- •Введение
- •1 Краткие сведения из атомной и ядерной физики
- •1.1 Строение атома
- •1.2 Атомное ядро, изотопы
- •1.3 Радиоактивность и радиоактивный распад
- •1.4 Единицы измерения активности и величин, характеризующих поля ионизирующего излучения
- •2 Доза излучения. Единицы дозы излучения
- •2.1 Поглощенная доза
- •2.2 Эквивалентная доза
- •2.3 Эффективная эквивалентная доза облучения
- •2.4 Коллективная эквивалентная доза облучения
- •2.5 Экспозиционная доза фотонного излучения
- •2.6 Гамма – постоянная радионуклида
- •3.1 Цезий
- •3.3 Стронций-90
- •3.4 Трансплутониевые радионуклиды
- •4 Радиоактивные материалы и окружающая среда
- •4.1 Естественная радиация
- •4.1.1 Космическое излучение
- •4.1.2 Земное излучение
- •4.2 Изменение естественного радиоактивного фона
- •4.2.1 Использование излучений в медицине
- •4.2.1.1 Медицинская диагностическая рентгенография
- •4.2.1.2 Диагностическая радиационная медицина
- •4.3 Испытания ядерного оружия
- •4.4 Промышленные процессы и естественные радионуклиды
- •4.5 Радиация и атомная энергетика
- •4.5.1 Производство электроэнергии на АЭС в условиях нормальной эксплуатации
- •4.5.1.1 Добыча и переработка урановых руд
- •4.5.1.2 Производство ядерного топлива
- •4.5.1.3 Эксплуатация реакторов
- •4.5.1.4 Переработка ядерного топлива
- •4.5.1.5 Транспортировка радиоактивных материалов
- •4.5.1.6 Долговременные перспективы
- •5 Обстановка после Чернобыльской аварии
- •5.1 Авария и аварийные меры на площадке
- •5.2 Последствия аварии на ЧАЭС
- •6 Выброс радиоактивных веществ в окружающую среду и пути облучения организма человека
- •6.1 Рассеяние и осаждение радиоактивных веществ
- •6.2 Пути внешнего облучения
- •6.3 Внутреннее облучение. Пути поступления радионуклидов
- •6.3.1 Ингаляционное поступление радионуклидов
- •6.3.2 Поступление радионуклидов с продуктами питания
- •6.4 Допустимые уровни воздействия ионизирующих излучений и содержания радионуклидов в продуктах питания
- •6.4.1 Допустимые уровни годовой суммарной эффективной дозы
- •6.5 Допустимые уровни загрязнения 137Cs и 90Sr продуктов питания
- •7 Взаимодействие заряженного излучения с веществом
- •7.1 Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом
- •8 Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с веществом
- •8.1 Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
- •8.2 Ослабление излучения в веществе
- •8.3 Фотоэффект
- •8.4 Комптон-эффект
- •8.5 Эффект образования пар
- •9 Ионизационный метод регистрации излучения
- •9.1 Принципы регистрации излучения
- •9.2 Физические основы газовой проводимости
- •9.2.1 Подвижность ионов
- •9.2.1.1 Рекомбинация ионов
- •9.3 Вольт–амперная характеристика газового разряда
- •9.4 Ионизационные камеры. Принципы работы и общие характеристики
- •9.4.4 Импульсные камеры
- •9.5 Пропорциональный счетчик
- •9.5.1 Принцип действия
- •9.5.2 Механизм газового разряда
- •9.5.3 Рабочие характеристики
- •9.5.4 Конструкция и применение пропорциональных счетчиков
- •9.6.1 Особенности газового разряда
- •9.6.2 Рабочие характеристики
- •10 Сцинтилляционные детекторы
- •10.1 Принцип действия и структурная схема сцинтилляционного детектора
- •10.2 Фосфоры
- •10.2.1 Органические монокристаллы
- •10.2.2 Жидкие фосфоры
- •10.2.3 Пластики
- •10.2.4 Неорганические монокристаллы
- •10.3 Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
- •10.3.1 Особенности регистрации излучений
- •11 Полупроводниковые детекторы
- •11.1 Зонная теория проводимости
- •11.2 Примесные полупроводники
- •11.4 Диффузионно-дрейфовые детекторы
- •12 Спектрометрия излучений
- •12.1 Основные виды спектрометров и их характеристики
- •12.2 Энергетические спектрометры
- •12.3 Методы построения спектрометров
- •13 Методы дозиметрии
- •13.1 Термолюминесцентные дозиметры
- •13.2 Фотографический метод дозиметрии
- •13.2.1 Сенситометрические характеристики фотографических материалов
- •14 Методы отбора и подготовки проб для радиометрических измерений
- •14.1 Цели и задачи агрохимического и радиологического обследования почв
- •14.2 Полевое агрохимическое и радиологическое обследование почв
- •14.2.1 Выделение элементарных участков
- •14.3 Общие правила отбора смешанных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.4 Формирование объединенных почвенных образцов при агрохимическом и радиологическом обследовании
- •14.5 Особенности отбора проб на угодьях, на которых после выпадения радионуклидов не проводилась обработка почвы
- •14.6 Виды анализов и формирование объединенных почвенных образцов для агрохимических анализов
- •14.7 Особенности обследования почв на содержание тяжелых металлов
- •15 Математическая обработка результатов измерений
- •15.1 Методы и средства измерения
- •15.2 Погрешность измерения действительных величин
- •15.3 Статистическая точность измерения
- •Список литературы
4 – источник высокого напряжения.
Плоская ионизационная камера состоит из двух плоских электродов, разделенных газом-наполнителем. К электродам подведено напряжение, а последовательно с камерой в цепь включен измеритель тока.
Газ вне поля излучения является электроизолятором. В нем нет носителей зарядов, так как атомы и молекулы электрически нейтральны. Под действием излучения в газе образуются ионные пары. Электрическое поле разделяет положительные и отрицательные ионы. Первые ионы движутся к катоду, вторые–к аноду. В электрической цепи начинает течь электрический ток, который регистрируется измерителем тока. По значению этого тока и судят об интенсивности излучения в газе.
Протекание ионизационного тока через газ продолжается до тех пор, пока на газ действует излучение. Как только детектор удаляют из поля излучений, газ становится электроизолятором и электрическая цепь размыкается.
Ионизационный ток в газе зависит от типа, энергии и интенсивности излучения, от свойств газов-наполнителей, а также от напряжения на электродах. Поэтому для понимания законов газовой проводимости выясним особенности движения ионов в газах, находящихся в электрическом поле.
9.2Физические основы газовой проводимости
9.2.1Подвижность ионов
Если в газе нет электрического поля, то ионы участвуют только в тепловом движении, как и все молекулы газа. Ионы, сталкиваясь с молекулами, изменяют направление своего движения. В результате многочисленных столкновений с молекулами ионы движутся хаотично в объеме газа.
Средний пробег иона λ, от одного столкновения до другого зависит от плотности молекул, т. е. от числа молекул в единице объема газа. Плотность молекул пропорциональна давлению газа р. Чем больше давление газа, тем чаще сталкивается ион с молекулами и тем меньше средний пробег иона λ. При давлении газа 1 атм пробег иона в газах составляет примерно 10-6 см.
В электрическом поле напряженностью Е на однократно заряженный ион действует сила:
108
F=e E, |
(9.1) |
где е – элементарный электрический заряд. Положительные ионы движутся по направлению поля, а отрицательные – против. С увеличением напряженности Е скорость направленного движения иона v возрастает и с некоторого значения Е тепловое движение практически не влияет на перемещение ионов в газе. Все ионы начинают двигаться только вдоль направления электрического поля.
На расстоянии λ электрическое поле ускоряет ионы. В последующих упругих столкновениях с молекулами газа ионы теряют часть энергии, полученной от электрического поля. Так как скорость ионов в газе вдоль напряженности электрического поля непрерывно изменяется, то их движение в этом направлении удобно характеризовать средней скоростью v. Она зависит от
напряженности поля Е и давления газа р: |
|
v = u E/p |
(9.2) |
Коэффициент пропорциональности и, называемый подвижностью ионов, выражают в см2/(В с). Он численно равен средней скорости ионов при напряженности поля Е=1 В/см и давлении р = 1 атм (таблица 9.1).
Таблица 9.1 – Подвижность ионов и в газах при р = 760 мм pm. cm.
Газ |
Подвижность, см2/(В*с) |
||
Положительные ионы |
Отрицательные ионы |
||
|
|||
Водород |
6,7 |
8,2 |
|
Гелий (чистый) |
5-20 |
до 500 |
|
Гелий (технический) |
5,1 |
6,3 |
|
Аргон (чистый) |
1,6—2,6 |
до 200 |
|
Аргон (технический) |
1,4 |
1,7 |
|
Азот (чистый) |
1,3 |
до 145 |
|
Азот (технический) |
1,3 |
1,8 |
|
Кислород (технический) |
1,3 |
1,8 |
|
Воздух |
1,4 |
1,87 |
Подвижность ионов–важнейшая характеристика движения ионов в газе. Она влияет на время собирания на электродах детектора ионов из газа. Легкие отрицательные ионы (электроны) удаляются из газа за время, примерно в 102 меньшее, чем время удаления тяжелых ионов (таблица 9.1).
Значительное отличие подвижностей электронов и тяжелых ионов объясняется небольшой массой электронов и особенностями обмена энергией при столкновениях ионов с атомами (молекулами) газа.
109
Тяжелые ионы могут передавать атомам (молекулам) до половины энергии, полученной от электрического поля. Вследствие этого средняя скорость тяжелых ионов v остается сравнительно небольшой. Электрическое поле обусловливает только направленное движение тяжелых ионов к катоду Легкие электроны до определенных скоростей испытывают лишь упругие столкновения с атомами (молекулами). После таких столкновений электроны практически сохраняют энергию, полученную от электрического поля. Вследствие слабого влияния упругих столкновений на изменение энергии электронов средняя скорость электронов v больше их скорости теплового движения. Замедление ускоренных электронов происходит лишь тогда, когда их энергия становится больше энергии возбуждения атомов (молекул). При таких энергиях электроны в неупругих столкновениях расходуют часть своей энергии на возбуждение и ионизацию атомов газа.
На подвижность отрицательных ионов влияет степень чистоты газов. В электроположительных газах, которыми обычно наполняют детекторы, всегда есть небольшие примеси электроотрицательных газов (пары воды, кислород, азот и др.). Молекулы электроотрицательных газов, присоединяя к себе электроны, превращаются в тяжелые отрицательные ионы. Поэтому средняя подвижность отрицательных ионов снижается, а время собирания их на аноде резко увеличивается. Поэтому газы перед заполнением детекторов тщательно очищают от примесей.
С повышением давления сильнее сказывается возможность прилипания свободных электронов к молекулам. Во–первых, электрон чаще сталкивается с электроположительными молекулами, поэтому возрастает вероятность его прилипания к одной из таких молекул. Во–вторых, увеличивается вероятность столкновения с примесными электроотрицательными молекулами. Обе причины в совокупности уменьшают подвижность отрицательных ионов.
9.2.1.1 Рекомбинация ионов
Ионы сталкиваются не только с молекулами газа, но и между собой. При столкновениях отрицательных и положительных ионов происходит процесс рекомбинации, в котором ионы превращаются в нейтральные атомы и молекулы. Рекомбинация уменьшает число ионов и ионизационный ток в газе. Процесс рекомбинации характеризуется коэффициентом рекомбинации α. Он численно
110