Логотип

Как обнаружить радиацию?

категория
Из мира электроники
материалы в категории

Юный Техник 1968 №4

Вовремя обнаружить радиоактивное заражение помогают специальные приборы. Конечно, увидеть, услышать или "поймать" радиоактивную частицу мы не в состоянии. Но в приборах используются свойства радиоактивных излучений - давать различные эффекты при прохождении через вещество.

Например, под воздействием радиоактивных излучений некоторые вещества начинают светиться, ряд растворов изменяет свою окраску, а фотографические пластинки засвечиваются.

Наиболее распространен метод обнаружения радиоактивных излучений по их способности ионизировать различные газы.

Простейшее устройство для этого вы можете собрать сами (рис. 1). В пластмассовую коробку или стеклянный сосуд поместите две металлические пластины и подведите к ним напряжение от источника постоянного тока или выпрямителя. Включите в цепь измерительный прибор. Выпрямитель возьмите такой, который позволил бы менять напряжение от 0 до 400 в.

как обнаружить радиацию?

Пока в воздухе ионов нет, воздух - изолятор, цепь разомкнута и ток через нее не течёт. Если же под влиянием радиоактивного излучения между пластинами появляются электрически заряженные ионы, то они тут же начинают двигаться - положительные к отрицательной пластине, отрицательные - к положительной, то есть между пластинами начинает течь электрический ток.

Величина тока зависит от двух причин: от силы радиоактивного излучения и от напряжения, которое мы подаём на пластины.

Если при одном и том же радиоактивном излучении мы будем постепенно увеличивать напряжение на пластинах, а затем отложим показание микроамперметра на графике, то получится картина, изображенная на рисунке 2.

Заметили, что на участке ОA сила тока возрастает пропорционально напряжению на пластинах? Это происходит потому, что время существования иона очень мало и при малых напряжениях часть ионов не успевает "добежать" до пластин - встречается с ионами противоположного знака, соединяется с ними (рекомбинирует) и превращается в нейтральные атомы.

Чем выше напряжение, тем большее количество ионов успевает "добежать" до пластин и, следовательно, тем сильнее ток.

На участке АБ напряжение увеличивается, а ток не возрастает.

В чем загадка? Она проста - все ионы, которые образовались от радиоактивного излучения, успели "добежать" до пластин, а других ионов просто нет. Этот ток называется током насыщения, а область на графике - областью "ПЛАТО".

На участке БВ напряжение увеличивается незначительно, а ток резко возрастает. Напряжение здесь переходит границу, за которой начинается газовый разряд.

При газовом разряде энергия, которую набирает ион при движении к пластине, сразу становится так велика, что этот ион, попадая в соседний атом, разбивает его на 2 иона. Те, в свою очередь, разбивают два следующих атома и т. д. Таким образом, достаточно появиться между пластинами хотя бы одной паре ионов, как происходит мгновенная ионизация всего газа между пластинами.

Конечно, датчики (или, как говорят, детекторы), которые используются в дозиметрических приборах, отличаются от наших примитивных пластин. Для обнаружения больших доз радиоактивного излучения применяют приборы с ионизационными камерами. Что представляет она собой? Это наполненная воздухом пластмассовая коробка со стенками, покрытыми графитом. Внутри коробки укреплен Т-образный электрод (рис. 3), а стенки служат вторым электродом.

Ионизационные камеры работают в области напряжений "плато" (рис. 2). Поэтому, как вы, очевидно, догадались, ионизационный ток сильно зависит от объема камеры - чем больше камера, тем больше в ней ионов.

Для точных измерений применяют приборы с газоразрядными счетчиками. В каждом счетчике есть положительный электрод - центральная нить - и окружающий её цилиндрический отрицательный электрод (рис. 4). Центральная нить делается из особого сплава - ковара. Цилиндрический электрод - из стали толщиной около 50 мк или из стекла с нанесенным на его поверхность медным слоем.

Наполняются счетчики неоново- аргоновой смесью с добавкой галогенов (хлора, брома) или спирта. Галогены и высокоатомные спирты хорошо поглощают гамма-кванты и поэтому препятствуют возникновению ложных разрядов счетчика за счёт вторичных электронов, выбиваемых гамма-квантами из стенок счётчика. Такие счетчики называются еще самогасящимися.

Счётчики имеют скорость счета, "мертвое время" и коэффициент газового усиления. Скорость счёта - это число вспышек (импульсов) в секунду. Самогасящиеся счетчики могут давать до 5 тыс. вспышек (разрядов) в секунду.

"Мёртвое время" - это время, в течение которого положительные и отрицательные ионы "добегают" до своих электродов. В это время любая новая попавшая в счётчик частица не будет зарегистрирована, так как весь газ в объеме счётчика и без того ионизирован.

Коэффициент газового усиления - это число, показывающее, во сколько раз усиливается первичное количество ионов в результате лавинообразной ионизации в счетчике. Он может достигать десятков тысяч.

Промышленность выпускает самые разнообразные счётчики; например, СТС-2, СТС-5 (стальной, самогасящийся), типа АС и СТС, торцовые - МСТ-17, малочувствительные - СИ-БГ и др.

Токи, возникающие в ионизационных камерах и газоразрядных счетчиках, настолько малы, что измерить их непосредственно очень трудно. Приходится предварительно усиливать. Чаще всего используют ламповый усилитель.

Для измерения в этом случае напряжение с высокоомного сопротивления подается на управляющую сетку лампы-триода (рис. 5). Отрицательное напряжение на сетке подбирается так, чтобы в отсутствие тока через газоразрядный счётчик лампа была заперта. Если в цепи счётчика потечет ток, то напряжение на сетке лампы уменьшится до такой величины, что лампа "откроется" и через неё потечет ток. Чем больший ток будет течь в цепи счетчика, тем больший ток потечет через лампу, в её анодной цепи. Но ток в анодной цепи во много раз больше тока в цепи счетчика. Значит, его уже можно измерить обычным микроамперметром.

Обычно в схему включают несколько разных по величине высокоомных сопротивлений. Тогда расширяется диапазон измерений.

Таким способом измеряют только суммарные токи от множества разрядов в газоразрядном счетчике. Если же нужно точно посчитать количество вспышек в нем, то применяют механические счётчики и электронные пересчетные устройства.

Скорость счета газоразрядного счетчика, как уже говорилось, составляет около 5 тыс. импульсов в секунду, а механического - всего 100 импульсов в секунду. Поэтому для повышения разрешающей способности механического счетчика применяют пересчётные схемы. Об устройстве и принципе их работы на счетных ячейках (триггерах) вы можете прочитать в книге И. П. Бондаренко и Н. В. Бондаренко "Основы дозиметрии ионизирующих излучений" (изд. "Высшая школа", М., 1962).

Для измерения доз облучения, полученных за определенное время, в основном пользуются двумя методами: 1) измерением степени разрядки конденсатора, заряженного до определенного потенциала, и 2) изменением окраски некоторых растворов под влиянием ионизирующего излучения, Устройства для измерения полученных доз называют дозиметрами.

Индивидуальный дозиметр представляет собой конденсатор, одним электродом у которого является центральный штырь, а вторым - корпус. Для того чтобы узнать, какая доза излучения прошла через устройство, специальным прибором измеряют начальный и остаточный заряды дозиметра.

Химический дозиметр представляет собой ампулу, заполненную определённым раствором. Под влиянием излучения окраска раствора изменяется.

Простейшим дозиметром может быть обычный лабораторный электроскоп, шкала которого предварительно проградуирована в рентгенах или миллирентгенах. Будучи заряженным, такой электроскоп под влиянием ионизирующего излучения начнет разряжаться. По величине его разрядки можно судить о дозе излучения.

А. ЦУРИК0В, О. КАЛИНИЧЕНКО

Почта сайта