Глава 3

КАК ИЗМЕРЯЮТ ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Детально изученные зависимости эффекта от дозы на первом этапе развития радиационной физики служили прежде всего для понимания и углубленного анализа процессов «деградации», превращения энергии первич­ного излучения в облучаемом веществе. Как только в определенном диапазоне доз была показана высокая воспроизводимость таких зависимостей, естественно возник­ла мысль обратить их, использовать в качестве физиче­ских дозиметров, т. е. методов и приборов, позволяю­щих количественно характеризовать интенсивность, из­лучения. Например, по степени почернения рентгенов­ской пленки определять дозу ее облучения. Так появи­лись фотодозиметры.

В кинохронике, на телеэкране, на фотографиях пер­сонала АЭС читатель, наверное, не раз замечал харак­терную деталь — над карманом белого1 халата или комбинезона контрастно выделяется черный прямоугольник фотокассеты. Это — индивидуальный фотодозиметр. В пластмассовой кассете находится кадр рентгеновской пленки, запакованный в светонепроницаемую черную бумагу. Куда бы ни шел сотрудник АЭС, в какие бы радиационно опасные зоны он ни проникал, даже кратко­временно, — фотодозиметр получит ту же дозу, что и его организм.

Специального упоминания заслуживают две важные черты фотометода — широкий диапазон и практическое отсутствие инерционности, что определяет его пригод­ность даже в мощных нолях, т.е. в аварийных усло­виях, когда необходимо точно оценить дозу облучения для выбора правильной тактики лечения лучевой болез­ни. Определить дозу с малой погрешностью можно толь­ко на линейном участке зависимости доза — эффект, что и определяет область применимости метода. На практике нашли применение отечественные пленки двух типов: «рентген-Х» и «рентген-ХХ». Первые позволяют измерять дозы до 15 Р, вторые — до 3 Р. Из-за вуали минимальное значение дозы, измеряемой фотометодом, составляет примерно 0,1—0,2 Р.

На показания прибора оказывает влияние не толыко величина дозы, но и особо — энергия регистрируемого излучения. Этот эффект известен в дозиметрии под жаргонным названием «ход с жесткостью». Под «жест­костью» здесь понимается энергия излучения — чем больше энергия фотонов, тем на большую глубину они проникают, т. е. тем жестче луч и, если представить излучение в виде иглы, тем на большей глубине станет «мягче» и согнется ее острие. Чем больше малоэнергич­ных, «мягких» фотонов, тем труднее их измерить и тем больше может быть ошибка, если не учитывать этого эффекта.

Фотоэлектронный механизм повышенной чувствительности фотопленки к малоэнергичным квантам вызывает необходимость учитывать эффективную энергию излу­чения, падающего на фотодозиметр. Для этой цели в стенке кассеты применена система фильтров — от открыто­го «окна» до тонких слоев металла. Сопоставляя степень почернения под ними, оценивают энергию фотонов и, сделав поправку на долю мягкого излучения, рассчиты­вают экспозиционную или поглощенную дозу. Из при­веденных данных ясно, что область применимости фотометода определяется не только диапазоном измеряе­мых доз, но также и энергией регистрируемого излуче­ния. Этот метод можно уверенно применять лишь при энергии квантов более 200 кэВ.

Для ионизирующих излучений в большинстве практически важных случаев главным из эффектов взаимо­действия с веществом является процесс ионизации ато­мов среды. Ионизационные камеры, к рассмотрению ко­торых мы приступаем, получили свое название именно потому, что в этом детекторе излучения использован про­цесс ионизации. Если к воздушному конденсатору, который является простейшей ионизационной камерой, поднести источник ионизирующего излучения (например, препарат радия), то его излучение, взаимодействуя с атомами и молекулами воздуха, будет их ионизировать, т. е. превращать из электрически нейтральных в ионы, несущие положи­тельный и отрицательный заряды. Под влиянием приложенной к обкладкам конденсатора разности потен­циалов ионы разного знака начнут двигаться в противоположных направлениях, и в цепи потечет электрический ток. Сила тока, регистрируемая с помощью ампер­метра, при определенных условиях пропорциональна интенсивности излучения, которое воздействует на воздух, находящийся между обкладками конденсатора.

При движении разноименно заряженных ионов к электродам часть их может столкнуться друг с другом и рекомбинировать, снова образуя электрически нейтральные атомы и молекулы. Другие ионы могут под влиянием теплового движения атомов передвинуться не к электродам, а к иным конструктивным деталям каме­ры, не входящим в ту электрическую цепь, ток которой мы измеряем. Ясно, что обе эти группы ионов будут потеряны при определении силы тока, протекающего че­рез ионизационную камеру. Именно по этим причинам на начальном участке вольт-амперной характеристики ионизационной камеры ток отличается от того значения, которое соответствует собиранию на электродах всех ионов, образованных излучением в чувствительном объе­ме камеры. По мере повышения разности потенциалов, приложенной к электродам ионизационной камеры, все боль­шая часть образованных излучением исков «вытягива­ется» из чувствительного объема к электродам, не испы­тывая рекомбинации и диффузии, и ток, протекающий через цепь с гальванометром, возрастает, несмотря на постоянство интенсивности облучения. Наконец устанавливается такая разность потенциалов, при которой все ионы, образованные излучением в объеме камеры, достигают электродов.

При дальнейшем увеличении разности потенциалов до известного предела ток, который протекает через ионизационную камеру при постоянном облучении, оста­ется неизменным, ибо все образуемые излучением ионы достигают электродов. Соответствующая сила тока, по­лучившая наименование тока насыщения Iнас, однознач­но связана с числом пар ионов N, образуемых излу­чением в объеме камеры:


Iнас = Ne,

где е — заряд иона, численно равный заряду электрона.

Если интенсивность излучения остается постоянной по всему объему камеры (равномерная ионизация), то справедливо соотношение

Iнас = N0V0,

где N0 — число пар ионов, образуемых излучением в 1 см3 газа-наполнителя камеры, V0 — чувствительный объем камеры в кубических сантиметрах.

Следовательно, зная объем камеры и измерив величину тока насыщения, можно определить число пар ионов, образуемых излучением в 1 см3 воздуха за 1 с, т. е. измерить мощность дозы ионизирующего излуче­ния. Таким образом, ионизационная камера позволяет не только обнаружить ионизирующее излучение, но и изме­рить его количество.

Практическое воплощение изложенного принципа оп­ределения мощности дозы ионизирующего излучения с помощью ионизационной камеры встречает определен­ные трудности. В частности, следует указать на малую величину измеряемого эффекта. Известно, что предельно допустимая мощность дозы γ-излучения составляет 0,8 мкР/с. Поскольку 1 Р соответствует 2*109 пар ионов/см3 воздуха, при указанной мощности дозы в 1 см3 воздуха за 1 с будет образовываться всего 1,6*103 пар ионов. В переносных приборах редко используются ионизационные камеры объемом более 10 л, следова­тельно, суммарный ионизационный ток при облучении такой камеры предельно допустимой мощностью дозы составит 2,6*10-12 А. К сожалению, измерение столь ма­лых токов без предварительного их усиления невозмож­но, и схема дозиметра с ионизационной камерой должна неизбежно содержать блок усиления слабых токов.

В дозиметрической аппаратуре для измерений в по­ле β-γ-излучений применяют цилиндрические и плоские ионизационные камеры. При измерении α-частиц часто используют камеры со сферическим центральным элек­тродом. Для дозиметрии мягких рентгеновских лучей разработаны камеры без стенок: из плоского электрода и перпендикулярного к нему острийного электрода, об­разующего вытягивающее поле.

Малая проникающая способность α-частиц вынуждает использовать для их регистрации камеры с очень тон­кими окнами или вообще без окон либо размещать α-препарат непосредственно в чувствительном объеме ка­меры. В силу высокой ионизирующей способности и малого пробега α-частиц ионизационные камеры для изме­рений α-излучения имеют небольшое расстояние между электродами.

Ионизационные камеры мало удобны для β-излучения, так как создаваемый в камере ток связан с энер­гетическим распределением попадающих в нее β -частиц, и, следовательно, для получения результатов измерения мощности дозы этим методом необходимо дополнительное определение энергетического спектра исследуемого β-излучения. При относительных измерениях, когда упо­мянутые ограничения не имеют значения, ионизационные камеры для β-излучателей еще находят примене­ние. Отличительной чертой их конструкции, так же, как и камер для α-частиц, является тонкое входное окно, через которое измеряемое излучение попадает в камеру сравнительно мало ослабленным.

Наиболее разнообразны по конструкции широко распространенные ионизационные камеры для измерения γ-излучения. Отличительной чертой таких камер являют­ся ограничения, налагаемые на химический состав и тол­щину вещества стенок. Это связано с тем, что в иониза­ционных камерах, применяемых для регистрации γ- и жесткого рентгеновского излучения, вторичные электро­ны, образуемые в стенках камеры, играют более важную роль по сравнению с электронами, образуемыми в газе камеры. Наоборот, в упомянутых выше ионизационных камерах для регистрации α- и β-частиц, а также для измерений мягких рентгеновских лучей характерной чер­той является малая роль стенок камеры.

Из двух типов ионизационных камер (импульсной, предназначенной для измерения отдельных частиц, и то­ковой — для регистрации большого числа актов иониза­ции) в практической дозиметрии распространены толь­ко детекторы второго типа, обеспечивающие измерении суммарного ионизационного эффекта (например, силы тока, вызванного значительным количеством ионизирующего излучения, или заряда, накопленного за большое время на электродах ионизационной камеры). Так как в камерах такого типа, по существу, происходит суммирование эффекта от большого числа актов ионизации, происходящих в чувствительном объеме камеры, то эти камеры часто называют интегрирующими (токовы­ми), поскольку интегрирование представляет собой сум­мирование малых величин. Пренебрежение этим фактором может привести к значительным ошибкам при оценке радиационной обстановки, особенно в полях с высокой мощностью дозы.

В практике дозиметрических измерений наибольшее распространение получили камеры, основанные на использовании «стеночного эффекта», именуемые также наперстковыми (хотя часто размеры и форма таких ка­мер мало напоминают наперсток). Последнее название камер для измерения γ-излучения обусловлено истори­ческими причинами. Физики Грей и Брэгг разработали теорию работы таких камер применительно к задачам лучевой терапии в 30-е гг., когда предпринимались по­пытки создать миниатюрные детекторы излучения для измерений внутри организма человека.

Наперстковую ионизационную камеру можно рассматривать как наполненную газом малую полость внут­ри твердого тела. Принцип Брэгга—Грея позволяет уста­новить зависимость измеряемой ионизации газа, заклю­ченного в полости, от ионизации в геометрически подоб­ном объеме, расположенном внутри твердого тела того же самого атомного состава, что и вещество стенки. Грей в наиболее общей форме доказал, что при выполнении некоторых условий наличие малой воздушной полости в сплошном твердом теле не изменяет энерге­тического и пространственного распределения электро­нов вторичного происхождения внутри твердого тела. Он получил соотношение между энергией ΔЕ, поглощен­ной единицей объема твердого тела за единицу време­ни, и ионизацией воздушной полости:

J0ε = ΔЕ/s,

где J0 — число пар ионов, образуемых рассматривае­мым излучением в единице объема воздушной полости за единицу времени; ε — работа ионизации, т. е. энер­гия, затрачиваемая на образование одной пары ионов (эта величина для воздуха численно равна 34 эВ и прак­тически не зависит от энергии β-частиц); s — отноше­ние тормозных способностей твердого вещества и воздуха.

На основе этого соотношения строится современная дозиметрия γ-излучения, поскольку оно позволяет, изме­рив ионизацию в воздушной ионизационной камере, най­ти величину поглощенной дозы. Выше было отмечено, что успех обусловлен счастливым совпадением: эффек­тивный атомный номер тканей человеческого тела (воды, крови, мышц), равный 7,42, близок к эффектив­ному атомному номеру воздуха (7,64). Именно это позволяет определять поглощенную энергию для тканей человеческого тела по результатам измерений ионизации, создаваемой анализируемым излучением в воздухе.

Эти же соображения диктуют требование, налагае­мое на выбор вещества стенки наперстковой ионизационной камеры: оно должно быть «воздухо»- или «ткане-эквивалентным». Эквивалентными считаются такие ма­териалы, которые имеют одинаковые коэффициенты по­глощения первичного излучения и одинаковую атомную тормозную способность для вторичных частиц. Практически это можно осуществить подбором состава газа и материала стенки таким образом, чтобы их Zэфф было одним и тем же. К воздухоэквивалентным материалам относятся такие, как бакелит, плексиглас, полистирол и др.

Количество электричества, собранное на электродах таких ионизационных камер, прямо пропорционально экспозиционной дозе. Для целей дозиметрии можно ис­пользовать и обратную зависимость. Если два изолиро­ванных друг от друга и заряженных до определенного потенциала U0 электрода поместить в поле ионизирую­щего излучения, то под влиянием ионов, возникающих в межэлектродном пространстве, часть заряда будет нейтрализована и в конце экспозиции потенциал пони­зится до Uк. Разность потенциалов связана с экспози­ционной дозой

ΔU = U0 – Uк = Ne = Dэ.

Для регистрации начального и конечного потенциалов существуют различные устройства. Одно из самых простых и давно используемых — электроскопы. В тех, которые применяли еще П. и М. Кюри для измерений относительной радиоактивности препаратов, заряд опре­делялся по степени расхождения тончайших металличе­ских лепестков. В современных карманных дозиметрах дозу определяют по углу отклонения золоченой упругой кварцевой нити, наблюдаемой на просвет через несколь­ко линз (рис. 7).

Надежные, точные, простые в устройстве ионизационные камеры до сих пор используются в практической дозиметрии. Главный их недостаток — относительно низ­кая чувствительность. Даже если наполнить межэлек­тродное пространство тяжелым газом и поднять его дав­ление до нескольких атмосфер, ионизационная камера зарегистрирует не более одного из десятков тысяч кван­тов γ- или рентгеновского излучения, пролетающих че­рез ее объем. Таким образом, ионизационные камеры применимы лишь в полях значительной мощности дозы излучения.

Характерно, что если в первый период после аварии на ЧАЭС армейские дозиметры ДП-5А с ионизационны­ми камерами были вполне пригодны и давали правильные показания, то после распада короткоживущих ра­дионуклидов в смеси выброшенных продуктов деления от таких детекторов пришлось отказаться и заменить их на более чувствительные. Это была аппаратура, в которой для регистрации ионизирующих излучений исполь­зовались газоразрядные и сцинтилляционные детекторы.

Газоразрядные счетчики, часто называемые также счетчиками Гейгера—Мюллера, отличаются от иониза­ционных камер большей чувствительностью: они способны зарегистрировать появление в их чувствительном объеме единичной пары ионов. Эти счетчики часто применяют для измерений количества радиоактивных веществ по интенсивности испускаемых ионизирующих излучений. Поэтому ионизационные камеры, регистрирующие суммарную ионизацию, используют пре­имущественно для дозимет­рии, а газоразрядные счет­чики — для радиометрии, т. е. определения количест­ва радиоактивных веществ (радионуклидов).

По принципу устройства газоразрядный счетчик не отличается от ионизационной камеры: он также является конденсатором, к которому приложена разность потенциалов, однако она настолько велика, что в газовом промежутке возникает новый процесс — газовое уси­ление. Этот процесс отсутствует в ионизационных каме­рах; в газоразрядных же счетчиках в результате газо­вого разряда происходит умножение начального числа ионов. В зависимости от конструкции счетчика и прило­женного напряжения коэффициент газового усиления может достигать величины 107.

Рис.7

Рис. 7. Конструкция карманного дозиметра на основе ионизационной камеры с электроскопом.

Использование процесса газового разряда в газоразрядных счетчиках позволяет резко увеличить чувстви­тельность счетчиков в сравнении с ионизационными ка­мерами и существенно упростить регистрирующие электрические схемы. По этим причинам газоразрядные счетчики чаще всего применяются для измерений отдель­ных частиц и имеют небольшие размеры, ибо даже не­значительной массы газа-наполнителя достаточно для развития процесса газового усиления. Цилиндрические счетчики Гейгера—Мюллера (рис. 8), например, состоят из внешнего электрода (металлического или стеклянно­го, покрытого изнутри слоем проводящего вещества) диаметром 1—3 см, длиной 10—15 см и тонкой внут­ренней нити из вольфрама или другого металла диа­метром несколько сотых или десятых долей миллимет­ра. В отличие от ионизационных камер, работающих, как правило, при атмосферном давлении, газоразрядные счетчики часто наполняют смесью газов под понижен­ным давлением.

Рис.8

Рис. 8. Цилиндрический счетчик Гейгера—Мюллера и схема его включения: 1 — нить счетчика (анод); 2 — специальный слой, на­несенный на корпус (катод); 3 — корпус; 4 — контакт; 5 — изо­лятор; 6 — стеклянная трубка

Величина импульса тока, создаваемого таким счетчиком, не зависит от начального числа пар ионов в чув­ствительном объеме. Эта область работы счетчика явля­ется своеобразной противоположностью области приме­нимости ионизационной камеры. В самом деле, с по­мощью ионизационной камеры можно измерить суммар­ную ионизацию, но нельзя установить число создающих ее частиц. Напротив, счетчик Гейгера—Мюллера позво­ляет определить число ионизирующих частиц, но не дает никаких сведений о величине ионизации, создаваемой этими частицами. Возникающий при этом импульс тока один и тот же, как при регистрации α-частицы, создаю­щей в чувствительном объеме счетчика десятки тысяч пар ионов, так и при регистрации β-частицы или γ-кванта, образующих несколько пар ионов. Величина импуль­са зависит только от приложенной разности потенциа­лов и конструктивных параметров газоразрядного счетчика. Для α-частиц и малоэнергичных электронов (β-частиц), обладающих низкой проникающей способностью, разработаны и используются специальные конструкции торцовых счетчиков, снабженных тонким входным окном.

Эффективность регистрации γ-квантов с помощью счетчиков Гейгера—Мюллера очень низка из-за малой толщины стенки и, следовательно, маловероятного обра­зования вторичных электронов, вызывающих ионизацию в чувствительном объеме счетчика. В то же время не­возможно существенно увеличить толщину стенки, по­скольку при толщине, превышающей пробег вторичных электронов в веществе стенки, образованные излучением дополнительные частицы не смогут достигнуть чувстви­тельного объема счетчика и не будут зарегистрированы. Возможный путь повышения эффективности счетчиков при измерении γ-квантов состоит в применении для из­готовления катода более тяжелых материалов (элемен­тов конца таблицы Менделеева), для которых вероят­ность образования вторичных электронов выше, чем для легких веществ. Однако даже в счетчиках, специально изготовленных для регистрации γ-квантов, вероятность образования вто­ричных электронов мала и эффективность их не превы­шает 1—2%.

Из недостатков счетчиков Гейгера—Мюллера назовем два основных. Этим приборам присущ значительный «ход с жесткостью», т. е. резкая зависимость эффективности регистрации от энергии падающего излучения, что затрудняет абсолютные измерения активности, особенно дозиметрические исследования. В последних случаях приходится дополнительно учитывать зависимость мощ­ности дозы от числа падающих частиц и их энергии. На показания приборов со счетчиками Гейгера—Мюллера может оказывать влияние мощность дозы или ин­тенсивность излучения. Например, их показания могут даже уменьшаться при очень высокой мощности дозы.

Наиболее сложно устроены сцинтилляционные детек­торы (от латинского «сцинтилляцио» — сверканье, вспышка), отличающиеся высокой чувствительностью к γ-излучению. На каждые 100 фотонов, пронизывающих их чувствительный объем, они дают не менее несколь­ких отсчетов, а при особых ухищрениях — даже десят­ки отсчетов. Чтобы обеспечить такую большую чувстви­тельность, физикам пришлось пойти на хитрость и обой­ти одно из решающих препятствий.

Из сказанного выше ясно, что достижению высокой эффективности регистрации γ-квантов препятствует не­совместимость двух взаимно противоречивых принци­пов — для наиболее вероятного преобразования γ-кван­тов в электроны необходимо использовать вещества с большими значениями атомного номера Z и плотности. В то же время именно таким веществам присуще особо быстрое поглощение электронов, они для них как бы непрозрачны. Возможно, что именно это слово и подтолкнуло физиков на правильный путь. В сцинтилляционных детекторах второй барьер удалось преодолеть за счет разработки и использования специальных кристаллов — фосфоров («светонесущих»). Именно в ис­пользовании света и состоит секрет высокой эффектив­ности сцинтилляторов. В таких детекторах энергия ионизирующего излучения преобразуется в вспышку света, для которого кристалл является прозрачным. Таким об­разом, увеличение размеров кристалла сопровождается повышением эффективности регистрации γ-квантов и чув­ствительности к рентгеновскому и γ-излучениям.

Из применяемых в практических целях назовем следующие сцинтилляторы — NaJ(Tl) и CsJ(Na) в детек­торах γ-излучения, ZnS(Ag) — в α-детекторах.

Сцинтилляционный детектор состоит из оптически соединенных сцинтиллятора и фотоэлектронного умно­жителя (ФЭУ), преобразующего световую вспышку в электрический импульс. Особое достоинство щелочно-галоидных кристаллов состоит в том, что амплитуда та­кого импульса пропорциональна энергии, переданной сцинтиллятору. Спектрометры и радиометры, базирую­щиеся на использовании сцинтилляционных детекторов, оснащены дополнительными электронными блоками ам­плитудного анализа (рис. 9).

Рис.9

Рис. 9. Блок-схема сцинтилляционного счетчика: 1 — сцинтиллятор; 2 — фотоэлектронный умножитель; 3 — светонепроницаемый кожух

Главный недостаток сцинтилляционных детекторов — наличие значительного «хода с жесткостью» из-за высо­кого атомного номера вещества сцинтиллятора, что мо­жет привести к завышению значений измеряемой активности или мощности дозы при работе в полях мягкого γ-излучения. Другой существенный их недостаток — не­возможность применения в мощных γ-полях из-за нало­жения импульсов малой амплитуды и соответствующей перегрузки измерительного тракта. Менее существенные, но создающие неудобства в работе — хрупкость моно­кристаллов, гигроскопичность одного из наиболее широ­ко применяемых сцинтилляторов — йодистого натрия, активированного таллием, наконец, относительно высо­кое рабочее напряжение, которое необходимо для работы ФЭУ.

И все-таки перечисленные недостатки не перевешивают главного достоинства сцинтилляционных детекто­ров — высокой эффективности при регистрации фотонов γ-излучения. Поэтому создано много типов радиометров и дозиметров со сцинтилляционными детекторами. Один из характерных их представителей — поисковый γ-радиометр СРП, предназначенный для поисков урановых месторождений по γ-излучению продуктов его распада (сам уран является чистым α-излучателем, а его дочер­ние продукты — интенсивными β-, γ-излучателями).

Из всего сказанного выше следует вывод, имеющий весьма общее значение:

Не существует универсальных методов и приборов, применимых в любых, каких угодно условиях. Каждый метод и прибор имеет свою область применения. Использование его за пределами этой обла­сти может привести к грубым ошибкам.

Только специальные знания позволяют перейти от показаний измерительного прибора (дозиметра, радиомет­ра, спектрометра) к правильному численному значению измеряемой величины. Например, в случае радиометра — от скорости счета к активности пробы или потоку иони­зирующего излучения, в случае дозиметра — от почер­нения пленки к экспозиционной или поглощенной дозе, в случае спектрометра — от чисел отсчетов в канале* анализатора к спектру измеряемого излучателя.
При обсуждении радиационных последствий чернобыльской аварии нередко можно было услышать недо­умения, а то и возмущения тем, что население не име­ло возможности самостоятельно широко применять ра­диометры и дозиметры. В самом деле, весь мир обошли сведения о японских домохозяйках, приходивших ни рынки с радиометрами для контроля закупаемых продуктов. В начальный период проведения американских атомных испытаний на островах Тихого океана в городах Японии отсутствовал централизованный радиометрический контроль продуктов моря, и такой «само­контроль» позволял выявить и отбраковать рыбу с радиоактивными загрязнениями. После введения центра­лизованного контроля необходимость самодеятельности отпала.

В Финляндии вблизи АЭС «Ловиза» в центре одного из населенных пунктов установлен дозиметр. Нажал кнопку, любой житель городка может убедиться в том, что мощность дозы не изменилась за счет работы реак­торов АЭС и не отличается от фоновой. В данном случае мы вновь сталкиваемся с понятием фоновой естественной радиоактивности. Незнание характеристик этого природного фактора может привести к ошибочным за­ключениям при оценке итогов радиометрии или дози­метрии.

Вольтметр или амперметр, не включенные в электрическую цепь, не дадут показаний, отличных от нуля, разве только стрелка прибора качнется под влиянием случайного внешнего толчка. Совершенно другая кар­тина с радиометром: даже при умеренной чувствитель­ности его индикатор указывает на присутствие излуче­ния, а при подключении звуковой сигнализации счетчик дает отсчет за каждые 2—3 с, даже в вашей квартире!

Для правильной интерпретации этих на первый взгляд тревожных показаний надо знать, что повсеместно (в том числе в каждом жилом доме) присутствуют природная радиоактивность и космическое излучение, которые и составляют естественный радиационный фон. Его-то воздействие и вызывает вполне измеримые пока­зания радиометра, хотя уровень этого воздействия, ко­нечно, вполне безопасен в подавляющем большинстве случаев. Последняя оговорка не случайна — в природе существуют и небезопасные для здоровья источники естественной радиоактивности. Таковы, например, радо­новые воды на курортах Кавказа, применяемые только в лечебных целях.

Отсюда нетрудно уяснить причину, по которой население после аварии на ЧАЭС не снабжали радиометри­ческой аппаратурой и дозиметрами. Внимательному чи­тателю ответ уже ясен: надо уметь не только пользо­ваться прибором, но и квалифицированно оценивать его показания. Приведенный ниже характерный пример иллюстрирует возможность значительных расхождений при интерпретации показаний разных приборов в одном и том же поле ионизирующего излучения, т. е. при одной и той же экспозиции.

Армейский дозиметр ДП-5 базируется на использовании воздушной ионизационной камеры, практически не обладающей «ходом с жесткостью»: при любой энер­гии падающих на нее фотонов ток ионизационной ка­меры строго пропорционален мощности экспозиционной или поглощенной дозы (в зависимости от того, в каких единицах проградуирована камера). Как мы уже знаем, для перехода от экспозиции к дозе излучения, поглощенного мягкими тканями, достаточно ввести постоян­ный поправочный коэффициент (0,88).

Практически с точностью, приемлемой для целей прикладной дозимет­рии, например, радиационной разведки местности, при­близительно считают Рэ ~ Рп, т. е. приравнивают значения мощности экспозиционной и поглощенной доз. Таким образом, дозиметр ДП-5 дает правильные показа­ния в любой практически встречающейся смеси γ-излучателей, в частности продуктов деления урана.

Упоминавшийся выше поисковый радиометр СРП со сцинтилляционным детектором на основе монокристал­ла NaJ(Tl) отличается значительным «ходом с жест­костью». Чтобы учесть это, разработчики радиометра градуируют его в поле γ-излучения естественного урана, находящегося в равновесии с продуктами распада. Есте­ственно, что при использовании радиометра СРП в та­ком же поле γ-излучения он дает показания, которые действительно отражают мощность дозы γ-излучения указанной смеси радионуклидов.

Радиометр может давать правильные показания и в поле другой смеси γ-излучателей, если средняя их энер­гия мало отличается от таковой для урана и его дочер­них продуктов. Если же это различие велико, то по ме­ре уменьшения средней энергии радиометр начнет давать все более завышенные показания (вспомним про фотоэффект, доля которого растет с понижением энер­гии квантов). В частном случае относительно мягкого излучения смеси β-, γ-активных продуктов деления, вы­брошенных из аварийного блока ЧАЭС, радиометр СРП давал показания, в 3-4 раза завышенные по сравнению с истинной мощностью дозы, измеряемой армейским до­зиметром ДП-5. Пренебрежение этим обстоятельством могло привести к серьезным разногласиям в оценке ра­диационной обстановки на Местности вблизи ЧАЭС.

Завершая рассказ о методах и приборах для измерений ионизирующих излучений, отметим, что каждый из них предназначен для своей цели: радиометр — для определения количества радиоактивного вещества или потока излучения, дозиметр — для измерения экспози­ционной или поглощенной дозы, спектрометр — для ре­гистрации и анализа энергетического спектра и идентификации на этой основе излучающих радионуклидов. Забвение этих простых истин может приводить (и при­водило!) к серьезным ошибкам, которые особенно недопустимы в послеаварийной обстановке, требующей быст­рых и правильных решений.

Сноска 1: Окрашенные ткани хуже дезактивируются от радиоактивных загрязнений.

Последнее изменение Tue, 19 Jun 2012 автором Dimouse

0 comments

Оставить комментарий

Назад в раздел Ю.В. Сивинцев "Насколько опасно облучение"