Что такое измерительный прибор?

Что такое дозиметр?

Дозиметр — это портативный и простой прибор для измерения радиации, используемый для измерения мощности дозы в воздухе или количества радиоактивности (поверхностного загрязнения) на одежде работников на объектах, где работают с радиацией или радиоизотопами.

Радиация включает в себя, в порядке проникающей способности, нейтроны, гамма-лучи, рентгеновские лучи, бета-лучи (бета-лучи), альфа-лучи (альфа-лучи) и лучи заряженных частиц. Порядок проникающей способности зависит не только от типа излучения, но и от его энергии. Выбор измерительного прибора зависит от цели, например, измерения типа и количества радиоактивных материалов или измерения дозы радиации.

Применение измерителя радиации

1. Мониторинг мощности дозы в воздухе

Посты мониторинга устанавливаются вблизи ядерных объектов и в определенных точках в каждой префектуре. Посты мониторинга измеряют количество радиоактивной пыли путем измерения β-лучей от радиоактивной пыли, прилипшей к измерителям мощности дозы воздуха и пылевым мониторам, чтобы контролировать утечку радиоактивных материалов (пыль и т. д.).

Сцинтилляционные измерители с высокой чувствительностью к γ-лучам наиболее подходят для измерений в районах с низкой мощностью дозы, таких как городские районы. Измерение дозы радиации является обязательным по закону для работников радиационной сферы, и в основном используются персональные дозиметры, такие как пленочные значки и дозиметры ТЛД (термолюминесцентные дозиметры).

2. Мониторинг загрязнения поверхности

Поверхностное загрязнение часто измеряется с помощью счетчиков GM, которые измеряют β-лучи, сцинтилляционных счетчиков, которые измеряют α-лучи, и пропорциональных счетчиков, которые измеряют как α-, так и β-лучи.

Стандартные значения радиоактивного загрязнения в пищевых продуктах чрезвычайно малы, и используется комбинация высокочувствительного германиевого полупроводникового детектора или сцинтилляционного детектора и анализатора.

Принцип счетчика

Основные атомы измерителя расхода различаются в зависимости от модели (трубка коэффициента Гейгера-Мюллера, ионизационная камера или сцинтилляционный тип) и типа излучения (особенно нейтронное излучение).

1. Ионизация газа

Как показано на рисунке 1, цилиндрический детектор заполнен инертным газом, таким как гелий или аргон, и высокое постоянное напряжение подается между центральным анодом и окружающим катодом. γ (X) лучи могут ионизироваться с помощью электронов, генерируемых внутри детектора в результате реакции с материалом катода, в то время как α и β лучи могут ионизировать газ напрямую. Количество импульсов от разряда, вызванного ионизацией, может быть использовано для измерения мощности дозы воздуха, а эффективная мощность дозы около 0,1 мкЗв/ч до 10 Зв/ч может быть получена из количества импульсов, подсчитанных за одну минуту.　

Рисунок 1. Базовая структура и принцип измерения счетчика Гейгера-Мюллера

Детектор с ионизационной камерой имеет ту же структуру, что и измерительный прибор с трубкой ГМ, с детектором, заполненным воздухом или аргоном. Когда излучение попадает на детектор, воздух ионизируется в катионы и электроны, а измерительный прибор с ионизационной камерой отображает слабый ток, протекающий между электродами. Измерительные приборы с ионизационной камерой подходят для измерения β- и γ-лучей и рентгеновских лучей низкой энергии и могут измерять эффективную мощность дозы в диапазоне от 1 мкЗв/ч до 5 Зв/ч в зависимости от модели.

2. Сцинтилляция путем возбуждения

Рисунок 2. Основная структура и принцип измерения сцинтилляционного измерителя

Сцинтилляционный измеритель состоит из сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя, как показано на рисунке 2. Когда излучение попадает на сцинтиллятор, кристаллический материал сцинтиллятора возбуждается фотоэлектрическим эффектом и другими эффектами.

Фотоумножительная трубка преобразует слабый свет, генерируемый при возвращении сцинтиллятора в основное состояние, в электрический ток, усиливает его и подсчитывает полученный импульсный ток. Сцинтилляторы для γ (рентгеновских) лучей обладают высокой чувствительностью и подходят для измерений низкого уровня радиации в обычных условиях.

3. Обнаружение нейтронов с помощью ядерной реакции

Рисунок 3. Базовая структура и принцип работы измерителя нейтронов

В качестве нейтронного измерителя газ BF3 или 3He заполняют в детектор, состоящий из катода и анода, как показано на рисунке 3, а α-лучи и протоны (p), образующиеся в результате ядерной реакции 10B(n,α)9Li и 3He(n,p)3H, измеряются по тому же принципу, что и в ионизационной камере. Энергия нейтронов варьируется от тепловых нейтронов (0,025 эВ) до быстрых нейтронов (10 МэВ). Эффективная мощность дозы считается находящейся в диапазоне от 0,01 мкЗв/ч до 0,01 мЗв/ч.

Некоторые детекторы имеют сферическую форму, обычно их называют шарами Боннера. Используя несколько сфер разного размера, можно получить спектр энергии нейтронов (распределение интенсивности).

4. Персональный дозиметр радиации

Интегральные дозиметры, такие как пленочные значки и дозиметры ТЛД, используются в качестве персональных дозиметров радиации. Пленочные значки основаны на фоточувствительности фотопленки к радиации и состоят из пластикового корпуса, содержащего различные фильтры и небольшой кусочек пленки.

Дозиметры TLD используют флуоресцентные свойства определенных кристаллических материалов, таких как CaSO4, которые испускают флуоресценцию в ответ на количество полученного излучения.

Другая информация о дозиметре

1. Единицы измерения радиации

• Гр (грей)
  Единица поглощенной дозы. 1 Гр равен 1 кг вещества, поглощающего 1 Дж (джоуль) энергии.
• Зв (зиверт)
  Единица эквивалентной дозы или эффективной дозы. Эквивалентная доза — это доза, поглощенная каждым органом человеческого тела, умноженная на вес каждого типа излучения (весовой коэффициент излучения). Эффективная доза — это сумма эквивалентной дозы для каждого органа, умноженная на весовые коэффициенты чувствительности органов (весовые коэффициенты тканей) для всех органов. Когда речь идет о дозе облучения, обычно используется эффективная доза.
• Бк (беккерель)
  Единица измерения количества радиоизотопов. Когда радиоизотоп распадается один раз в секунду, это составляет 1 Бк.

2. Контроль воздействия радиации для работников радиационной сферы

Работники радиационной сферы обязаны следить за тем, чтобы их доза облучения не превышала 100 мЗв в течение пяти лет и 50 мЗв в течение одного года. Для женщин и беременных женщин более низкие пределы установлены законом. Для населения в целом стандарт составляет 1 мЗв или менее в год эффективной дозы.

Для получения корректных результатов измерений при мониторинге окружающей среды следует проводить периодическую калибровку (коррекцию отклонений в указанных значениях), ежедневные проверки и измерения «мешок-земля», чтобы обеспечить руководство в случае отклонений или неисправностей. Случаи аварий с участием работников радиационной сферы, приведшие к серьезным смертельным случаям, были зарегистрированы во многих странах мира. Аварии на ядерных объектах и ​​других объектах вызваны структурными дефектами и отклонениями от рабочих процедур, и существует необходимость в управлении безопасностью объектов и соблюдении рабочих процедур.

3. Радиационные объекты

Высокоэнергетические ионные ускорители, используемые для исследований в области физики элементарных частиц, также могут использоваться в качестве источника высокоэнергетических нейтронов путем инжекции протонов в такие мишени, как W (вольфрам) или Li (литий). LINAC (линейный ускоритель электронов) и т. д. используются для закалки и обработки шин.

Источники альфа-излучения, такие как 241Am (америций), используются для оценки мягких ошибок альфа-излучения (обратных данных 1, 0) в полупроводниковых приборах. Оборудование для облучения γ-излучением с использованием 60Co (кобальта), которое используется для стерилизации, предотвращения прорастания картофеля и различных исследований эффектов облучения, требует контроля радиационного воздействия для работников и исследователей.

Вышеуказанные исследовательские и испытательные объекты обычно классифицируются как «контролируемые зоны» в соответствии с «Законом о регулировании радиоактивных изотопов и т. д.», а радиационное воздействие и поверхностное загрязнение объектов, работников и исследователей, а также ввоз и вывоз радиоизотопов строго контролируются.

4. Установки по обращению с ядерным топливом

Низкоэнергетические нейтроны используются в экспериментальных реакторах, таких как в Киотском университете, Массачусетском технологическом институте (MIT) и реакторе Халден в Норвегии, для лечения опухолей мозга. В этом процессе могут активироваться живые организмы и окружающее оборудование.

С другой стороны, коммерческие ядерные реакторы при нормальной эксплуатации должны проходить периодическую проверку здания реактора и оборудования примерно раз в год. Во время проверки реактор выключается, и нейтронные лучи отсутствуют. С другой стороны, в работающем активном слое реактора радиоактивные изотопы, такие как 60Co, образуются в результате активации конструкционных материалов и других материалов.

Радиоактивные материалы растворяются в теплоносителе реактора и поглощаются внутренней поверхностью трубопроводов системы охлаждения реактора, вызывая внешнее облучение рабочих. При разборке и ремонте оборудования также необходимо учитывать поверхностное загрязнение, поэтому измерительный прибор является обязательным предметом во время работы.