминисценцию, пропорциональную уровням радиации. Дозиметры ТЛД под действием теплового воздействия (нагрева) преобразуют поглощенную энергию ионизирующих излучений в люминицентную, интенсивность которой пропорциональна дозе ионизирующих излучений;
– фотографический – один из первых методов регистрации ионизирующих излучений, позволивший французскому ученому Э. Беккерелю открыть в 1896 г. явление радиоактивности. Этот метод дозиметрии основан на свойстве ионизирующих излучений воздействовать на чувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. По степени почернения (плотности) можно судить об интенсивности воздействующего на пленку ионизирующего излучения с учетом времени этого воздействия;
– химический, основанный на измерении выхода радиационно-химических реакций, протекающих под действием ионизирующих излучений. Известно значительное количество различных веществ, изменяющих свою окраску (степень окраски) или цвет в результате окислительных или восстановительных реакций, что можно соизмерять со степенью или плотностью ионизации. Данный метод используют при регистрации значительных уровней радиации;
– калориметрический, базирующийся на измерении количества теплоты, выделяемой в детекторе при поглощении энергии ионизирующих излучений, поглащаемая веществом, в конечном итоге преобразуются в теплоту при условии, что поглащающее вещество является химически инертным к излучению и это пропорционально интенсивности излучений;
– нейтронно-активационный, связанны с измерением наведенной активности и в которых случаях являющийся единственно возможным методом регистрации, особенно слабых нейтронных потоков, так как наведенная ими активность оказывается слишком малой для надежных измерений обычными методами. Кроме того, этот метод удобен при оценке доз в аварийных ситуациях, когда наблюдается кратковременное облучение большими потоками нейтронов.
В биологических методах дозиметрии использована способность излучений изменять биологические объекты. Величину дозы оценивают по уровню летальности животных, степени лейкопении, количеству хромосомных аббераций, изменению окраски и гиперемии кожи, выпадению волос, появлению в моче дезоксицитидина и др. Биологические методы не очень точны и менее чувствительны по сравнению с физическими.
В расчетных методах дозу излучения определяют путем математических вычислений. Это единственно возможный метод определения дозы от инкорпорированных радионуклидов, т. е. попавших внутрь организма.
Приборы для обнаружения и измерения ионизирующих излучений
Принципиальная схема любого дозиметрического и радиометрического прибора одинакова. Она включает три обязательных блока: детекторное устройство (детектор), регистрирующий прибор (индикатор) и блок питания (аккумуляторы, батарейки, элементы, электросеть и пр.). Одним из важнейших элементов приведенной схемы является детекторное устройство прибора, которое улавливает ионизирующие излучения от измеряемых объекте.
В качестве детектора чаще всего используют ионизационные камеры; горизонтальные или торцевые счетчики; кристаллы или другие люминофоры, светящиеся под воздействием ионизирующих излучений; фотосоставы или химические растворы, изменяющие свой цвет или степень окраски в зависимости от величины или интенсивности излучений и др.
Приборы, используемые для измерения ионизирующих излучений, классифицируют по различным признакам. Их классифицируют по назначению:
2. Дозиметры – служат для получения измерительной информации о поглощенной дозе или мощности дозы (ДП-70МП, комплект индивидуальных измерителей доз ИД-11).
3. Рентгенометры – измеряют мощность дозы гамма- и рентгеновского излучения. Детектор в них – ионизационный счетчик (измеритель мощности дозы ДП-5В (А, Б), бортовой рентгенметр ДП-ЗБ, измерители мощности дозы ИМД-21, ИМД-22).
4. Радиометры – измеряют активность (удельную, поверхностную, объемную). Детекторы в них – ионизационные и сцинтилляционные счетчики (портативный радиометр РКБ-05П, сцинтилляционный СРП-88Н, портативный сигнальный интеллектуальный дозиметр-радиометр МКС-09П).
5. Спектрометры – определяют энергию частиц, энергетический спектр, тип радионуклидов. (α -, β -, φ -спектрометры. На практике чаще всего – комбинированные).
Кроме того, существуют универсальные приборы, которые совмещают функции дозиметра, радиометра и спектрометра.
В зависимости от конструктивных особенностей и характера проведения контроля приборы делятся на:
1. Носимые приборы для индивидуального дозиметрического контроля;
2. Переносные приборы для группового дозиметрического или радиационного технологического контроля;
3. Стационарные одноканальные приборы и многоканальные установки для непрерывного дистанционного дозиметрического и радиационного технологического контроля. Их называют также системами радиационного контроля.
Аварии на радиационноопасных объектах экономики
Классификация аварий на РОО
Радиационноопасный объект (РОО) – территориально обособленный или технологически независимый объект использования атомной энергии, на котором проводятся работы с радионуклидными источниками, РВ (радиоактивными веществами) и РАО (радиоактивными отходами), включающий в себя работников (персонал) и оборудование для проведения такого рода работ.
К типовым радиационноопасным объектам относятся:
– атомные станции;
– предприятия по изготовлению ядерного топлива;
– по переработке отработавшего топлива и захоронению радиоактивных отходов;
– научно-исследовательские и проектные организации, имеющие ядерные реакторы;
– ядерные энергетические установки на транспорте;
– военные объекты.
РОО по потенциальной радиационной опасности делятся на следующие категории:
1 категория – РОО, при авариях, на которых возможно их радиационное воздействие на население и могут потребоваться меры по его защите;
2 категория – РОО, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается территорией санитарно-защитной зоны;
3 категория – РОО, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается территорией РОО;
4 категория – РОО, радиационное воздействие которых при аварии ограничивается помещениями, где проводятся работы с источниками излучения.
Категория РОО – характеристика РОО по степени его потенциальной опасности для населения в условиях нормальной эксплуатации и при возможной аварии.
Анализ аварий на РОО в 14 странах дал возможность установить основные причины их возникновения и долю каждой из них в общем числе аварий:
– ошибки в проекте, дефекты оборудования – 30, 7 %;
– износ и коррозия оборудования – 25, 5 %;
– ошибки оператора – 17, 5 %;
– ошибки в эксплуатации – 14, 7 %;
– прочие причины (стихийные бедствия, диверсии, теракты и т.д.) – 11, 6 %.
С целью заблаговременной разработки мер, реализация которых в случае аварии должна уменьшить вероятные последствия и содействовать успешной их ликвидации аварии классифицируют по определённым признакам.
Например, аварии, связанные с нарушением нормальной эксплуатации РОО, подразделяются на проектные и запроектные.
Проектная авария – авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния, в связи с чем предусмотрены системы безопасности.
Запроектная авария – вызывается не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями и приводит к тяжелым последствиям. При этом может произойти выход радиоактивных продуктов в количествах, приводящих к радиоактивному загрязнению прилегающей территории, возможному облучению населения выше установленных норм. В тяжелых случаях могут произойти тепловые и ядерные взрывы.
Также для характеристики и информирования населения об аварии на АЭС МАГАТЭ (Международным агентством по атомной энергетике) была разработана и внедрена в странах мира Международная шкала тяжести событий на АЭС (табл. 6).
Первые три уровня называют происшествиями (инцидентами), а последние четыре уровня – авариями. При этом значительную опасность для здоровья персонала, населения и ОПС представляют лишь события, отнесенные к 4, 5, 6, 7-му уровням. Например, катастрофа на ЧАЭС и Фукусиме относится к 7-му уровню; авария на АЭС ” Три-Майл-Айленд” (США) – к 5-му уровню; подавляющее большинство аварий на АЭС, о которых сообщалось в прессе, относится к 1, 2-му уровням шкалы; авария на Смоленской АЭС и Ленинградской АЭС (24 марта 1992 г.) – 3 уровень, а авария на Ново-Воронежской АЭС (3 ноября 2004 г.) – 0 уровень.
В зависимости от границ зон распространения радиоактивных веществ и радиационных последствий потенциальные аварии на АЭС делятся на шесть типов: локальная, местная, территориальная, региональная, федеральная, трансграничная.
Если при региональной аварии количество людей, получивших дозу облучения выше уровней, установленных для нормальной эксплуатации, может превысить 500 человек, или количество людей, у которых могут быть нарушены условия жизнедеятельности, превысит 1 000 человек, или материальный ущерб превысит 5 млн. минимальных размеров оплаты труда, то такая авария будет федеральной.
При трансграничных авариях радиационные последствия аварии выходят за территорию Российской Федерации, либо данная авария произошла за рубежом и затрагивает территорию Российской Федерации.
Выявление ионизирующего излучения
В узком смысле слова дозиметрия ионизирующего излучения объединяет в себе описание всех методов выявления данных видов излучений и определения их свойств.
Применяются три метода выявления ионизирующего излучения. Ионизационный метод лежит в основе вышеописанного счетчика Гейгера. Химический метод регистрации основан на том, что ионизирующее излучение провоцирует химический распад определенных веществ, и продукты реакции можно измерить количественно. В основе сцинтилляционного метода лежит способность определенных веществ (например, йодистого натрия) испускают фотоны в ответ на воздействие ионизирующей радиации.
Способы обнаружения и измерения ионизирующих излучений
Наиболее распространенные способы регистрации: фотографический, химический, полупроводниковый, сцинтилляционный, биологический, ионизационный.
Фотографический способ — основан на потемнении фотоэмульсии под воздействием ионизирующих излучений (разновидность химического).
Химический способ — базируется на измерении концентрации ионов воды, которые появились в результате ее облучения ионизирующими излучениями. Можно использовать свойство некоторых веществ изменять свой цвет под воздействием излучений.
Полупроводниковый способ — основан на том, что некоторые полупроводники изменяют свое сопротивление под воздействием ионизирующих излучений.
Сцинтилляционный способ — базируется на том, что некоторые вещества под воздействием ионизирующих излучений испускают фотоны видимого света.
Биологический способ — заключается в исследовании состава крови и структуры зубов.
Ионизационный способ — основан на ионизации газов.
Наиболее распространенными способами являются Ионизационный и сцинтилляционный. Для регистрации каждого вида заряженных частиц и гамма-квантов по вызываемому ими ионизационному эффекту применяют счетчики или ионизационные камеры определенного типа и конструкции. Это обусловлено тем, что величина ионизации зависит от вида излучения, его энергии и природы поглощения. Основным элементом в каждом способе регистрации излучений является детектор.
Детектор — это чувствительный элемент, предназначенный для преобразования энергии ионизирующего излучения в другой вид энергии, удобный для регистрации и измерений.
Ионизационные камеры — это газоразрядные детекторы, работающие при напряжениях, соответствующих 1-му участку вольтамперной характеристики. Принципиальна схема ионизационной камеры показана на рис.
Пропорциональные счетчики — это газоразрядные детекторы, работающие при напряжениях, соответствующих участку 2 вольтамперной характеристики.
Счётчики Гейгера-Мюллера — это газоразрядные детекторы, работающие при напряжениях, соответствующие участку 4 вольтамперной характеристики, называемому областью Гейгера.
Сцинтилляционный счетчик состоит из сцинтилляционного детектора и пересчетного устройства.
Работа с ионизирующим излучением
Контакт с источниками излучения требуют строжайшего соблюдения техники безопасности. При манипуляциях с закрытым источником основная опасность кроется во внешнем облучении.
Защитить рабочий персонал позволяют несколько приемов: использование малых доз радиоактивных веществ; укорочение времени работы; пребывание персонала на значительном удалении от источника; применение защитных экранов.
При контакте с открытыми источниками к приемам защиты от внешнего облучения добавляются необходимость использовать герметичное оборудование и средства личной защиты.
Прибор состоит из выносного
блока детектирования ВД1 – регистратора
импульсов, в качестве которого используется
счетчик Гейгера-Мюлле-ра, помещенный
в герметичный пластмассовый корпус; высоковольтного
преобразователя на транзисторе VT1, являющегося
источником питания счетчика импульсов;
эмиттерного повторителя на VT2; усилителя
на VT3; усилителя на полевом транзисторе
VT4; выходных транзисторных усилителей
на VT6, VT5 с интегратором; стрелочного прибора
РА1 и светодиода НИ.
Рис. 2.
Схема радиометра
Детекторы для контроля ионизирующей радиации
Контролировать уровень радиации позволяют детекторы ионизирующих излучений. Наиболее простым из них является счетчик Гейгера. Принцип его работы таков: попадание детектируемой частицы вызывает ионизацию неон-аргновой смеси в вакуумной камере прибора и порождает разряд, видимый простым глазом.
На современном рынке доступен широкий ассортимент приборов для измерения ионизирующих излучений: как широкопрофильных, так и “заточенных” под определенные виды излучения.
Выпускаются карманные индикаторы размером с сотовый телефон, предупреждающие своего хозяина о превышении безопасного уровня излучения. Они пригодятся не только специалистам, чья профессиональная деятельность связана с радиационным риском, но и строителям, садоводам, ювелирам, антикварам и всем сознательным людям, которые хотят убедиться в безопасности своего жилища, приобретаемых продуктов питания и предметов быта.
Немногим известно, что жители первых этажей рискуют получить повышенную дозу излучения за счет сочащегося из фундамента радона.