Цифровой дозиметр (стр. 3 из 6)
Эффект излучения электромагнитных волн электронами при торможении позволяет использовать для получения g-излучения электронные ускорители. Так, например, современный электронный ускоритель со средним током 1 мкА и энергией ускоренных электронов 30-40 МэВ создает мощность дозы около 102 Гр/с в 1 м от вольфрамовой мишени.
Все рассмотренные источники излучения либо имеют сплошной' спектр, либо недостаточную для экспериментов интенсивность. Пока единственный практически осуществимый источник получения моноэнергетических g-квантов - процесс аннигиляции электронно-позитронных пар. При средних таких в линейных электронных ускорителях порядка 10 мкА можно создать источники фотонов с точно определенной энергией в десятки мегаэлектронвольт и активностью квантов 105-106 с-1.
Очень перспективно использование для получения монохроматических g-квантов квантовых генераторов света и мощных электронных ускорителей на основе обратного комптон-эффекта. Интенсивный пучок световых фотонов из лазера направляется навстречу пучку релятивистских (т.е. движущихся со скоростями, близкими к скорости распространения электромагнитных волн в свободном пространстве) электронов. Энергия фотонов вследствие рассеяния на быстрых электронах увеличивается. Согласно расчетам, при современных параметрах лазеров и ускорителей можно получить поток g-квантов 105-107 с-1 с размытием по энергии около 5%. Диапазон возможных значений энергий фотонов необычайно широк, вплоть до единиц гигаэлектрон-вольт.
Источники нейтронов. Основные характеристики нейтронных источников: поток нейтронов, энергия нейтронов, их угловое распределение, а также энергия н интенсивность сопутствующего гамма-излучения. Известны три основных типа нейтронных. источников:
1) радиоактивные, основанные на реакциях (a, n), (g, п), и спонтанного деления;
2) ускорители;
3) ядерные реакторы.
В настоящее время источники нейтронов широко применяют в научных исследованиях, при геологической разведке, для эталонирования и градуировки аппаратуры, регистрирующей нейтроны. Одними из первых начали использоваться полоннево (радиево) - бериллиевые нейтронные источники, которые представляют собой спрессованную смесь альфа-активного вещества (22688Ra, 21084Po) с порошкообразным бериллием, основанные на реакции 94Ве+42Не-126С+10п+5,7 МэВ.
Средняя энергия нейтронов первого источника 4,2 МэВ (максимальная-до 11 МэВ). Энергия нейтронов Ra - Ве-источника составляет 13 - 15 МэВ. Недостатком первого - сравнительно короткий период полураспада (138,4 дня), а второго - интенсивное g-излучение.
Применяют также так называемые фотонейтронные источники, в которых используются пороговые реакции фоторасщепления (у, п) ядер. Они представляют собой ампулу с источником g-излучения, помещенную в бериллиевую сферу. Нейтроны, полученные с помощью подобных источников, обладают более определенной энергией. Из фотонейтронных наиболее широко распространен Ra-Be (g, n) - источник. Получение нейтронов при помощи ядерного фотоэффекта. возможно лишь в том случае, когда энергия g-квантов превышает энергию связи нейтрона в ядре. Среди стабильных ядер наименьшими значениями энергии связи отличаются имению бериллий и дейтерий.
Полный. поток нейтронов для. самопроизвольно делящихся ядер, очень мал, но зато он практически вечен.
Развитие ядерной энергетики привело к тому, что в настоящее время возможно получение трансурановых элементов, имеющих выход нейтронов в достаточных, количествах. Так, спонтанный источник 239Ри, обогащенный 240 Ри до 8%, имеет поток нейтронов 2*104 с-1.
3. Выбор датчика
Выбираем газоразрядный счётчик. Ниже рассмотрим его плюсы и минусы по сравнению с другими видами детекторов.
При небольшой разности потенциалов на электродах газовый детектор работает в режиме ионизационной камеры, т.е. числовое значение импульсов в некотором интервале напряжений постоянно. При дальнейшем увеличении напряжения числовое значение выходного импульса возрастает, так как при этом электроны (полученные вследствие действия ионизирующей частицы) в усилившемся электрическом поле приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы произвести ударную ионизацию нейтральных молекул газа на своем пути. Вновь образованные электроны в свою очередь ускоряются электрическим полем и ионизируют новые молекулы. При этом. получается лавинный разряд, который сразу прекращается, как только образованные электроны и ионы достигнут соответствующих электродов детектора (несамостоятельный разряд). Коэффициент газового усиления k изменяется от единицы до 106. Газовый ионизационный детектор, который имеет коэффициент газового усиления больше единицы и в котором отдельные акты ионизации вызывают появление на выходе электрических импульсов, называют газоразрядным счетчиком.
Газоразрядный счетчик, который работает в режиме несамостоятельного газового разряда и в котором заряд в импульсе пропорционален первичной ионизации, называют пропорциональным счетчиком. В пропорциональных счетчиках чаще всего используют метан. или смесь метана и аргона,. которые пропускают через счетчик. Напряжение составляет 2-4 кВ. Если измеряемый радионуклид на очень тонкой подложке (для уменьшения поглощения) расположить между двумя пропорциональными счетчиками, то можно получить так называемый 4п-счетчик, который позволяет проводить измерения со 100% -ной эффективностью счета и пригоден для проведения абсолютных определений, например, при эталонировании. В настоящее время пропорциональные счетчики широко применяют в виде многопроволочных пропорциональных камер - набора проволочек малого диаметра (20-30 мкм), pacпoложенных с шагом 2-3 мм и служащих анодами. Электроды катода, расположенные с обеих сторон, также представляют собой набор проволочек, но несколько большего диаметра и с меньшим шагом. Благодаря удачному сочетанию сравнительно высоких пространственного и временного разрешений, большому быстродействию, простоте изготовления и способноси работать в магнитных полях, конструкции пропорциональных камер интенсивно совершенствуются в последние годы. Разновидность пропорциональных камер - дрейфовая камера, которая является координатным детектором, обеспечивающим высокую точность измерения.
Если продолжать увеличивать напряжение на счетчике, то после области ограниченной пропорциональности, которая не используется в детекторах, следует область Гейгера. Кинетическая энергия электронов становится столь большой, что, ударяясь об анод, они выбивают из него фотоны, которые, попадая на катод, вырывают электроны, которые ионизируют молекулы газа, - каждый вторичный электрон вызывает вспышку самостоятельного разряда. Один актпервично и ионизации в области Гейгера может вызвать такой же импульс, как и 1000 первичных актов. Если в пропорциональных счетчиках импульс на выходе пропорционален энергии частицы, то в счетчиках Гейгера-Мюллера числовое значение выходного импульса совершенно не зависит от начальной ионизации. Поэтому, если с помощью пропорционального счетчика можно определять как число ионизирующих частиц, так и их вид и энергию, то счетчик Гейгера-Мюллера можно использовать только для подсчета числа пролетевших частиц. Для гашения самостоятельного разряда в счетчиках Гейгера-Мюллера используется конденсатор и высокоомное сопротивление. С помощью внешнего контура напряжение на счетчике снижается ниже. порога зажигания. Для емкости около 10 пФ сопротивление должно быть больше или порядка 108 Ом, тогда время разрядки емкости более 10-3 с. Для многих измерений такие временные характеристики недостаточны. В настоящее время счетчики Гейгера-Мюллера вытесняются самогасящимися счетчиками. Было обнаружено, что небольшие добавки паров этилового спирта в счетчике Гейгера-Мюллера, наполненном аргоном, приводят к гашению самостоятельного разряда. Этот эффект и используется в самогасящихся счетчиках. Их, кроме одноатомного газа (аргона, неона и др.), наполняют небольшой добавкой паров одного из многоатомных органических соединений (этилового спирта, этилена. и т.п.) Молекулы примесей нейтрализуют ионы основного газа и активно поглощают кванты электромагнитного излучения, обуславливая автоматическое гашение разряда.
Рис. 1. Схема включения (а) и счетная характеристика (б) газоразрядного счетчика
Обозначим через N число импульсов, регистрируемых в единицу времени, - скорость импульсов, выражаемая в с-1. Зависимость скорости счета импульсов от напряжения N (t) - счетная характеристика счетчика. На рис.1 приведена схема включения и счетная характеристика газоразрядного счетчика.
Если напряжение достигает потенциала зажигания U0, в газе возникает разряд и счетчик начинает считать импульсы. Скорость счета при увеличении напряжения возрастает и при напряжении U1 счетчик регистрирует уже все частицы, которые ионизируют газ. При дальнейшем увеличении напряжения в диапазоне U1-U2 значение скорости счета изменяется незначительно. Этот рабочий участок счетной характеристики счетчика называется плато счетчика. Наклон плато к оси абсцисс, %, определяют как отношение разности чисел отсчетов на протяжении 100 В плато к среднему числу отсчетов Nc.