42

А.В. Малышев, В. К. Малышев

МЕТОДЫ

Радиометрических измерений

Часть 1

543.52.(075.8)

М207

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

А.В. Малышев, В. К. Малышев

МЕТОДЫ

РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ

Измерений

Часть1

Утверждено

Учёным советом института

Севастополь

2002

543.52.(075.8)

М207

УДК 543.52.(075.8)

Малышев А.В., Малышев В.К.

М 207 Методы радиометрических измерений. - Ч. 1.: Учеб. пособие. - Севастополь: СНИЯЭиП, 2002. - 68 с.: ил.

Рассмотрены классификация и методы приготовления радиоактивных препаратов, приведены типы детекторов, применяемых в радиометрии, и способы их подключения.

Рассмотрены методы измерения радиоактивности и идентификации радионуклидов.

Приводятся таблицы и рисунки, поясняющие основные теоретические положения рассматриваемых вопросов.

Предназначено для обучения студентов старших курсов факультета «Ядерно-химических технологий» СНИЯЭиП по учебной дисциплине «Радиохимия и радиометрия».

Может быть использовано студентами-экологами и специалистами радиометрических лабораторий.

Рецензенты: А.М. Акимов

А.В.Афанасьев

Г.П.Мясоедов

©Издание СНИЯЭиП, 2002

Введение

Радиометрия - самостоятельный раздел прикладной физики, находящийся в методической соподчинённости с радиохимией.

Базируется на знаниях и навыках, полученных студентами при изучении учебных дисциплин: "Математика", "Физика", "Химия", "Технические средства радиационного контроля", "Основы дозиметрии", "Электроника и электротехника".

Важнейшая задача радиометрии - радиометрические измерения, т.е. определение активности радиоактивных источников и идентификация радиоактивных изотопов по спектру, испускаемому ими излучений.

Исторически сложилось так, что со времени открытия явления радиоактивности, методы количественных измерений радиоактивных веществ обслуживали радиохимиков, выделяющих микро количества радиоактивных веществ и изотопов. Развитие радиометрии происходило в тесном контакте с развитием радиохимии.

Радиохимический контроль за состоянием активной зоны АЭУ не мыслим без радиометрических измерений. Посредством радиохимических анализов определяется содержание радиоактивных элементов в различных пробах, а предшествующие анализам и завершающие анализы операции обязательно содержат в себе радиометрические измерения.

Основная цель радиометрических измерений - дать количествен- ную оценку радиоактивным веществам, выделенным в результате проведения радиохимических анализов.

Цель настоящего пособия - познакомить студентов физическими основами и методами проведения радиометрических измерений.

1. Методы измерения ионизирующих излучений и особенности их взаимодействия с веществом.

Ионизацией называется процесс превращения нейтральных атомов или молекул какой-либо среды в ионы - частицы, несущие положительный или отрицательный электрический заряд, который регистрируется детекторами радиометрических установок.

Детекторами называются устройства для превращения энергии альфа-, бета- излучений в энергию другого вида, которая может быть сравнительно легко зарегистрирована. Детекторы являются важнейшими элементами радиометрических приборов и установок, предназначены для обнаружения ионизирующих излучений, измерения их интенсивности, энергии и других свойств. Детектирование элементарной частицы или кванта электромагнитного излучения всегда связано с обнаружением вида взаимодействия частицы или кванта с веществом регистрирующего прибора.

Действие большинства детекторов основано на обнаруже­нии эффекта ионизации или возбуждения вещества детектора ионизирующим излучением. К таким детекторам относятся ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.

В газоразрядных счетчиках используется эффект усиления ионизационного тока за счет ударной (вторичной ) ионизации.

В сущности метода преобразования энергии ионизирующей частицы Е в какую-либо электрическую величину: ток I, напряжение U или заряд q, удобную для последующей регистрации, лежит определение функциональной зависимости вида

( I; U; q ) = f ( Е ). (1)

Удобнее всего на выходе детектора регистрировать импульсы напряжения. Механизм формирования импульса напряжения можно представить из простейшей схемы включения газоразрядного счетчика (рис1).

Рис.1. Схема включения газоразрядного счетчика:1I - радиоактивный ис­точник; 2 - окно счетчика; 3 - анод счетчика; 4 - проход изолятора; 5 - катод счетчика; R_H - нагрузочное сопротивление; C_Ж - распределенная сумма ем­костей электродов счетчика к подключаемой схемы (эквивалентная ем­кость); U_ВЫС - источник высокого напряжения

В настоящее время принято различать пять основных клас­сов детекторов ионизирующих излучений.

1. Ионизационные детекторы. К данному классу относятся детекторы, использующие эффект ионизации и изменяющие свои электрические параметры только во время воздействия ионизи­рующих излучений.

2. Сцинтилляционные детекторы. Представляют собой жидкие или заполимеризованные в виде прозрачной пластмассы растворы некоторых органических или неорганических ве­ществ или крупные монокристаллы, в которых под воздействи­ем ионизирующих излучений возникают вспышки сцинтилляций в виде фотонов светового излучения.

3. Самостоятельные детекторы. К данному классу относятся детекторы, способные долгое время сохранять результат воздей­ствия ионизирующих излучений в доступной для наблюдения форме (химические и фотографические детекторы).

4. Калориметрические детекторы. Действие этих детекторов основано на измерении тепла, выделяемого при поглощении энергии ионизирующих излучений веществом среды, через ко­торую проходят излучения.

5. Детекторы Черенкова. К данному классу относятся детекторы, принцип действия которых основан на использовании эффекта Черенкова.

Наибольшее распространение в лабораторной радиометри­ческой аппаратуре получили электрические и сцинтилляционные детекторы, т.е. детекторы, позволяющие при воздействии иони­зирующих излучений сравнительно просто получить на выходе импульс тока или напряжения. Для измерения активности пре­паратов предпочтение отдается газоразрядным счетчикам ввиду их высокой чувствительности, большой величине выходного сигнала, простоте регистрирующих электронных схем, малым габаритам и удобству в эксплуатации.

Во время проведения работ с радиометрической аппарату­рой часто пользуются термином "разрешающая способность" и "эффективность".

П од разрешающей способностью понимают максимально возможное количество импульсов, регистрируемых электрон­ной схемой в единицу времени. Разрешающая способность связана с разрешающим временем соотношением

Для самогасящихся счетчиков разрешающая способность равна примерно 1*10⁴ имп/с.

Э ффективностью счетчика называется отношение числа зарегистрированных счетчиком частиц или квантов к числу попавших в его чувствительный объем за то же время, т.е.

Э

ффективность регистрации газоразрядным счетчиком аль­фа-частиц равна 1 (при эффективности 100%), бета-частиц рав­на 99,5%, гамма квантов - порядка 0,1÷ 2%.

Параметры некоторых газоразрядных счетчиков приведены в табл.1 (приложение 1).