Ионизационные методы дозиметрии

1. Ионизационные методы дозиметрии

Выполнила: Зарубина А.С.
МБФ,5 курс
Группа 4607

2. Дозиметрия

• Совокупность методов определения
дозы радиоактивного излучения, а
также область прикладной физики, в
которой изучаются физические
величины, характеризующие действие
ионизирующих излучений.

3. Ионизационный метод дозиметрии

• Ионизационный метод основан на способности
излучения вызывать ионизацию молекул и атомов
вещества.
• Наибольшее развитие и практическое применение
получил метод, основанный на использовании
изменения электрической проводимости газов.
• К основным ионизационным детекторам относятся
ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.
Принцип Брэгга-Грея: количество
ионизаций в газовой полости есть
мера энергии, поглощенной в
окружающем материале.

4. Дозиметры

Дозиметрические приборы состоят из 4х основных частей:
• воспринимающего устройства (датчика),
• электрической схемы с усилительным устройством,
• регистрирующего устройства,
• системы питания.
В качестве воспринимающего устройства (детектора) применяются
ионизационная камера или газоразрядный счетчик (Гейгера-Мюллера).

5.

• Измерительный модуль на цифровых дозиметрах
всегда цифровой. Это счетчик импульсов, который
выводит соответствующее значение в виде цифр на
шкалу прибора. Для измерения дозы радиации
необходимо подсчитать импульсы за минуту, 10, 15
секунд или другие значения. Микроконтроллер
пересчитывает число импульсов в конкретное
значение на шкале дозиметра в стандартных
единицах измерения радиации.

6. Ионизационная камера

• В 1912 году физик Виктор Гесс проводил эксперимент с
ионизационной камерой, установленной на воздушном шаре. Гесс
ожидал обнаружить уменьшение ионизации в атмосфере с ростом
высоты, однако результат был прямо противоположным.
• Чарльз Томас Риз Вильсон и Дональд Глейзер продолжили дело Гесса.

7. Принцип работы ионизационной камеры

• Ионизацио́ нная камера —
газонаполненный датчик,
предназначенный для
измерения уровня
ионизирующего излучения.
• Под действием излучений
происходит ионизация
воздуха внутри камеры,
благодаря наличию
электрического поля ионы
начинают двигаться к
электродам и в цепи
образуется ионизационный
ток, который поступает в
усилительное устройство
прибора и измеряется
микроамперметром. Сила
этого тока пропорциональна
дозе излучений.

8. Классификация ИК

Интегрирующие
• В интегрирующих камерах
при больших потоках частиц
импульсы сливаются и
общий ток
Импульсные
• В импульсных камерах
регистрируются отдельные
импульсы от каждой
ионизирующей частицы
Схема включения плоской ионизационной
камеры в токовом (а) и импульсном (б) режимах
1 – поток частиц; 2 – ионизационная камера; 3 –
микроамперметр; 4 – усилитель; 5 – регистратор

9.

• Для целей дозиметрии
важным является
знание зависимости
чувствительности
ионизационной
камеры.
• Под
чувствительностью
детектора понимают
его отклик на единицу
измеряемой величины

10. Вольт-амперная характеристика

• Кривая зависимости ионизационного тока
камеры от величины приложенного
напряжения носит название вольтамперной характеристики.

11.  

При некотором напряжении U
сила электрического поля
возрастает настолько, что все
заряженные частицы,
образованные внешним
ионизатором в рабочем
объеме камеры, будут
попадать на электроды. В этом
случае сила тока во внешней
цепи определяется только
ионизационной способностью
данного радиоактивного
излучения. Если
ионизационная способность
радиоактивного излучения не
меняется, то и ток в цепи
камеры течет неизменный
(участок кривой А Б). Такой ток
называют током насыщения
камеры.
От 0 до Б в газоразрядном промежутке
происходит так называемый тихий разряд.
Ионизационные камеры работают, как
правило, в области тока насыщения. Так как
величина этого тока пропорциональна числу
образующихся ионов, она может служить
мерой ионизационной способности
радиоактивного излучения.

12. Газоразрядные счётчики

• Ионизационные детекторы, в которых
используется газовое усиление первичной
ионизации, представляют
собой газоразрядные счетчики.
Использование механизма газового
усиления позволяет резко увеличить
чувствительность счетчиков по сравнению с
ионизационными камерами.

13. Виды газоразрядных счётчиков

• Пропорциональный счётчик —
газовый детектор
ионизирующего излучения, в
основе принципа работы
которого лежит процесс
лавинного усиления заряда в
цилиндрическом электрическом
поле. В них напряжённость поля
недостаточна для
возникновения вторичных
лавин, и разряд прекращается
после пролёта первичной
лавины.
• Счётчик Ге́йгера —
Мю́ллера —
газоразрядный
прибор для
автоматического
подсчёта числа
попавших в
него ионизирующих
частиц.

14. Историческая справка Счётчик Гейгера-Мюллера

• Принцип предложен в
1908 году Хансом
Гейгером; в
1928 Вальтер Мюллер,
работая под
руководством Гейгера,
реализовал на практике
несколько версий
прибора, конструктивно
отличавшихся в
зависимости от типа
излучения, которое
регистрировал счётчик.

15.

Счетчики Гейгера способны реагировать на
самые разные виды ионизирующего излучения –
• α,β,γ,
• ультрафиолетовое,
• рентгеновское,
• нейтронное.
Входное окно счетчика, чувствительного к α- и
мягкому β-излучению, должно быть очень
тонким; для этого обычно используют слюду.
Окно рентгеновского счетчика изготавливают из
бериллия, а ультрафиолетового - из кварцевого
стекла.

16.

Счётчик Гейгера — Мюллера состоит из металлической трубки или
металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити,
натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка
заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные
газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создаётся напряжение от сотен до
тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров, материала электродов и
газовой среды внутри счётчика. В большинстве случаев широко распространённые
отечественные счётчики Гейгера, требуют напряжения 400 В.
Работа счётчика основана на ударной ионизации. Гамма-кванты, испускаемые
радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него
электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из
атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны.
Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при
которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к
размножению первичных носителей. При достаточно большой напряжённости
поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные
лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток
через счётчик резко возрастает.

17.

!!!!!!!Отличие ионизационной камеры и счетчика
Гейгера-Мюллера!!!!!!!
В газовом счетчике (счетчик Гейгера) используется
вторичная ионизация, создающая большое газовое
усиление тока, которое возникает вследствие того,
что скорость движущихся ионов, созданных
ионизирующим веществом, настолько велика, что
образуются новые ионы. Они, в свою очередь,
также могут ионизировать газ, тем самым, развивая
процесс. Таким образом, каждая частица образует
ионов в 106 раз больше, чем это возможно в
ионизационной камере, позволяя, таким образом,
измерять ионизирующее излучение даже малой
интенсивности.

18.

Устройство
• Счётчики Гейгера разделяются на
несамогасящиеся и самогасящиеся (не
требующие внешней схемы прекращения
разряда).

19. Основные показатели Работы счётчика Гейгера-Мюллера

• счётная характеристика
• эффективность счётчика
• разрешающее время
• «мёртвое» время
Отрезок времени τс
между моментом t0,
когда в счётчике возник
самостоятельный разряд,
и моментом
восстановления рабочего
напряжения t3
называется временем
восстановления.
Если в счётчике Гейгера-Мюллера в
момент времен t0 начался разряд,
вызванный ядерной частицей, то
напряжение на счётчике резко
падает. Счётчик в течение мёртвого
времени τм, не способен
регулировать другие частицы.

20. Вольт –амперная характеристика

Здесь U0 - напряжение
начала счета; U1 иU2 нижняя и верхняя
граница рабочего
участка, так
называемого плато, на
котором скорость счета
почти не зависит от
напряжения питания
счетчика. Рабочее
напряжение Uраб
обычно выбирают в
середине этого участка.

21.

Спасибо за внимание