Радиометрический анализ

Радиометрия — обнаружение и измерение числа распадов атомных ядер в радиоактивных источниках или некоторой их доли по испускаемому ядрами излучению.

Рассмотрим методы регистрации ионизирующих излучений.

1. Ионизационный метод основан на измерении эффекта взаимодействия излучения с веществом — иони­зации газа, заполняющего регистрационный прибор.

Ионизационные детекторы излучения представляют собой помещённый в герметичную камеру, заполнен­ную воздухом или газом, заряженный электрический конденсатор (электроды) для создания в камере электри­ческого поля. Заряженные частицы (а или Р), попавшие в камеру детектора, производят в ней первичную иони­зацию газовой среды; у-кванты вначале образуют быстрые электроны в стенке детектора, которые затем вызы­вают ионизацию газа в камере. В результате образования ионных пар газ становится проводником электриче­ского тока. При отсутствии напряжения на электродах все ионы, появившиеся при первичной ионизации, пере­ходят в нейтральные молекулы, а при возрастании напряжения под действием электрического поля ионы начи­нают направленно двигаться, т.е. возникает ионизационный ток. Сила тока служит мерой количества излучения и может быть зарегистрирована прибором.

При некотором значении напряжения все образованные при излучении ионы достигают электродов, и при увеличении напряжения ток не возрастает, т.е. возникает область тока насыщения. Сила ионизационного тока насыщения в данной области зависит от числа первичных пар ионов, созданных ядерным излучением в камере детектора. В этих условиях работают ионизационные камеры.

При дальнейшем увеличении напряжения сила тока вновь возрастает, так как образованные излучением ионы, особенно электроны, при движении к электродам приобретают ускорения, достаточные для того, чтобы самим производить ионизацию вследствие соударений с атомами и молекулами газа. Этот процесс получил название ударной или вторичной ионизации. Эту область напряжений называют областью пропорционально­сти, т.е. областью, где существует строгая пропорциональность между числом первично образованных ионов и общей суммой ионов, участвующих в создании ионизационного тока. В данном режиме работают пропорцио­нальные счётчики.

При дальнейшем увеличении напряжения сила ионизационного тока уже не зависит от числа первичных пар ионов. Газовое усиление настолько возрастает, что при появлении любой ядерной частицы возникает само­стоятельный газовый разряд. Эту область напряжений называют областью Гейгера, в данном режиме работают счётчики Гейгера—Мюллера.

Эффективность счётчиков Гейгера—Мюллера к р-излучению близка к 100 %. Под эффективностью счёт­чика е понимают отношение числа частиц (в %), зарегистрированных счётчиком, к числу частиц, попавших в его рабочий объём. Эффективность счётчиков Гейгера—Мюллера к у-излучению не превышает 1...3 %.

2. Сцинтилляторный метод. В основе работы сцинтилляционного детектора лежит способность некото­рых веществ преобразовывать энергию ядерных излучений в фотоны видимого и ультрафиолетового света. Ме­ханизм этого процесса достаточно прост. Ядерные частицы (либо вторичные электроны, образовавшиеся при поглощении у-квантов) переводят молекулы сцинтиллятора в возбужденное состояние. Переход молекул сцин-тиллятора в основное состояние сопровождается испусканием фотонов в УФ- или видимой области. Каждая отдельная вспышка, появившаяся в результате прохождения ядерной частицы или у-кванта, называют сцинтил­ляцией. Отдельные вспышки регистрируются фотоэлектронным умножителем, преобразующим световые им­пульсы в электрические, которые усиливаются линейным или логарифмическим усилителем. Затем электриче­ские импульсы проходят через дискриминатор, пропускающий импульсы определённой амплитуды и отсекаю­щий «шумы», и попадают на регистрирующий прибор.

Сцинтилляторы принято классифицировать следующим образом:

1) неорганические сцинтилляторы: ZnS(Ag), Nal(Tl), Agl(Eu) и др. (в скобках указан активатор, обеспечи­вающий возникновение в кристалле сцинтилляций);

2) сцинтилляторы из органических кристаллов: нафталин, антрацен;

3) жидкостные сцинтилляторы: 2,5-дифенилоксазол и w-терфенил в толуоле, диоксане и других раствори­
телях;

4) пластмассовые сцинтилляторы с активатором.

Сцинтилляционные счётчики обладают, как правило, малым разрешающим временем: 10^-5... 10^-6 с^-1. Варь­ирование сцинтиллятора позволяет сделать Сцинтилляционные счётчики чувствительными к одному виду излу­чения и малочувствительными к другому. Использование жидкостных сцинтилляторов позволяет эффективно регистрировать низкоэнергетические излучения таких радиоактивных изотопов, как ³Н, ¹⁴ С, ³⁵S, которые широ­ко используют в биологии, биохимии, медицине.

Фон сцинтилляционных счётчиков, имеющих специальную схему совпадения, не превышает нескольких импульсов в минуту.

3 Люминесцентный метод основан на накапливании части энергии поглощённого ионизирующего излуче­ния и отдачи его в виде светового свечения после дополнительного воздействия ультрафиолетовым излучением (или видимым светом) или нагревом. Под действием излучения в люминофоре (щёлочно-галоидных соедине­ниях типа LiF, Nal, фосфатных стекол, активированных серебром) создаются центры фотолюминесценции, со­держащие атомы и ионы серебра. Последующее освещение люминофоров ультрафиолетовым светом вызывает видимую люминесценцию, интенсивность которой в диапазоне 0,1... 10 Гр пропорциональна дозе, затем дости­гает максимума (при 350 Гр), а при дальнейшем увеличении дозы падает.

Фотографический метод основан на способности излучения при взаимодействии с галогенидами серебра (AgBr или AgCl) фотографической эмульсии восстанавливать металлическое серебро подобно видимому свету, которое после проявления выделяется в виде почернения. При этом степень почернения фотопластинки про­порциональна дозе излучения.

4 Химический метод основан на измерении числа молекул или ионов (радиационно-химический выход), об­разующихся или претерпевших изменение при поглощении веществом излучения. В химических дозиметрах подобраны вещества с выходом химической реакции, пропорциональным по­глощённой энергии ионизирующего излучения. В настоящее время широко используется ферро-сульфатный дозиметр, основанный на реакции окисления под действием излучения двухвалентного железа в трёхвалентное.

Дата добавления: 2015-06-27