Читайте также:
|
Приборы, системы и средства радиационного контроля предназначены для измерения степени ионизации окружающей среды, радиационного контроля технологических линий РОО, дозиметрического контроля населения в условиях мирного и военного времени. В основе работы приборов и систем радиационного контроля используются различные методы регистрации (индикации) ИИ, основными из которых являются:
ионизационный, основан на свойстве этих излучений ионизировать любую среду, через которую они проходят, в том числе и детекторное (улавливающее) устройство прибора. Измеряя ионизационный ток, получают представление об интенсивности радиоактивных излучений,
фотографический, основан на свойстве ИИ воздействовать на светочувствительный слой фотоматериалов аналогично видимому свету. Сравнивая плотность почернения пленки с эталоном, можно определить поглощенную дозу излучения, полученную пленкой,
сцинтилляционный, в основе которого – свечение детектора из люминесцентного материала под воздействием ИИ. Количество вспышек, пропорциональное мощности излучения, регистрируется фотоэлементным умножителем, преобразующим его в электрический ток,
химический, основан на использовании химических изменений, происходящих в некоторых жидких и твердых химических веществах под воздействием ИИ, в результате чего изменяется структура вещества, совместно с красителем дающая цветную реакцию. По плотности окраски определяется степень ионизации,
люминесцентный, основан на эффектах радиофотолюминесцентности и радиотермолюминесцентности. В первом случае под воздействием ИИ в люминесцирующем материале создаются центры фотолюминесценции, содержащие атомы и ионы серебра, которые при освещении ультрафиолетовым светом вызывают видимую люминесценцию, во втором – под действием теплового воздействия (нагрева) поглощенная энергия ИИ преобразуется в люминесцентную. Интенсивность люминесценции пропорциональна степени ИИ.
Принципиальная схема любого прибора радиационного контроля включает воспринимающее устройство (индикатор), детекторное (преобразующее) устройство, блок питания, устройство отображения уровней индикации (стрелочные жидкокристаллические индикаторы, цифровые светодиодные и жидкокристаллические дисплеи и т. п.).
18. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИОНИЗАЦИОННОЙ КАМЕРЫ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ МОЩНОСТИ ЭКСПОЗИЦИОННОЙ ДОЗЫ
Ионизационная камера – газовый детектор, состоящий из 2 параллельных металлических пластин (электродов), пространство между которыми заполняется воздухом или другим газом и является чувствительным объемом детектора. К электродам камеры прикладывается некоторая разность потенциалов от источника постоянного напряжения.
В нормальных условиях газ, заполняющий камеру, является изолятором, поэтому в измерительной цепи ток отсутствует.
При ионизации газа в нем образуются электроны и положительные ионы – газ становится электропроводным. Поскольку к электродам приложена разность потенциалов, то электроны и ионы будут двигаться к соответствующим электродам, и в цепи возникнет ток. Обычно ток мал, и измерить его можно только с помощью специальных измерительных приборов.
Схема включения токовой ионизационной камеры в измерительную цепь: 1, 2 – электроды; 3 – измерительный прибор; 4 – источник питания.
В токовых камерах ток i пропорционален мощности поглощенной дозы.
Принцип работы токовой камеры. Зависимость ионизационного тока i от напряжения U на электродах, полученная при постоянной мощности дозы излучения, называется вольт–амперной характеристикой токовой камеры. На участке 1 этой характеристики значение ионизационного тока зависит от напряжения на электродах, поэтому этот участок является нерабочим. На участке 2 значение ионизационного тока, называемого током насыщения iн, не зависит от напряжения, приложенного к электродам, а определяется мощностью дозы ИИ. Пропорциональная зависимость тока насыщения от мощности дозы на участке 2 и используется в ионизационных токовых камерах. Участок 3 – участок газового усиления, используемый в газоразрядных счетчиках.
Ток ионизационной камеры в режиме насыщения определяется выражением
iн = q · е · V А
q – количество пар ионов, образующихся в 1 см 3 объема камеры в течение 1 с, см – 3 · с – 1,
е – заряд электрона, 1,6 × 10 – 19 Кл,
V – объем ионизационной камеры, см 3.
Допустим, что мощность экспозиционной дозы воздействующего на камеру излучения равна 1 Р / ч количество пар ионов, образующихся в 1 см 3 объема камеры в течение 1 с составит q = 2,08 · 109 / 3600 = 5,78 × 10 5. Тогда:
iн = 5,78 × 10 5 · 1,6 × 10 – 19 · Х · V = 0,924 × 10 – 13 · Х · V А
В реальных приборах используют ионизационные камеры закрытых конструкций. И необходимо учитывать вклад в ионизацию воздуха внутри камеры тех электронов, которые образовались в стенке при воздействии на нее γ–излучения. Это осуществляется введением в выражение отношения μ kmст / μ kmв
iн = 0,924 · 10 – 13 · V · Х · μ kmст / μ kmв А
19. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИОНИЗАЦИОННОЙ КАМЕРЫ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ДОЗЫ.
Ионизационную камеру применяют для измерения дозы ИИ. В этом случае принцип работы камеры основан на разряде емкости, т. е. используется свойство камеры как конденсатора.
Для измерения дозы ионизационная камера предварительно заряжается внешним источником напряжения до начальной разности потенциалов U о. Тогда заряд камеры будет равен
Q o = C · U o Кл
С – емкость камеры, Ф.
При действии ИИ в результате ионизации разность потенциалов на электродах камеры будет уменьшаться за счет нейтрализации на них положительных и отрицательных ионов. Так при действии на камеру ИИ мощностью дозы 1 Р / ч в течение 1 ч, заряд на электродах камеры уменьшится на величину
∆ Q o = 2,08 · 10 9 · 1,6 × 10 – 19 · V = 3,328 × 10 – 10 · V Кл
Что приведет к уменьшению напряжения камеры
∆ U = ∆ Q o / C В
Выражение может быть представлено в виде:
∆ U = 3,328 × 10 – 10 · μ kmст / μ kmв · V / C · X В
Остаточное напряжение на камере составит
U = U o − ∆ U= Uo − 3,328 × 10 – 10 · μ kmст / μ kmв · V / C · X
20. ПРИНУИП РАБОТЫ ГАЗОРАЗРЯДНОГО СЧЕТЧИКА
Основной недостаток ионизационных камер - низкое значение выходного сигнала, что требует его усиления.
С увеличением напряженности электрического поля ионизационного детектора скорость дрейфа ионов, образованных первичным ионизирующим излучением, будет возрастать. Электроны, обладающие небольшой массой по сравнению с массой положительно заряженных ионов газа-наполнителя, будут с большей скоростью двигаться к собирающему электроду (аноду).
При достижении определенной разности потенциалов кинетическая энергия ускоренных в электрическом поле электронов достигнет величины, при которой наступит ударная ионизация. Вновь образованные вторичные электроны также будут ускоряться в электрическом поле, и производить ионизацию атомов газа-наполнителя. В результате возникает лавинный процесс - газовое усиление первичной ионизации. Коэффициент газового усиления, представляющий собой отношение количества электронов, дошедших до анода, к количеству первичных электронов, может достигать 106-107.
Ионизационные детекторы, в которых используется принцип газового усиления, называются газоразрядными счетчиками.
Конструктивно газоразрядный счетчик выполняется в виде металлического или стеклянного, покрытого внутри слоем металла, цилиндра, по оси которого натянута тонкая металлическая нить, выполняющая роль анода. Катодом служит металлический цилиндр.
Выполнение анода в виде тонкой металлической нити позволяет получить большое значение напряженности электрического поля у поверхности анода, необходимое для создания условий ударной ионизации при сравнительно небольшом напряжении на электродах счетчика. 
где U — напряжение между электродами счетчика, В;
rк — радиус катода счетчика, см;
ra — радиус анода счетчика, см;
r — расстояние от оси анода до точки внутри объема счетчика, в которой Е имеет значение, определяемое данной формулой, см.
В качестве наполнителей внутренней полости счетчика используются некоторые благородные газы, в частности, аргон, неон и др.
Эффект газового усиления резко увеличивает чувствительность газоразрядных счетчиков по сравнению с ионизационными камерами и позволяет регистрировать отдельные частицы.
При попадании в рабочий объем счетчика ионизирующих частиц в измерительной цепи на сопротивлении анодной нагрузки R возникают импульсы напряжения, частота которых пропорциональна мощности поглощенной дозы.
N = 1,5·104· 
· Х с-1,
где N - частота следования импульсов, с -1;
S - площадь поперечного сечения счетчика, см2;
mкв - массовый коэффициент передачи энергии излучений в воздухе, см2/г.;
ε - эффективность счетчика;
Е γ- энергия гамма-квантов, Мэв;
X - мощность дозы гамма-излучений, р/ч;
Эти параметры отображаются регистрирующим устройством в аналоговой или цифровой форме.
21. ПРИНЦИП РАБОТЫ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА.
Ионизирующее излучение, взаимодействуя с веществом сцинтиллятора 1, вызывает в нем вспышки света. Некоторая часть фотонов света через светопровод 2 попадает на фотокатод 3 фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и вырывает из него фотоэлектроны. Фотоэлектроны проходят через фокусирующую диафрагму 4 и ускоряются электрическим полем, существующим между умножающими электродами (динодами) 5. Каждый ускоренный электрон, тормозясь в диноде, выбивает из него несколько вторичных электронов, которые благодаря специальной геометрии динода направляются на последующий динод. Поток электронов собирается на последнем диноде 6, называемом анодом. Питание ФЭУ осуществляется от источника высокого стабилизированного напряжения с делителем 8. В цепь анода 6 включается сопротивление нагрузки 7, на котором формируется импульс напряжения. Коэффициент умножения ФЭУ лежит в пределах 105-10 6.
Таким образом, с помощью сцинтилляционного детектора можно измерить поглощенную дозу (по количеству импульсов за определенное время) и ее мощность (по частоте следования импульсов).
Дата добавления: 2015-09-10; просмотров: 101 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |