Учебная работа. Радиоактивное излучение и радиоактивность

Учебная работа. Радиоактивное излучение и радиоактивность

Расположено на

6

Расположено на

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ технический УНИВЕРСИТЕТ

Радиоактивное излучение и радиоактивность

Составил: инж. В.А. Календо

Минск 2006

Содержание

1. Строение вещества

2. Виды ядерных распадов

2.1 Альфа-распад

2.2 Бета-распад

3. законы радиоактивности

4. Взаимодействие ядерных излучений с веществом

5. Био действие ионизирующего излучения

6. Радиационный фон

7. Количественные свойства радиоактивности

8. Сенсоры (счетчики) ионизирующих излучений

8.1 Полупроводниковый сенсор

8.2 Сцинтилляционный сенсор

8.3 Газоразрядный сенсор

8.4 Ионизационная камера

9. Приборы для регистрации ядерных излучений

Контрольный вопросцы

Перечень литературы

1. Строение вещества

Все вещества в природе состоят из молекул. Молекула — мелкая частичка вещества, владеющая всеми его хим качествами. Все молекулы состоят из атомов хим частей. Атом — мелкая частичка хим элемента, владеющая всеми его качествами. Все хим элементы (> 100) размещены в определенных местах повторяющейся таблицы Менделеева. пространство под номером один в повторяющейся системе хим частей отведено водороду (Н).

Разглядим модель строения атома и его ядра для водорода в «обычных» критериях.

Атом водорода представляет собой сферу, поверхностью которой является электрон (e). В центре сферы находится ядро, в каком сосредоточена практически вся (наиболее 99,95%) масса атома. Резко выраженной границы атом и ядро не имеют.

Расположено на

6

Расположено на

Рис. 1. Модель атома

Электрон владеет простым отрицательным электронным зарядом (1,6021892 * 10 -19 Кл). Потому что атом электрически нейтрален, то ядро владеет таковым же, как электрон, но положительным зарядом. Для хоть какого хим элемента заряд ядра будет:

Q= | e | Z (1)

где: |e| — простый электронный заряд;

Z — порядковый номер хим элемента в таблице Менделеева.

Таковым образом, порядковый номер хим элемента в таблице Менделеева определяется числом положительных простых зарядов в ядре либо числом электронов на оболочках нейтрального атома.

Носителем положительного заряда ядра является протон (р) с массой

m=1,6726*10-27 кг

Как следует, ядро Н состоит из 1-го протона.

У остальных хим частей ядро состоит из протонов и нейтронов. Нейтрон (n) — частичка, не имеющая электронного заряда и владеющая массой, приблизительно равной массе протона. Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре, именуются ядерными силами. Другое заглавие этого явления — мощное взаимодействие.

Протон и нейтрон по возможности к сильному взаимодействию не различаются друг от друга, потому в ядерной физике их разглядывают как единую частицу-нуклон — в 2-ух разных состояниях. Нуклоны в состоянии без электронного заряда именуется нейтроном, нуклон в состоянии с электронным зарядом именуется протоном.

Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в повторяющейся системе Менделеева и обозначается знаком Z. Число нейтронов в ядре обозначается знаком N. Общее число протонов и нейтронов в ядре обозначается знаком А и именуется массовым числом.

А = Z+N (2)

Ядра с схожим числом протонов, но разным числом нейтронов являются ядрами разных изотопов 1-го и такого же хим элемента. Из-за различного числа нейтронов, ядра разных изотопов 1-го хим элемента владеют различными массами и могут различаться по физическим свойствам, к примеру по возможности к радиоактивному распаду. Из-за схожего заряда ядра, атомы разных изотопов 1-го хим элемента имеют однообразное строение электрических оболочек и потому владеют схожими хим качествами.

Обозначается изотоп эмблемой хим элемента (Х) с указанием слева вверху массового числа А и слева понизу числа протонов Z в атомном ядре:

к примеру, самый легкий изотоп водорода, ядро которого состоит из 1-го протона, обозначается эмблемой . Тяжкий изотоп водорода — дейтерий, ядро которого содержит один протон и один нейтрон, обозначается эмблемой .

Конкретное ядро с данными А и Z время от времени именуют нуклидом.

В истинное время понятно от Z = 1 до Z = 109 и около 2000 изотопов.

Не всякое атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, может существовать неограниченно длительно. Почти все из их способны к самопроизвольным превращениям в остальные атомные ядра. Устойчивыми являются только те атомные ядра, которые владеют наименьшим припасом полной энергии посреди всех ядер, в которые данное ядро могло бы самопроизвольно перевоплотиться. Из ~ 2000 изотопов лишь ~ 300 устойчивы.

2. Виды ядерных распадов

2.1 Альфа-распад

Альфа — распадом именуется распад атомного ядра на альфа-частицу (б — 1-ая буковка греческого алфавита) (ядро атома гелия ) и ядро-продукт. -радиоактивны практически все ядра томных частей с порядковым номером Z > 82. При вылете б-частицы из ядра, число протонов в ядре миниатюризируется на два и продукт б-распада оказывается ядром хим элемента с порядковым номером на две единицы меньше начального, общее число ядра-продукта меньше массового числа начального ядра на четыре единицы. к примеру, продуктом б- распада ядра изотопа урана является ядро изотопа тория :

ядерный ионизирующий излучение радиоактивность

(3)

Исходная кинетическая энергия всех — частиц, испускаемых ядрами 1-го изотопа, схожа либо испускается -частица с двумя-тремя различными значениями исходной кинетической энергии. Энергетический диапазон -частиц дискретный и может идентифицировать распавшийся изотоп.

При -распаде атомных ядер нередко часть энергии -распада идет на возбуждение ядра-продукта. Ядро-продукт спустя куцее время (10-3….10-6 с) опосля вылета -частицы испускает один либо несколько гамма-квантов (- 3-я буковка греческого алфавита) и перебегает в обычное состояние. -жесткое (с длиной волны ~ 10-11 м) электромагнитное излучение. Таковым образом, -распад ядер может сопровождаться испусканием -квантов.

2.2 Бета-распад

Явление -распада ( — 2-ая буковка греческого алфавита) представляет собой самопроизвольное перевоплощение атомного ядра методом испускания электрона (е-) либо позитрон (е+ — частичка подобная электрону, но имеющая единичный заряд положительной полярности). В базе этого явления лежит способность протонов и нейтронов к обоюдным превращениям. Масса вольного нейтрона больше массы протона и электрона совместно взятых — как следует, припас полной энергии нейтрона больше припаса энергий протона и электрона. Потому нейтрон может самопроизвольно преобразовываться в протон с испусканием электрона и антинейтрино ():

n p + (е + (4)

Скобки обозначают вылет частички из ядра.

Ядра, в каких происходят перевоплощения n > p, именуются — радиоактивными. В итоге перевоплощения 1-го из нейтронов в протон заряд ядра возрастает на единицу. Ядро-продукт — распада оказывается ядром 1-го из изотопов хим элемента с порядковым номером в таблице Менделеева, на единицу огромным порядкового номера начального ядра. При — распаде ядро изотопа продуктом распада является ядро изотопа .

+ (з + (5)

Общее число ядра-продукта -распада остается прежним, потому что число нуклонов в ядре не поменялось.

-распад, как и -распад, может сопровождаться -излучением. -излучение аккомпанирует -распад в тех вариантах, когда часть энергии затрачивается на возбуждение ядра-продукта. Возбужденное ядро через 10-3 ….10-6 сек. освобождается от излишка энергии методом испускания 1-го либо нескольких -квантов.

Перевоплощение p> n сопровождается испусканием позитрона и нейтрино (). Это перевоплощение также может сопровождаться испусканием -квантов

р > n + (e+ + (6)

электрический захват быть может записан:

р + е- > n + ( (7)

Энергетический диапазон -частиц сплошной. -частицы имеют различные энергии, начиная от нуля до некого наибольшего значения, именуемого наибольшей энергией -спектра (Евmax).

-частицы имеют разные значения энергии поэтому, что часть энергии -распада уносит частичка нейтрино либо антинейтрино (.

Позитронный -распад наблюдается у искусственно приобретенного изотопа фосфора (облучение потоком -частиц).

+ (е+ + (8)

Позитрон возникает в атомном ядре в итоге перевоплощения 1-го из протонов в нейтрон. Энергию для перевоплощения получает от остальных нуклонов ядра.

У всех без исключения частей могут быть получены изотопы при бомбардировке атомных ядер размеренных изотопов -частицами, p, n и иными частичками.

процесс -излучения не является самостоятельным типом радиоактивности, потому что он происходит без конфигурации массового и зарядового числа ядер.

3. законрадиоактивности

Радиоактивность — самопроизвольное перевоплощение нестабильных атомных ядер в остальные, которое сопровождается испусканием простых частиц (в) либо ядер (б), в итоге чего же появляется новейший атом, который по своим хим свойствам различается от начального.

Для радиоактивности установлены последующие законы и определения:

Радиоактивный распад не зависит от наружных критерий (температуры, давления, хим действий и др.)

-частицы и -излучение имеют дискретные значения энергии.

Самопроизвольный (спонтанный) распад атомных ядер следует закону

(9)

где е — основание натурального логарифма 2,71828; — количество ядер в данном объеме вещества в момент времени t=0, N — количество ядер в том же объеме к моменту времени t, л — неизменная распада. Неизменная л имеет смысл вероятности распада ядра за 1 сек.: она равна доле ядер, распадающихся за 1 сек. Величина 1/л именуется средней длительностью жизни радиоактивного изотопа. Для свойства стойкости ядер относительно распада пользуются понятием о периоде полураспада , равном времени, в течение которого начальное количество ядер данного вещества распадается наполовину. Связь величин л и :

(10)

Число распадов ядер данного продукта в единицу времени именуется активностью продукта.

Активность:

(11)

Новейшие ядра, получившиеся опосля радиоактивного распада, занимают в повторяющейся системе частей остальные места (законсмещения)

При -распаде

+ ; (12)

(13)

При -распаде (электрическом)

; (14)

(позитронном) + ; (15)

где Х,Y — знаки хим частей, надлежащие материнскому и дочернему ядрам.

Ионизирующее излучение — излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов. Радиация будет ионизирующей в том случае, если она способна разрывать хим связи молекул. Ионизирующее излучение может состоять из заряженных и незараженных частиц. Энергию частиц ионизирующего излучения определяют в электровольтах (эВ): 1эВ = 1,6 * 10-19 Дж = 1,6 * 10-12 эрг (1эВ*106=1МэВ).

Поток ионизирующих частиц — число частиц, проходящих через данную поверхность за единицу времени. Поток ионизирующих частиц измеряется числом частиц в единицу времени (с-1).

(16)

Плотность потока ионизирующих частиц — отношение числа частиц, проникающих в простую сферу за единицу времени, к площади поперечного сечения данной сферы. Единица измерения плотности потока ионизирующих частиц — число частиц/ см2мин.

(17)

Периоды полураспада неких важных радиоактивных изотопов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Периоды полураспада неких важных радиоактивных изотопов

Актиний

10 суток

Америций

,

430 лет

Йод

,

8 суток

Иридий

,

75 суток

Калий

,

1,28*109 лет

Кобальт

,

5,3 года

Магний

10 минут

Плутоний

,

2,4 * 104 лет

,

6537лет

Радий

10-3 с

,

1620 лет

Радон

55,6 с

3,8 суток

Стронций

5,1 суток

28 лет

Торий

,

7000 лет

Уран

,

4,5 * 109 лет

Углерод

5730 лет

Фосфор

14,3 суток

Цезий

,

2,1 года

,

30 лет

Цирконий

,

65 суток

4. Взаимодействие ядерных излучений с веществом

При прохождении через вещество частички ядерного распада (не считая нейтрино) ведут взаимодействие с электрическими оболочками и ядрами атомов, встречающихся на пути. В итоге взаимодействия частички с электроном оболочки, крайний получает доп энергию и перебегает на одну из наиболее удаленных от ядра оболочек либо совершенно покидает атом (молекулу). В первом случае происходит возбуждение, во 2-м — ионизация. При ионизации вольные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам (молекулам) с образованием отрицательных ионов. Для многоатомных молекул вероятна диссоциативная ионизация, т.е. распад молекулы с одновременной ионизацией товаров диссоциации. Возникшие ионы могут соединяться с нейтральными атомами (молекулами) и создавать всеохватывающие ионы.

При прохождении поблизости атомного ядра электрон испытывает торможение в его электронном поле. Излучение, возникающее при прохождении электрона через поле атома либо ядра, именуется тормозным (рентгеновским).

Длина пробега частички зависит от заряда, массы, исходной энергии и среды, в какой происходит движение. Длина пробега возрастает с возрастанием исходной энергии частички и уменьшением плотности среды. При схожей исходной энергии томные частички владеют наименьшими скоростями, чем легкие. Медлительно передвигающиеся частички ведут взаимодействие с атомами наиболее отлично и резвее тратят имеющийся у их припас энергии.

-частицы, вылетающие из атомных ядер со различными исходными энергиями, владеют разными пробегами в веществе.

Для грубой оценки средней длины пробега — частиц в веществе применима формула:

R = (0, 5 Е — 0,1) (18)

где R — средняя длина пробега, см

Е — энергия — частиц, МэВ

— плотность вещества, г/смз

к примеру, от потока — частиц с наибольшей энергией 2 МэВ вполне защищает слой алюминия шириной 3,5 мм.

— частички, владеющие существенно большей массой, чем — частички, при столкновениях с электронами атомных оболочек испытывают весьма маленькие отличия от начального направления движения и движутся практически прямолинейно. Пробеги -частиц в веществе весьма малы. -частица с энергией 4 МэВ «пробегает» в воздухе приблизительно 2,5 см. В воде либо мягеньких тканях звериного либо человека, плотность которых в 770 раз превосходит плотность воздуха, длина пробега миниатюризируется во столько же раз и составляет десятые-сотые толики мм. Благодаря маленькой проникающей возможности и — излучения обычно не представляют угрозы при наружном облучении. Уплотненная одежка может поглотить значительную часть — частиц и совершенно не пропустить — частички. Но, при попадании вовнутрь организма человека с едой, водой и воздухом либо загрязнении радиоактивным веществом поверхности открытого участка тела и — излучения могут причинить значимый вред.

-кванты и нейтроны не владеют электронными зарядами и потому свободно проходят через большая часть встречающихся на их пути атомов. Да и для их вещество не является совсем прозрачным. Пути пробега — квантов и нейтронов в воздухе измеряются сотками метров в жестком веществе — десятками см и даже метрами. — кванты, как и заряженные частички, ведут взаимодействие, в главном, с электрическими оболочками атомов. При прохождении поблизости атомного ядра — квант может перевоплотиться в пару частиц электрон- позитрон. Вторичные электроны, возникающие в итоге взаимодействия — излучения с веществом, создают ионизацию и возбуждение атомов и молекул среды.

Проникающая способность — лучей возрастает с ростом энергии — квантов и миниатюризируется с повышением плотности вещества- поглотителя. Ослабление — лучей в веществе для узеньких пучков* происходит по закону

I = Io e-x (19)

где I — интенсивность — лучей на глубине Х;

Io — их интенсивность до входа в вещество;

е — основание натурального логарифма 2,71828

Величина именуется линейным коэффициентом ослабления — излучения и имеет смысл оборотной длины, на которой ослабление составляет e раз.

Нейтроны при движении в веществе с электрическими оболочками атомов не ведут взаимодействие и возбуждать и ионизировать не могут. При столкновении с атомными ядрами они испытывают рассеяние либо вызывают ядерные реакции с выходом из ядра заряженных частиц и — квантов. Таковым образом, конечными плодами взаимодействия с веществом хоть какого вида излучения являются ионизация, возбуждение атомов и молекул среды, а время от времени, при осуществлении ядерных реакций и образование хим частей либо изотопов.

-лучи и потоки нейтронов — более проникающие виды излучений, потому при наружном облучении они представляют самую большую опасность.

Геометрия опыта, при которой сенсор регистрирует не рассеянное и рассеянное излучения — геометрия широкого пучка.

5. Био действие ионизирующего излучения

Ионизирующее излучение представляет собой одно из редчайших явлений природы, степень действия которого на организм совсем неэквивалентна величине поглощенной энергии.

Смертельная доза облучения для млекопитающих составляет 10 Гр, хотя поглощаемая при всем этом тканями энергия способна повысить температуру тела всего на тысячные толики градуса. Наиболее того, конкретные прямые нарушения в хим связях, возникающие вослед за облучением, также ничтожны. В истинное время считается, что главный предпосылкой лучевого поражения являются возникающие в организме опосля облучения цепные реакции, которые опосля появления поддерживаются независимо от породившей их предпосылки.

На первом шаге взаимодействия ионизирующих излучений с клеточным веществом образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, которые в течении 10-6 с ведут взаимодействие меж собой и с разными молекулярными системами, давая начало химически активным центрам (вольные радикалы, ионы, ион-радикалы). В тот же период может быть образование разрывов связей в молекулах как за счет конкретного взаимодействия с ионизирующим излучением, так и за счет снутри и межмолекулярной передачи энергии возбуждения. Явления, возникающие на первом шаге взаимодействия ионизирующего излучения, принято именовать пусковым, так как они в предстоящем определяют ход развития лучевых поражений.

Последующим шагом являются биохимические конфигурации, которые происходят как через несколько секунд опосля облучения, так и через десятилетия. Они могут явиться предпосылкой незамедлительной смерти клеток либо таковых конфигураций, которые потом могут привести к онкологическим либо наследным болезням.

Мерой действия хоть какого вида ядерного излучения на вещество (организм) является поглощенная доза излучения Д. Доза излучения есть отношение средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в простом объеме, к массе вещества в этом объеме.

Д = ДЕ / Дm (20)

Единицей поглощенной дозы в системе СИ является грей (Гр)

1 Гр = 1 Дж/кг (21)

Употребляется внесистемная единица — рад

1 рад = 10-2 Гр (22)

Различные виды излучения владеют разными ионизационными качествами, потому даже при схожей поглощенной дозе они оказывают различные поражающие деяния на организм.

Эквивалентная доза Н — дозиметрическая величина, введенная для оценки вероятного вреда здоровью человека от приобретенного действия ионизирующего излучения случайного состава, которая равна произведению поглощенной дозы в данном элементе размера био ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) на средний коэффициент свойства К ионизирующего излучения в этом элементе размера:

Н = ДК (23)

В системе Си единицей измерения эквивалентной дозы является Зиверт (Зв.), вне системной — бэр (био эквивалент рентгена)

1 бэр = 10-2 Зв (24)

-излучение, рентгеновское, -частицы -1, протоны и нейтроны с Е 10 МэВ -10, -с Е 10 МэВ -20

Мощность эквивалентной дозы Р -отношение приращения эквивалентной дозы за интервал времени к этому приращению. Единица измерения — Зв/с (Зв/ч) Внесистемная — бэр/с

1 Зв /с = 100 бэр / с (25)

Действенная эквивалентная доза Е — сумма произведений дозы, приобретенной каждым организмом, на соответственный весовой (взвешенный) коэффициент, учитывающий различную чувствительность разных органов и тканей организма к излучению:

Е = (26)

Эффективную эквивалентную дозу, полученную органами и тканями, оценивают по коэффициенту радиационного риска. Он отражает суммарный эффект облучения разных органов организма. Измеряется в зивертах (Зв)

Экспозиционная доза Х — это численная черта рентгеновского и -излучения, которая выражает энергию фотонного излучения, перевоплощенную в кинетическую энергию заряженных частиц (ионов) в единице массы атмосферного воздуха (Ки/кг; 1 Ки/ кг = 3876 Р; 1 Р = 2, 58 * 10 -4 Ки/кг) Р- рентген

Мощность экспозиционной дозы — отношение приращения экспозиционной дозы за интервал времени к этому приращению. Единица измерения — рентген/ час; Р/ч

Предел дозы — наибольшее среднее лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных конфигураций, обнаруживаемых современными способами.

6. Радиационный фон

Все источники радиации на нашей планетке можно поделить на естественные, имеющиеся кроме воли человека и искусственные, сделанные человеком.

Избежать облучения от естественных источников совсем нереально. Земные естественные источники радиации составляют 5/6 годичный эквивалентной дозы, получаемой популяцией и лишь 1/6 приходится на галлактическое излучение.

Более значимый вклад заносит невидимый, не имеющий аромата и вкуса газ радон (Rn) На его долю со всеми дочерними продуктами распада приходится ? годичный персональной эквивалентной дозы облучения, получаемой от земных естественных источников. Огромную часть данной дозы человек получает совместно с вдыхаемым воздухом, в особенности в непроветриваемых помещениях. В природе Rn встречается в 2-ух формах: 222Rn- продукт распада 238U и 220Rn -продукт распада Th, высвобождаясь из земной коры.

Не считая радона вклад в «земную радиацию» заносят изотопы 40К и 87Rb. Маленький вклад заносят изотопы 14С и 3Н образующиеся под действием галлактических лучей (протоны и — частички с энергиями 1 — 1015 МэВ в качестве первичных и е-; е+; — в качестве вторичных) в атмосфере.

К искусственным источникам радиации: мед другими словами заключения о сути заболевания и состоянии пациента»>диагностика (процесс установления диагноза, то есть заключения о сущности болезни и состоянии пациента)

, телевидение, угольные электростанции, облучение естественной радиацией во время полета на самолете, добавились атомные электростанции и продукты их функционирования и аварий.

7. Количественные свойства радиоактивности

Активность — мера радиоактивности представляет собой число распадов радиоактивных ядер в единицу времени

А = N / t (27)

где N — количество ядерных распадов;

t — время, за которое вышло N распадов в 1 секунду.

В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное перевоплощение в секунду, которое именуется Беккерель (Бк). Внесистемной единицей является Кюри (Кu)

1 Кu = 3,7 * 10 10 Бк; 1 Бк = 2,7 * 10 -11 Кu (28)

Величина активности охарактеризовывает только наличие радиоактивного элемента и интенсивность испускаемого им излучения, не определяя ни тип элемента, ни тип самого излучения.

Удельная активность Аm — это отношение активности эталона к его массе

(29)

где m — масса в килограммах.

Большая активность Аv — это отношение активности эталона к его размеру

Аv = А / v (30)

v — размер м3 (см3, литр, миллилитр и т.д.)

Поверхностная активность Аs — это отношение активности эталона к поверхности, с которой эталон был собран

Аs = A / s (31)

s — площадь. В практике поверхностная активность выражается в Кюри на квадратный километр (либо Бк/м2).

Аs = A / S (Ku / км2) (32)

Таблица 2

Соотношение меж единицами измерения активности и чертами поля ионизирующего излучения в СИ и внесистемных единицах

Величина и

ее знак

Внесистемные

единицы

Единицы СИ

Связь меж

единицами

1

2

3

4

Экспозиционная доза, Х

Рентген (Р)

Кулон на кг

(Кл/кг)

1р=2,58*10-4Кл/кг

1 Кл/кг=3,88*103Р

Мощность* экспозиционной дозы, Х’

Рентген в секунду (Р/с)

Ампер на кг

(А/кг)

1 Р/с=2,58*10-4А/кг

1 А/кг=3,88*103 Р/с

Активность**, А

Кюри (Ku)

Беккерель (Бк)=1 распад в сек. (расп./с)

1 Ku=3,7*1010 Бк

1 Бк=2,7*10-11 Ku

Поглощенная доза, Д

Рад (рад)

Грей (Гр)= 1 Дж на кг (Дж/кг)

1 рад=10-2 Гр

1 Гр=100 рад

Эквивалентная доза, Н

Н=Д*К

Бэр (бэр)

Зиверт (Зв)

1 бэр=10-2Зв

1 Зв=100 бэр

1 Зв=114,5 Р

Действенная доза, Е

Бэр (бэр)

Зиверт (Зв)

1 бэр=10-2 Зв

1 Зв=100 бэр

Коэффициент свойства излучения, К

К — регламентированное

Кг,в=1

Кб=20

Кn=3…10

ОБЭ — относительная био эффективность излучения.

Отношение поглощенной дозы примерного излучения (Д0), вызывающего определенный био эффект, к поглощенной дозе данного излучения (Д), вызывающий таковой же био эффект.

ОБЭ=Д0/Д

В качестве примерного принято рентгеновское излучение с граничной энергией 200кэВ.

Мощность дозы (Х’, Д’, Н’) определяется величиной дозы (Х, Д, Н), деленной на время (Р/с, Гр/с, Зв/с).

Приведенные активности — отношение активности к массе пробы, размеру пробы либо поверхности с которой эта проба была взята:

8. Сенсоры (счетчики) ядерных излучений

Сенсоры (счетчики) используются для регистрации ионизирующих излучений.

действие сенсоров основано на регистрации взаимодействия исследуемых частиц с веществом, которое проявляется в образовании вольных электронов, ионов, люминисцентном свечении, излучении Вавилова- Черенкова, также в прохождении реакции, сопровождающихся термическими явлениями.

Главными чертами сенсоров являются:

энергетическое разрешение, характеризующая погрешность, с которой определяется энергия регистрируемой частички;

эффективность регистрации, отношение числа зарегистрированных частиц к общему числу частиц, прошедших через сенсор;

время разрешения — малый просвет времени, нужный сенсору для восстановления собственной работоспособности;

пространственное разрешение — малое расстояние меж траекториями регистрируемых частиц, при котором эти частички различимы.

Эти свойства довольно много приводятся в технических документах на приборы, где определенный тип сенсора (счетчика) применяется.

8.1 Полупроводниковый сенсор

Монокристалл кремния либо германия, выполненный в виде пластинки размером до сотен квадратных мм и владеющий электронно-дырочным p-n переходом. На обратных поверхностях напыляются электроды, к которым подводится запирающее напряжение в несколько вольт. Частичка, проникающая в кристалл, за счет ионизации, образует доп пару дырка-электрон, перемещающуюся в электронном поле и создающие на выходе импульс тока. Заряд, собранный на электродах, пропорционален энергии выделенной частичкой в кристалле. Измеряемая энергия частиц соответствует точности до 0,1 % и имеют время разрешения до 10-8 с.

8.2 Сцинтилляционный сенсор

Сенсор состоит из сцинтиллятора (особые кристаллы, воды, пластмассы, великодушные газы), в каком пролетающая частичка производит вместе с ионизацией атомов и молекул их возбуждение. При возвращении в начальное состояние они люминистируют, т.е. источают фотоны. На базе представления о фотоне, как частичке, которая может излучаться и поглощаться как целое проявляемое в явлении фотоэффекта (испускание электронов под действием электромагнитного излучения) используются для регистрации ядерных частиц в сцинтилляционных сенсорах (сцинтиллятор и фотокатод фотоумножителя как единое целое).

Ядерная частичка, проникая в сцинтиллятор, вызывает возбуждение атомов и молекул. Ворачиваясь в начальное состояние, они возвращают полученную от частички энергию в виде квантов света (фотонов). Фотоны выбивают электроны с фотокатода. Фотокатоды- узкий слой редкоземельных частей, нанесенный на внутреннюю поверхность торца фотоэлектронного умножителя (ФЭУ)

ФЭУ — стеклянный баллон с выкаченным воздухом. Снутри размещены диноды (аноды из сплава с коэффициентом вторичной эмиссии 2…10)

Электронное поле снутри ФЭУ создается резистивным делителем Rд. Потенциал фокусирующей диаграммы Д принуждает фотоэлектроны с катода (Ф) попадать на 1-ый динод. Вторичные электроны с первого динода ускоряются электронным полем и попадают на 2-ой динод и т.д. (до 14). К аноду устремляется поток электронов увеличенный до 106 раз и наиболее, вызывая на резисторе перегрузки (Rн) импульс напряжения.

Рис. 3. Схема и принцип работы ФЭУ: 1-N-диноды; А — анод; ФК — фотокатод; ФД — фокусирующая диафрагма

8.3 Газоразрядный сенсор

Газоразрядный сенсор (счетчик Гейгера-Мюллера) представляет собой железный цилиндр с узкой проволокой по центру разбитые изоляторами. Снутри цилиндра находится газовая смесь аргона с парами метилового спирта при давлении около 0,1 атмосферы. К корпусу счетчика приложено отрицательное напряжение до 1000 В. К нити, через нагрузочный резистор -положительный потенциал. При попадании частички в размер счетчика происходит ионизация молекул и атомов газа. Разгоняясь приложенным напряжением, электроны и ионы вызывают ударную ионизацию газовой консистенции, возникает лавинный разряд. Импульс напряжения подается для следующего усиления. Из-за уменьшения напряженности поля меж нитью и корпусом коронный разряд угасает и счетчик готов к приему новейшей частички. Для уменьшения времени восстановления в газовую смесь добавляют галогены, что уменьшает время восстановления до 100-200 мкс. Такие счетчики ингда именуют галогенными. Газовый разряд возникает при всех энергиях влетающих частиц, что не дозволяет их индифицировать, но разрешают вести их счет.

Для индификации частиц по энергиям напряжение питания снижается до величины, при котором коронный разряд не возникает. В этом случае газовый счетчик работает как пропорциональный. Большей энергии частиц соответствует больший импульс напряжения на резисторе перегрузки. В пропорциональных счетчиках весьма твердые требования к источнику питания.

Расположено на

6

Расположено на

На базе газовых сенсоров разработаны дозиметры личного использования, дозволяющие надзирать экспозиционную дозу облучения.

Базу дозиметра составляет полый цилиндр, заполненный газом. В центре размещен изолированный от корпуса электрод. К корпусу и электроду присоединяется конденсатор, емкостью в несколько 10-ов нанофарад и с весьма малыми токами утечки. В торце цилиндра имеется прозрачное окошечко со шкалой, на которую проектируется размеры дозиметра не превосходят размеров авторучки. Считывают показания дозиметра перед его очередной зарядкой.

Расположено на

6

Расположено на

8.4 Ионизационная камера

Ионизационная камера (ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения)) применяется для регистрации рентгеновского излучения и малых доз — излучения и является сенсором непрерывного деяния.

ИК (то есть тепловое, инфракрасное, на основе инфракрасного излучения) — сфера из материала пропускающего даже мягкое рентгеновское излучение с покрытием внутренней поверхности графитом. Вовнутрь сферы вводится изолированный электрод-анод. К аноду и графитовому покрытию подводится высочайшее (до 1000 В) напряжение. Рабочей средой является атмосферный воздух. Возникновение ионов вызывает электронный ток, пропорциональный количеству влетевших фотонов.

Для регистрации нейтронов употребляются галогенные счетчики, помещенные в экраны из водородосодержащих веществ (парафин, глицерин и т.д.) шириной до 30-40 см. Нейтроны выбивают из вещества экрана протоны, которые регистрируются счетчиком.

Расположено на

6

Расположено на

9. Приборы для регистрации ядерных излучений

Приборы для регистрации ядерных излучений условно можно поделить на четыре группы:

Индикаторы — предусмотрены для обнаружения измерения и оценки мощности дозы — и — излучений.

Рентгенометры — для измерения мощности доз рентгеновского и — излучений в спектре от 10-6 до сотен рентген в час.

Радиометры — измерители радиоактивности (степени инфецирования -, -, — излучателями)

Дозиметры — для определения суммарной дозы облучения.

Структурные схемы устройств фактически схожи.

Расположено на

6

Расположено на

1. Сенсор (счетчик). 2. Усилитель. 3. Устройство индикации. 4. Источник питания. 5. Высоковольтный источник.

В качестве первичных источников питания употребляется сеть переменного тока либо гальванические батареи (батареи)

Контрольные вопросцы

Какой заряд имеет атомное ядро? Как посчитать заряд ядра хим элемента?

Как обеспечивается электронная нейтральность атома хим элемента в «обычных» критериях?

Что описывает номер хим элемента в таблице Менделеева?

Что описывает понятие нуклон?

Какие слагаемые определяют общее число хим элемента?

Что означают понятия изотоп, нуклид?

Как обозначается изотоп определенного хим элемента?

Как вычислить число нейтронов в ядре нуклида?

Какой процесс происходит при — распаде?

Записать — распад в общем виде

Отдать общую характеристику — частички (заряд, общее число, энергетический диапазон, проникающую способность)

Каким видом излучения может сопровождаться — распад?

Что представляет собой — распад? Что лежит в базе — распада?

Каким видом излучения сопровождается — распад? Отдать характеристику этого вида излучения.

Отдать общую характеристику — частички (заряд, общее число, энергетический диапазон)

Почему — излучение не является самостоятельным типом радиоактивного распада?

Записать в общем виде — распад.

Что именуют радиоактивностью?

Перечислить главные определения радиоактивности. Объяснить законы радиоактивного распада.

Что такое период полураспада?

Что описывает законсмещения при радиоактивном распаде?

Что такое ионизирующее излучение?

В которых единицах измеряется энергия ионизирующих (простых) частиц?

Отдать общую характеристику взаимодействия ядерных излучений с веществом (ионизация, тормозное излучение, люминисценсия).

Какие причины определяют проникающую способность ядерных частиц в веществе?

Чем разъяснить малую проникающую способность — () — частиц?

Что имеется ввиду при определении наружного (внутреннего) облучения организма человека?

Чем разъяснить огромную проникающую способность — излучения?

Какие виды ядерных излучений представляют самую большую опасность для организма человека при наружном (внутреннем) облучении и почему?

Общая черта взаимодействия радиоактивного облучения с жив тканью (Совокупность различных и взаимодействующих тканей образуют органы) организма?

Отдать определения дозам облучения (поглощенная, эквивалентная, экспозиционная)

Что описывает коэффициент свойства излучения?

Чему равен коэффициент свойства — излучения и почему?

Именовать источники радиационного фона.

Перечислить слагаемые естественного радиационного фона.

Охарактеризовать пути проникания радиации в организм человека?

Чем определяется мера радиоактивности вещества? Единицы измерения?

Отдать определение удельной, большой, поверхностной радиоактивности. Единицы измерения? Их связь?

Для чего необходимы ядерные сенсоры?

Объяснить принцип работы полупроводникового, сцинтилляционного, газоразрядного ядерного сенсора.

Отдать систематизацию устройств для регистрации ядерных излучений.

Структурная схема устройства для регистрации ядерных излучений. Предназначение составляющих структурной схемы.

Перечень литературы

1. Б.М. Яворский и А.А. Детлаф. Справочник по физике. М.: «Наука», 1979.

2. Простый учебник физики. Т3 Редактор Г.С. Ландсберг. М.:»Наука», 1986.

3. Ф. Бопп. Введение в физику ядра адронов и простых частиц. М, «Мир», 1999.

4. И.И. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И. Лобко Физика для ВТУзов. Минск, «Вышэйшая школа», 1994.

5. Вредные хим вещества. Радиоактивные вещества. Справочник. Ред. Л.А. Ильин, В.А. Филова. Л.. «Химия», 1990.

6. В.А. Бударков, В.А. Киришин, А.Е. Антоненко. Радио-биологический справочник. Минск: «Ураджай», 1992.

]]>