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