Курсовая работа: Цифровой дозиметр
Эффект излучения электромагнитных волн
электронами при торможении позволяет использовать для получения g-излучения электронные ускорители. Так, например,
современный электронный ускоритель со средним током 1 мкА и энергией ускоренных
электронов 30-40 МэВ создает мощность дозы около 102 Гр/с в 1 м от
вольфрамовой мишени.
Все рассмотренные источники излучения либо имеют
сплошной' спектр, либо недостаточную для экспериментов интенсивность. Пока
единственный практически осуществимый источник получения моноэнергетических g-квантов - процесс аннигиляции электронно-позитронных
пар. При средних таких в линейных электронных ускорителях порядка 10 мкА можно
создать источники фотонов с точно определенной энергией в десятки
мегаэлектронвольт и активностью квантов 105-106 с-1.
Очень
перспективно использование для получения монохроматических g-квантов квантовых генераторов света и
мощных электронных ускорителей на основе обратного комптон-эффекта. Интенсивный
пучок световых фотонов из лазера направляется навстречу пучку релятивистских
(т.е. движущихся со скоростями, близкими к скорости распространения
электромагнитных волн в свободном
пространстве) электронов. Энергия фотонов вследствие рассеяния на быстрых
электронах увеличивается. Согласно расчетам, при современных параметрах лазеров
и ускорителей можно получить поток g-квантов 105-107
с-1 с размытием по энергии около 5%. Диапазон возможных значений
энергий фотонов необычайно широк, вплоть до единиц гигаэлектрон-вольт.
Источники нейтронов. Основные характеристики нейтронных
источников: поток нейтронов, энергия нейтронов, их угловое распределение, а
также энергия н интенсивность сопутствующего гамма-излучения. Известны три
основных типа нейтронных. источников:
1) радиоактивные, основанные на реакциях (a, n), (g, п), и спонтанного деления;
2) ускорители;
3) ядерные реакторы.
В настоящее время источники нейтронов широко
применяют в научных исследованиях, при геологической разведке, для
эталонирования и градуировки аппаратуры, регистрирующей нейтроны. Одними из
первых начали использоваться полоннево (радиево) - бериллиевые нейтронные
источники, которые представляют собой спрессованную смесь альфа-активного
вещества (22688Ra, 21084Po) с порошкообразным бериллием, основанные на реакции 94Ве+42Неà126С+10п+5,7
МэВ.
Средняя энергия нейтронов первого источника 4,2
МэВ (максимальная-до 11 МэВ). Энергия нейтронов Ra -
Ве-источника составляет 13 - 15 МэВ. Недостатком первого - сравнительно короткий
период полураспада (138,4 дня), а второго - интенсивное g-излучение.
Применяют также так называемые фотонейтронные
источники, в которых используются пороговые реакции фоторасщепления (у, п) ядер.
Они представляют собой ампулу с источником g-излучения,
помещенную в бериллиевую сферу. Нейтроны, полученные с помощью подобных
источников, обладают более определенной энергией. Из фотонейтронных наиболее
широко распространен Ra-Be (g, n) - источник. Получение
нейтронов при помощи ядерного фотоэффекта. возможно лишь в том случае, когда
энергия g-квантов превышает энергию связи нейтрона в ядре.
Среди стабильных ядер наименьшими значениями энергии связи отличаются имению
бериллий и дейтерий.
Полный. поток нейтронов для. самопроизвольно
делящихся ядер, очень мал, но зато он практически вечен.
Развитие ядерной энергетики привело к тому, что в
настоящее время возможно получение трансурановых элементов, имеющих выход
нейтронов в достаточных, количествах. Так, спонтанный источник 239Ри,
обогащенный 240 Ри до 8%, имеет поток нейтронов 2*104 с-1.
Выбираем газоразрядный счётчик. Ниже рассмотрим
его плюсы и минусы по сравнению с другими видами детекторов.
При небольшой разности потенциалов на электродах
газовый детектор работает в режиме ионизационной камеры, т.е. числовое значение
импульсов в некотором интервале напряжений постоянно. При дальнейшем увеличении
напряжения числовое значение выходного импульса возрастает, так как при этом
электроны (полученные вследствие действия ионизирующей частицы) в усилившемся
электрическом поле приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы
произвести ударную ионизацию нейтральных молекул газа на своем пути. Вновь
образованные электроны в свою очередь ускоряются электрическим полем и
ионизируют новые молекулы. При этом. получается лавинный разряд, который сразу
прекращается, как только образованные электроны и ионы достигнут
соответствующих электродов детектора (несамостоятельный разряд). Коэффициент
газового усиления k изменяется от единицы до 106. Газовый
ионизационный детектор, который имеет коэффициент газового усиления больше
единицы и в котором отдельные акты ионизации вызывают появление на выходе
электрических импульсов, называют газоразрядным счетчиком.
Газоразрядный счетчик, который работает в режиме
несамостоятельного газового разряда и в котором заряд в импульсе пропорционален
первичной ионизации, называют пропорциональным счетчиком. В пропорциональных
счетчиках чаще всего используют метан. или смесь метана и аргона,. которые
пропускают через счетчик. Напряжение составляет 2-4 кВ. Если измеряемый
радионуклид на очень тонкой подложке (для уменьшения поглощения) расположить
между двумя пропорциональными счетчиками, то можно получить так называемый
4п-счетчик, который позволяет проводить измерения со 100% -ной эффективностью
счета и пригоден для проведения абсолютных определений, например, при эталонировании.
В настоящее время пропорциональные счетчики широко применяют в виде
многопроволочных пропорциональных камер - набора проволочек малого диаметра (20-30
мкм), pacпoложенных с шагом 2-3 мм и служащих анодами. Электроды катода,
расположенные с обеих сторон, также представляют собой набор проволочек, но
несколько большего диаметра и с меньшим шагом. Благодаря удачному сочетанию
сравнительно высоких пространственного и временного разрешений, большому
быстродействию, простоте изготовления и способноси работать в магнитных полях,
конструкции пропорциональных камер интенсивно совершенствуются в последние
годы. Разновидность пропорциональных камер - дрейфовая камера, которая является
координатным детектором, обеспечивающим высокую точность измерения.
Если продолжать увеличивать напряжение на
счетчике, то после области ограниченной пропорциональности, которая не
используется в детекторах, следует область Гейгера. Кинетическая энергия
электронов становится столь большой, что, ударяясь об анод, они выбивают из
него фотоны, которые, попадая на катод, вырывают электроны, которые ионизируют
молекулы газа, - каждый вторичный электрон вызывает вспышку самостоятельного
разряда. Один актпервично и ионизации в области Гейгера может вызвать такой же
импульс, как и 1000 первичных актов. Если в пропорциональных счетчиках импульс
на выходе пропорционален энергии частицы, то в счетчиках Гейгера-Мюллера
числовое значение выходного импульса совершенно не зависит от начальной
ионизации. Поэтому, если с помощью пропорционального счетчика можно определять
как число ионизирующих частиц, так и их вид и энергию, то счетчик
Гейгера-Мюллера можно использовать только для подсчета числа пролетевших
частиц. Для гашения самостоятельного разряда в счетчиках Гейгера-Мюллера
используется конденсатор и высокоомное сопротивление. С помощью внешнего
контура напряжение на счетчике снижается ниже. порога зажигания. Для емкости
около 10 пФ сопротивление должно быть больше или порядка 108 Ом,
тогда время разрядки емкости более 10-3 с. Для многих измерений
такие временные характеристики недостаточны. В настоящее время счетчики
Гейгера-Мюллера вытесняются самогасящимися счетчиками. Было обнаружено, что
небольшие добавки паров этилового спирта в счетчике Гейгера-Мюллера,
наполненном аргоном, приводят к гашению самостоятельного разряда. Этот эффект и
используется в самогасящихся счетчиках. Их, кроме одноатомного газа (аргона,
неона и др.), наполняют небольшой добавкой паров одного из многоатомных
органических соединений (этилового спирта, этилена. и т.п.) Молекулы примесей нейтрализуют
ионы основного газа и активно поглощают кванты электромагнитного излучения,
обуславливая автоматическое гашение разряда.
Рис. 1. Схема включения (а) и
счетная характеристика (б) газоразрядного счетчика
Обозначим через N
число импульсов, регистрируемых в единицу времени, - скорость импульсов,
выражаемая в с-1. Зависимость скорости счета импульсов от напряжения
N (t) - счетная характеристика счетчика. На рис.1 приведена схема включения и счетная
характеристика газоразрядного счетчика.
Если напряжение достигает потенциала зажигания U0, в газе возникает разряд и счетчик начинает
считать импульсы. Скорость счета при увеличении напряжения возрастает и при
напряжении U1 счетчик регистрирует уже все частицы, которые ионизируют газ. При
дальнейшем увеличении напряжения в диапазоне U1-U2 значение скорости счета изменяется
незначительно. Этот рабочий участок счетной характеристики счетчика называется плато
счетчика. Наклон плато к оси абсцисс, %, определяют как отношение разности
чисел отсчетов на протяжении 100 В плато к среднему числу отсчетов Nc.
Счетная характеристика тем лучше, чем больше
плато по протяженности и меньше его наклон. У современных счетчиков наклон
плато примерно равен 0,1% на 100 В, а протяженность плато достигает 400-500
В. Нижняя кривая на рис 1, б снята в
отсутствии излучения и обусловлена естественным радиационным фоном: космическим излучением, радиоактивностью Земли,
радиоактивным загрязнением воздуха. А предметов, окружающих счетчик.
Для определения мертвого времени счетчика
Гейгера-Мюллера измеряют активность двух радионуклидов отдельно и вместе и из
полученных скоростей счета N1, N2. и N12
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 |