Материал: Методика медичних дозиметричних вимірювань та відповідна дозиметрична вимірювальна апаратура

Рис.2.5 Пристрій і робота іонізаційної камери безперервної дії

При попаданні випромінювання в газ відбувається іонізація і по ланцюгу протікає електричний струм, який зазвичай підсилюють і вимірюють. Сила струму пропорційна числу іонів, утворених в камері в секунду, і, отже, потоку енергії проходять іонізуючих частинок.

У деяких приладах розрядка конденсатора під дією іонізуючого випромінювання фіксується електрометром.

До лічильників відносять велику групу газорозрядних пристроїв (імпульсні іонізаційні камери, пропорційні лічильники, лічильники Гейгера-Мюллера), а також люмінесцентні, напівпровідникові та ін.

Проаналізуємо залежність імпульсу струму , що виникає при попаданні частинки в газовий проміжок (число іонів, що беруть участь в одному імпульсі), від напруги U на електродах (рис. 2.6; криві відповідають а-і β-частинкам).

Рис.2.6 Залежність імпульсу струму

Обидві криві можуть бути умовно представлені шістьма областями, для яких характерні різні процеси.

В області I рекомбінації частина іонів рекомбенірує. З ростом напруги число рекомбінуючих іонів зменшується, збільшується число іонів, які досягають електродів. Так як іонізуюча здатність α-частинок більше, ніж β-частинок, то криві для них різні.

Область II відповідає насиченню. Усі первинні іони доходять до електродів, але вторинної іонізації ще немає. У цій області працює іонізаційна камера.

В області III починає проявлятися вторинна іонізація, однак імпульс струму при цьому залишається пропорційним початковій іонізації.

Число N пар іонів, присутніх після посилення, пропорційно числу N0 первинних пар іонів, утворених іонізуючої часткою:

= до N0

де к - коефіцієнт газового посилення (к = 103 - 106). Він залежить від конструкції лічильника і природи використовуваного в ньому газу. Саме в цій області працюють пропорційні лічильники.

Так як N0і, отже, N залежать не тільки від виду частинки, але і від її енергії, то пропорційні лічильники можуть вимірювати і енергію частинок.

Область IV називають областю обмеженою пропорційності. Тут ще проявляється залежність від початкової іонізації, але до значення U4 вона вже пропадає. Значення U4, зване порогом області Гейгера, залежить від конструкції лічильника, а також від тиску і виду газу, використовуваного в ньому. У цій області імпульс струму стає досить великим і при малій початковій іонізації.

В області V працюють лічильники Гейгера-Мюллера. Тут великий коефіцієнт газового посилення, але не можна розрізняти енергії частинок.

В області VI виникає безперервний газовий розряд, який призводить до швидкого псування лічильника.

Області V і VI відповідають самостійного газового розряду, який буде підтримуватися і після припинення іонізуючого дії частинки.

Як приклад газових пристроїв розглянемо лічильник Гейгера-Мюллера, він складається з коаксіально розташованих циліндричних електродів 1 - анод (тонка нитка, натягнута уздовж осі), 2 - катод у вигляді напиляного на скляну трубку 3 металу]. Тиск газу всередині лічильника - 100-200 мм рт.ст.

Рис.2.7 Лічильник Гегера

До електродів прикладається напруга порядку декількох сотень вольт. При попаданні в лічильник іонізуючої частки в газі утворюються вільні електрони, які рухаються до анода. Так як нитка тонка (діаметр близько 0,05 мм), то поблизу нитки електричне поле сильно неоднорідне, напруженість поля велика. Електрони поблизу нитки прискорюються настільки, що починають іонізувати газ. В результаті виникає розряд і по ланцюгу протікає струм.

Самостійний розряд у лічильнику Гейгера-Мюллера необхідно погасити, інакше лічильник не прореагує на наступну частинку. Для гасіння розряду застосовують радіотехнічний метод і метод, заснований на додаванні в трубку багатоатомних газів (самогаситься лічильники).

Найпростішим варіантом першого методу є включення послідовно з лічильником високоомного резистора. При протіканні струму на цьому резисторі відбувається значне падіння напруги, напруга на лічильнику зменшується і розряд припиняється. Більш поширені самогасящі лічильники, в яких завдяки спеціальному газовому наповненню розряд сам собою обривається навіть при малих опорах ланцюга.

Електричні імпульси, що виникають у зовнішній ланцюга на резисторі, підсилюють і реєструють спеціальним пристроєм. На рис. 2.7. показаний зовнішній вигляд установки Б-4, яка працює спільно з лічильником Гейгера-Мюллера.

Рис.2.8 Зовнішній вигляд установки Б-4

Принцип дії сцинтиляційного (люмінесцентного) лічильника заснований на тому, що під дією іонізуючого випромінювання в деяких речовинах відбуваються короткочасні спалахи світла - сцинтиляції. На першому етапі розвитку ядерної фізики сцинтиляції реєструвалися при візуальному спостереженні. У люмінесцентному лічильнику вони реєструються автоматично з використанням фотоелектронного помножувача.

Напівпровідникові лічильники реагують на зміну електропровідності переходу під впливом зарядженої частинки.

Як видно, всі перераховані вище детектори працюють, коли частки виробляють іонізацію в певному обсязі. У зв'язку з цим для реєстрації α-і β-частинок стінки лічильників або камер повинні пропускати ці частинки. В окремих випадках для реєстрації α-випромінювання відповідний джерело поміщається всередину камери, так як важко зробити стінки камери прозорими для цих часток.

Рентгенівське і γ-випромінювання реєструються завдяки іонізації, яку викликають заряджені частинки, утворені при фотоефекті, Комптон-ефекту і т.д.

Лічильники повинні задовольнятися деяким загальним вимогам, таким як ефективність, дозволяючий час і ін.

Ефективністю називають відношення числа зареєстрованих частинок до загального числа частинок, які пролетіли через лічильник. Дозволяючим (або мертвим) часом лічильника називають мінімальний час, який має розділяти наступні один за одним частинки, щоб вони не були злічені як одн

Сучасні детектори іонізуючого випромінювання.

Розглянемо сигналізатор іонізуючого випромінювання "НПС-3"

Рис.2.9 Сигналізатор іонізуючого випромінювання "НПС-3"

Призначений для контролю за радіаційною обстановкою і сигналізації про перевищення допустимого рівня потужності експозиційної дози. Складається з блоку індикації і виносного детектора, які можуть бути рознесені на відстань до 200 метрів. У приладі передбачена можливість автоматичного визначення статистично достовірного порога спрацьовування і безперервної індикації потужності експозиційної дози.

Полонієвая ручка.

Американські інженери,винайшли спеціальну ручку, в яку вмонтований індикатор, що визначає наявність полонію в їжі та напоях.

Рис.2.10. Полонієва ручка

Виглядає Polonium Pen як звичайна ручка в металевому корпусі. Оснащена вона дешевим, але дуже чутливим індикатором радіоактивності. Принцип його дії заснований на реакції іонізації парів їжі зарядженими частинками, стікаючи з радіоактивної речовини.

Датчик реєструє іонізований газ, і на боці ручки запалюється жовта лампочка. Якщо все гаразд, то загоряється зелений індикатор. Як стверджують розробники, Polonium Pen здатна показувати навіть найдрібніші дози радіоактивних речовин. Однак тонкий механізм, стійкий до електроколивання, дуже сприйнятливий до будь яких рідин. Тому, перед тим як засунути ручку в келих з вином, її потрібно протерти спеціальним антикорозійним розчином, а потім вже насолоджуватися вишуканим букетом напою з присмаком хімії. Живеться Polonium Pen від девятивольтової лужної батареї. Поки виготовлено кілька дослідних зразків і вивчається можливість запуску приладу у виробництво.

Науково-виробниче приватне підприємство "Спаринг-Віст Центр" відомо в Україні і в світі як розробник і виробник приладів та систем радіаційного контролю торгової марки "ECOTEST".

За 20 років діяльності в доробку підприємства більше 30 засобів і систем радіаційного контролю торгової марки "ECOTEST", які поділяються на:

-  портативні дозиметри (радіометри)• персональні дозиметри

-   пошукові дозиметри (радіометри, ідентифікатори)

-   прилади для радіаційного (і хімічної) розвідки

-   аналізатори

-   сигналізатори

-   блоки детектування

-   інформаційні табло

-  автоматизовані системи

-   програмне забезпечення

З 2006 року підприємство "Спаринг-Віст Центр" працює в умовах впровадженої та сертифікованої системи управління якістю ISO 9001-2008, яка є гарантією стабільної якості продукції, включаючи процеси розробки приладів, їх виробництва, поставки замовнику, а також гарантійного (18 місяців) і післягарантійного обслуговування.

"Спаринг-Віст Центр" виконує замовлення багатьох міністерств і відомств України, активно співпрацює з приладобудівними та науковими установами.

Продукція ТМ "ECOTEST" експортується в понад 60 країн світу (СНД, Європи, Азії, Африки, Північної та Латинської Америк).Підприємство постійно вдосконалює продукцію ТМ "ECOTEST" і розширює її функціональні можливості згідно з вимогами ринку, впроваджуючи новітні технології і використовуючи сучасні комплектуючі та матеріали.

Рис.2.11. Аналізатором активності ізотопів цезію в продуктах харчування FoodTester-G

Нещодавно підприємства поповнилося новим типом приладу - аналізатором активності ізотопів цезію в продуктах харчування FoodTester-G, призначеним для вимірювання потужності еквівалентної дози гамма-випромінювання, виявлення ізотопів цезію в продуктах харчування та оцінки їх питомої активності. На відміну від схожих приладів FoodTester-G є мобільним, не вимагає спеціальної підготовки користувача, працює в діалоговому режимі, не вимагає спеціальної ємності для проб, вимірює шляхом прикладання до предмету дослідження, не вимагає спеціальної підготовки проб (продукт і упаковка залишаються цілісними), що не вимагає спеціального захисту.

Рис.2.12 Інтелектуальний детектор гамма-випромінювання Gamma Sapiens

Детектор виконаний у вигляді приставки до мобільного пристрою на базі ОС Android, з'єднується з ним по бездротовому каналу і може виконувати роль дозиметра і детектора іонізуючого випромінювання.

Для роботи з мобільним пристроєм використовується стандартне ПЗ, яке розпізнає дозиметр як звичайне зовнішній пристрій Bluetooth, дальність зв'язку при цьому може складати 5 м. У режимі дозиметра прилад передає на смартфон інформацію про накопичену їм дозі іонізуючого випромінювання, в режимі детектора - рівень фону в реальному часу.

Завдяки власному джерела живлення модуль може виконувати функції дозиметра самостійно і передасть накопичені дані на мобільний пристрій при підключенні.

В якості автономного детектора прилад сповістить користувача про небезпечний рівень іонізуючого випромінювання звуковим або світловим сигналами.

Основні характеристики приладу:

-     діапазон вимірювання потужності дози - 0,1 .. 5000 мкЗв / год;

-   діапазон вимірювання накопиченої дози - до 9,9 Зв;

-   похибка вимірювання - ± 25%;

-   живлення - 2 гальванічних елементи типорозміру "ААА";

-   час безперервної роботи від одного комплекту батарей - 60 год.

Рис.2.13. Дозиметр-радіометр МКС-05 «ТЕРРА»

Найбільш відомими є приладами ТМ «ECOTEST» є «ТЕРРА» і МКС-У. Дозиметр-радіометр МКС-05 «ТЕРРА» - професійний прилад, який успішно використовувався на Близькому Сході українськими миротворцями. Знаходиться на озброєнні в українській армії.

Призначення.

Вимірювання потужності еквівалентної дози (ПЕД) гамма-та рентгенівського випромінювань. Вимірювання еквівалентної дози (ЕД) гамма-та рентгенівського випромінювань. Вимірювання поверхневої щільності потоку бета-частинок. Вимірювання часу накопичення еквівалентної дози. Вимірювання реального часу (годинник).

Особливості.

Наявність п'яти незалежних вимірювальних каналів з почерговим виведенням інформації на один рідкокристалічний індикатор. Вбудований гамма-, бета-чутливий лічильник Гейгера-Мюллера. Оперативна оцінка гамма-фону протягом 10 секунд. Автоматичне віднімання гамма-фону при вимірюванні бета-забрудненості. Усереднення результатів вимірювань з можливістю ручного та автоматичного його переривання. Автоматичний вибір інтервалів та діапазонів вимірювань. З вукова сигналізація кожного зареєстрованого гамма-кванта чи бета-частинки c можливістю її відключення. Двотональна звукова сигналізація перевищення запрограмованих п орогових рівнів. Підсвітка цифрового індикатора. Два гальванічні елементи живлення типорозміру ААА. Індикація розрядки джерела живлення. Ударостійкий корпус. Малі габарити і вага.

Основні технічні характеристики:

Діапазони вимірювань та відносні основні похибки:

Потужності еквівалентної дози гамма-та рентгенівського випромінювань (137Cs) мкЗв / год 0,1 ... 9 999; ± 15%

Еквівалентної дози гамма-та рентгенівського випромінювань (137Cs) мЗв 0,001 ... 9 999; ± 15%

Щільності потоку бета-частинок (90Sr +90 Y) 1 / (см ² · хв) 10 ... 100 000; ± 20%

Часу накопичення еквівалентної дози та точність вимірювання 1хв ... 100год; ± 0,1 с за 24год.

Енергетичні діапазони вимірювань та енергетична залежність:

Гамма-та рентгенівського випромінень MeB 0,05 ... 3,0; ± 25%

Бета-випромінень MeB 0,5 ... 3,0;

Дискретність програмування порогових рівнів: - по потужності дози - по дозі - по щільності потоку мкЗв / год мЗв 10 ³ / см ² · хв 0,01 0,01 0,01.

Тимчасові інтервали вимірювань секунди 1 ... 70 Час безперервної роботи від нових елементів живлення години 2000 Діапазон робочих температур ° С -20 ... +50 Маса кг 0,15 Габарити мм 120 × 52 × 26.

Рис.2.14. Дозиметр-радіометр универсальный МКС-У

Дозиметр-радіометр універсальний призначений для вимірювання іонізуючих випромінювань (радіації) включаючи:потужність еквівалентної дози (ПЕД) гамма-випромінювання; еквівалентну дозу гамма-випромінювання; поверхневу щільність потоку бета-частинок; поверхневу щільність потоку альфа-часток за допомогою блоку детектування альфа-випромінювання БДПА-07 (за спеціальним замовленням); щільність потоку теплових і швидких нейтронів за допомогою блоку детектування нейтронного випромінювання БДПН-07 (за спеціальним замовленням).

У дозиметр-радіометра програмуються значення порогових рівнів ПЕД гамма-випромінювання, поверхневої щільності потоку бета-частинок.

У приладі реалізований автоматичний вибір інтервалів та діапазонів вимірювань, підсвічування і звукова сигналізація при реєстрації гамма-квантів, бета-частинок та перевищення запрограмованих порогових рівнів ПЕД чи щільності потоку бета-частинок. Прилад має аналоговий індикатор інтенсивності випромінювання, показує розряд елементів живлення і має вбудовану пам'ять на 4096 результатів вимірювань і може підключатися до ПК для передачі даних (через ІЧ-порт). Прилад пройшов військове приймання, в комплект поставки може входити контрольний джерело Cs-137.