4. Дозиметрические приборы.

Дозиметрическими приборами или дозиметрами называются устройства для измерения доз ионизирующих излучений, или величин, связанных с дозами.

В этих приборах для измерения излучений всегда имеются устройства, называемые детекторами, в которых энергия ионизирующего излучения преобразуется в электрический сигнал. Поскольку в поглощающем веществе частица или фотон растрачивают свою энергию на образование заряда от ионизации, то по величине электрического сигнала можно судить об их энергии и о количестве зарегистрированных актов распада.

Существуют разнообразные детекторы излучений. Наиболее распространёнными детекторами являются: ионизационная камера, счётчик Гейгера-Мюллера, полупроводниковые и сцинтилляционные детекторы.

В ионизационной камере поглощающим веществом служит газ в пространстве между двумя электродами. Попадающие в камеру частицы и фотоны излучения вызывают появление заряда. Ток насыщения, возникающий в камере, характеризует интенсивность излучения.

В счётчиках Гейгера-Мюллера ионизация, созданная излучением, вызывает кратковременный разряд, который можно усилить и зарегистрировать.

Высокопроникающие γ-кванты в газе редко производят ионизацию. При этом ионов так мало, что зарегистрировать это излучение, используя ионизационные камеры, трудно. В этом случае применяют полупроводниковые или сцинтилляционные детекторы. В полупроводниковом детекторе поглощение происходит не в газе, а в полупроводниковом материале.

В сцинтилляционных детекторах прохождение γ-излучения вызывает световые вспышки, которые преобразуются в электрические импульсы и усиливаются фотоэлектронным умножителем. Для каждого вида излучения подбирают свой подходящий детектор.

Дозиметры могут быть рассчитаны на регистрацию доз какого-либо определённого вида излучения или регистрацию смешанного излучения. Приборы для измерения экспозиционной дозы (или мощности дозы) рентгеновского и гамма-излучения называются рентгенметрами. В качестве детектора ионизирующего излучения обычно у них является воздушная ионизационная камера, в которой собирается заряд от ионизации за некоторый промежуток времени. Для того чтобы измерить поглощённую дозу в органической ткани, нужны тканеэквивалентные (подобные тканям человеческого тела) детекторы, например, пластмассовые сцинтилляторы.

Можно применять и другие детекторы, например, ионизационные счётчики, но такой дозиметр предварительно необходимо прокалибровать, причём для каждого вида излучения нужны свои поправочные коэффициенты.

Дозиметры разделяют на две группы:

а) приборы, в которых непосредственно измеряется заряд, образовавшийся в ионизационной камере под действием излучения. По устройству это чаще всего конденсаторные дозиметры, измерительным прибором служит электрометр, шкала которого проградуирована в единицах экспозиционной дозы;

б) приборы, в которых возникает ток в связи с действием ионизационного излучения.

П ринцип работы конденсаторного дозиметра заключается в следующем. Один из электродов ионизационной камеры соединён с чувствительным электрометром (рис.1), который предварительно заряжен до некоторого потенциала φ₁. При этом на них образуется заряд q₁ = Cφ₁, где C – ёмкость электрода вместе с электрометром. После облучения в камере (объём V) образуются ионы двух знаков. Ионы, знак которых противоположен знаку электрода, притягиваются к нему и частично нейтрализуют его заряд. Потенциал снижается до значения φ₂. Тогда заряд, образованный в камере под действием излучения: . Соответствующая экспозиционная доза (в рентгенах): , где K – коэффициент пропорциональности, установленный при градуировке прибора. Таким образом, доза X определяется по разности показаний электрометра в начале и в конце измерения.

Конденсаторные дозиметры весьма чувствительны и точны. В качестве примера опишем дозиметр (КИД-1), предназначенный для измерения небольших доз рентгеновского или γ-излечения в процессе индивидуального контроля для работающих с ионизирующим излучением в лабораторных условиях. В этот комплекс входит набор индивидуальных дозиметров (20 или 50), камеры которых по форме напоминает авторучку, и общее измерительное устройства (состоит из зарядной и измерительной камеры). Камера такого дозиметра содержит небольшой объём воздуха, но стенки её сделаны из лёгкого ионизирующего “воздухоэквивалентного” вещества (бакелит, плексиглас и т.д.). В камере обеспечиваются условия полной ионизации. Зарядное устройство представляет собой источник постоянного напряжения. Дозиметр в начале рабочего дня заряжается. В конце рабочего дня, чтобы установить дозу облучения камеры, а, следовательно, и человека, у которого находился дозиметр, измеряют остаточный потенциал и, сравнивая его с потенциалом при зарядке камеры, устанавливают искомую дозу.

В дозиметрах, основанных на измерении тока в ионизационной камере, напряжение между электродами должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить ток насыщения, т.е. условия, при которых ток между электродами пропорционален только количеству ионов, образующихся в камере под действием излучения в единицу времени. При этом сила тока в камере прямопропорциональна мощности дозы излучения, действующего на неё. Ток ионизационной камеры очень мал и непосредственное его измерение затруднительно. Обычно в цепь электродов ИК последовательно включается достаточно большое сопротивление R (рис.2). Падение напряжения от ионизационного тока с R подаётся на усилитель, в выходную цепь которого включен измерительный прибор. Шкала прибора градуируется в мкР/с или мкР/ч (единицах мощности дозы). Дозиметры питаются от батарей или от сети переменного тока.

Дозиметр типа ДКЗ-1 применяется для контроля защиты помещения от рентгеновского и γ-излучения. Аналогичный по назначению дозиметр МРМ-1 или МРМ-2 (микрорентгенометр, ионизационная камера вынесена отдельно от прибора) применяется в лечебных и рентгенотерапевтических кабинетах. Существуют дозиметры, детекторами которых являются газоразрядные счётчики.

С помощью дозиметра можно измерять также и активность γ-препаратов. Для этого изотоп по возможности в форме точечного источника помещают на определённом расстоянии от центра ионизационной камеры. Затем измеряют мощность дозы и вычисляют активность вещества, исходя из приведённой выше формулы: .

Для измерения активности радиоактивных изотопов применяются приборы, называемые радиометрами. Используются и радиометры типа ДП-5, предназначенные для гражданской обороны и обладающие небольшой точностью. Для индивидуального использования населением с целью контроля радиационной обстановки на местности, в жилых и рабочих помещениях используют дозиметр-радиометр АНРИ-01-02 “СОСНА” и др.