4. Понятие о дозиметрии. Методы измерения ионизирующих излучений. Дозы.
Степень, величина и форма лучевых поражений, развивающихся у биологических объектов при воздействии на них ионизирующих излучений, в первую очередь зависят от величины поглощенной энергии излучения.
Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы, т.е. энергии, поглощенной массой облучаемого вещества. За единицу поглощенной дозы облучения принимается Джоуль на килограмм (Дж/кг) – Грей (Гр).
Грей – поглощенная доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого вида ионизирующего излучения.
В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица измерения поглощенной дозы – рад (радиационная адсорбированная доза).
Для характеристики дозы по эффекту ионизации, вызываемому в воздухе, используется т.н. экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений.
Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений является Рентген (Р).
Рентген – единица экспозиционной дозы фотонного излучения, при прохождении которого через 1 см 3 сухого атмосферного воздуха образуется около 2 млрд пар ионов).
При этом существует следующая взаимосвязь доз экспозиционной и поглощенной:
Дэкс= 0,877 Дпогл.
Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз.
Мощность экспозиционной дозы гаммы-излучения измеряется в Рентген/час (Р/ч, мР/ч, мкР/ч). Мощность поглощенной дозы – это количество энергии, поглощенной единицей биологической ткани за единицу времени (Рад/ч, Гр/ч).
Измерения ионизирующих излучений.
Методы регистрации ионизирующих излучений (ИИ).
Ионизирующие излучения в объектах вызывают эффекты первичные или вторичные.
Обнаружение ИИ происходит по следующим процессам:
— образований вторичных излучений.
Все методы регистрации ионизирующих излучений можно разделить на следующие группы:
1. Ионизационный – при этом регистрируются эффекты ионизации.
2. Методы, основанные на регистрации вторичных эффектов:
При этом под биологическим методом понимают определение реакции живого организма на действие ионизирующих излучении – выживаемость, морфологические и функциональные изменения, время их развития, интенсивность выраженности первичной реакции на облучение.
Рассмотрим некоторые методы регистрации ионизирующих излучении более подробно.
На основе этого метода выполнено подавляющее большинство войсковых дозиметрических приборов:
— для ведения радиационной разведки – ДП-64, ДП-5 в модификациях А, Б, В;
— индивидуальные дозиметры ДКП-50А, ИД-1,
— радиометрическая лаборатория ДП-100 АДМ.
Воспринимающая часть устройства представляет собой разновидность газового конденсатора и состоит из двух изолированных пластин, на которые подается напряжение от батареи. При отсутствии источника излучения воздух между пластинами конденсатора является изолятором, так как через конденсатор ток не проходит. Если на воздух подействует ионизирующее излучение, то происходит образование ионов, которые под влиянием электрического поля перемещаются к обкладкам конденсатора и в цепи возникает ионизационный ток. Сила тока, обусловленная ионизацией, зависит от напряжения на обкладках конденсатора. Эта зависимость достаточно сложна и может быть отражена в виде вольтамперной характеристики газового конденсатора.
Существуют следующие разновидности газового конденсатора:
— ионизационные камеры (ДКП-50А),
— газоразрядные счетчики (ДП-64).
Ионизационные камеры войсковых дозиметров имеют напряжение около 200 В, а газовой средой является воздух при нормальном давлении. Это достаточно грубый прибор, и он не позволяет регистрировать ионизирующие излучения небольшой интенсивности за счет низкого напряжения на обкладках конденсатора.
Газоразрядные счетчики могут быть выполнены из стекла или металла и имеют напряжение подачи около 400 В. Объем газоразрядного счетчика может быть заполнен инертным газом – аргоном, гелием, неоном или их смесью.
Давление внутри счетчика меньше атмосферного. В объеме газоразрядного счетчика возможно возникновение вторичных ионов и, следовательно, мощности регистрируемых излучений могут быть малы.
В связи с высоким напряжением на обкладках каждый акт ионизации вызывает импульс тока, который может быть зарегистрирован. Для того чтобы возникающий лавинообразный разряд не носил непрерывный характер, в состав газовой смеси вводят высокомолекулярные соединения, прекращающие газовый разряд после каждого акта ионизации.
Для измерения ионизирующих излучений с помощью этого метода используют различные фотоматериалы с фоточувствительными слоями. Под воздействием ионизирующих излучений в фотоэмульсионном слое, содержащем галогениды серебра, образуются центры скрытого почернения. При их обработке проявителями происходит восстановление металлического серебра, воспринимающегося как черные точки. Не подвергшиеся воздействию ионизирующих излучений молекулы галогенул серебра растворяются в фиксаже и имеющиеся почернения фотоэмульсионного слоя могут быть измерены с помощью приборов.
Плотность почернения пропорциональна действовавшим на фотоматериалы дозам облучения.
Преимущества метода: 1. Позволяет определить дозы гамма-излучения в различных диапазонах – от 0 до 200 рад.
2. Метод позволяет определить энергию излучения.
3. Метод документален.
На основе этого метода работает прибор ИФКУ-1 (индивидуальный фотометрический контроль), который регистрирует поглощенные дозы в диапазоне от 0,05 до 2 рад и используется на практике в рентгеновских кабинетах для контроля набранных персоналом доз рентгеновского излучения.
Метод основан на том явлении, что возникающие под воздействием ионизирующих излучении ионы, атомы и молекулы могут образовывать свободные радикалы, которые вступают в химические реакции между собой и другими атомами и молекулами, образуя новые вещества, появление и количество которых позволяет судить о качественной и количественной характеристике ионизирующих излучений.
На этом методе работает дозиметр ДП-70 М.
В ДП – 70М для регистрации гамма-нейтронного излучения используется раствор азотнокислого серебра с добавкой солей борной кислоты. Под воздействием ионизирующих излучений ион NО3переходит в ион NO2, который вступает во взаимодействие с реактивом Грисса, входящим в состав жидкости, и придает раствору характерную малиновую окраску. Степень окраски зависит от количества образовавшихся ионовNО2и, следовательно, от дозы излучения. Степень изменения окраски может быть определена колориметрическим методом.
Однако данный метод измерения ионизирующих излучений, особенно, если он используется в полевых условиях, достаточно груб, что и является его недостатком.
Экзоэмиссионный (сцинтилляционный) метод.
Метод используется в работе приборов ДРГ- детектор радиационный гамма-излучении, предназначенный для контроля условий труда при работе с ионизирующими излучениями,
В основе метода лежит явление люминесценции – свечение вещества, вызванное возбуждением атомов и молекул под воздействием ионизирующих излучений, проявляющееся кратковременными вспышками на каждое воздействие ионизирующего излучения.
Реализация фотолюминесцентного метода регистрации ионизирующих излучений получила применение в измерителе дозы ИД-11. Суть его работы в том, что под воздействием ионизирующих излучений возникают центры возбуждения, которые в дальнейшем при нагревании начинают испускать видимый свет. Интенсивность свечения пропорциональна накопленной дозе. В дальнейшем интенсивность свечения может быть измерена с помощью измерительного устройства.
Источник
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Методы измерения ионизирующих излучений основаны на различных физико-химических принципах.
В основе ионизационного методалежит явление ионизации газа в камере при взаимодействии излучения с веществом. Для измерения используются явления электропроводности ионизированного газа. В результате возникает ток между вмонтированными в камеру электродами, к которым подведено напряжение. В зависимости от режима работы приборы, основанные на появлении ионизационного тока в газах, могут использоваться для измерения плотности потоков частиц (пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера-Мюллера) и для измерения мощности дозы и дозы излучения (ионизационные камеры).
Химические методыдозиметрии основаны на измерении выхода радиационно-химических реакций, возникающих под действием ионизирующих излучений. Так, при действии излучений на воду образуются свободные радикалы Н + и ОН + . Продукты радиолиза воды могут взаимодействовать с растворенными в ней веществами, вызывая различные окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся изменением цвета индикатора (например, реактива Грисса для нитратного метода). В частности, в основе работы ферросульфатного дозиметра лежит реакция:
Fe 2+ +ОН + →Fe 3+ +ОН — ,
а при работе нитратного дозиметра
Химические методы дозиметрии не обязательно связаны с водными растворами. Для этих целей применяются также органические растворы, изменяющие цвет пленки или стекла. Химические методы используются, как правило, для измерения дозы излучения.
Одним из вариантов химического метода является фотографический метод. В его основе лежит восстановление атомов металлического серебра из галоидной соли под влиянием излучений. Плотность почернения фотопленки после проявления зависит от дозы излучения. Данный метод часто используется в приборах контроля профессионального облучения.
Сцинтилляционные методыоснованы на регистрации вспышек света, возникающих при взаимодействии излучения с некоторыми органическими и неорганическими веществами (антрацен, стильбен, сернистый цинк и др.). Эти методы используют в приборах, предназначенных для измерения потоков фотонов и частиц.
Сущность люминесцентных методовсостоит в том, что под действием ионизирующего излучения в некоторых твердотельных изоляторах (кристаллах и стеклах) носители электрических зарядов (электроны и дырки) изменяют свое положение и частично задерживаются в местах, где имеются дефекты кристаллической решетки с соответствующими максимумами или минимумами электрического поля. Центры, образованные в результате захвата носителей заряда, обладают некоторыми разрешенными энергетическими уровнями, между которыми возможны квантовые переходы носителя заряда, соответствующие испусканию или поглощению энергии.
Это может отражаться в изменении оптических свойств (цвета и оптической плотности) стекла, в появлении способности к люминесцентному возбуждению под действием видимого и ультрафиолетового света (радиофотолюминесценции), в излучении световых квантов при освобождении носителей зарядов из центров-ловушек под действием теплового возбуждения (радиотермолюминесценции). Интенсивность возникающей люминесценции пропорциональна дозе излучения, в связи с чем эти методы применяются для измерения дозы излучения.
Для измерения доз нейтронов применяют наборы активационных детекторов, в которых поток и доза нейтронов определяются по наведенной в разных веществах активности. С той же целью применяются трековые детекторы, работа которых основана на регистрации следов тяжелых заряженных частиц, образующихся в веществе под действием нейтронов. Такими частицами могут быть осколки деления нептуния, изотопов урана в специальной пластинке — радиаторе, подвергнутой действию нейтронов. Следы образуют на специальной пленке — детекторе, находящейся в контакте с радиатором. Треки становятся видимыми после травления детектора (например, щелочью) и учитываются под микроскопом. Трековый метод,так же как и активационный метод, позволяет оценить флюенсы нейтронов в определенных энергетических диапазонах с последующим расчетным определением дозы. Из-за своей сложности эти методы применяются главным образом в лабораторных условиях.
Существуют и другие методы дозиметрии, применяемые в научных исследованиях и гигиеническом нормировании профессионального облучения. Некоторые из них, например, основанные на изменении электрических свойств полупроводников при действии излучения, перспективны для разработки полевых и индивидуальных средств дозиметрии.
Источник
Способы измерения ионизирующего излучения
Учебное пособие представляет собой сборник материалов к курсу лекций «Измерение ионизирующих излучений» в течение многих лет читаемых профессором И.Н.Бекманом студентам кафедры радиохимии химического факультета МГУ, а также слушателям некоторых институтов, как в России, так и за рубежом. В курсе рассматриваются детекторы a -, b — и g -излучений и нейтронов: ионизационные детекторы, черенковские счётчики, сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы, а также техника авторадиографии (как с использованием фотоматериалов, так и без). Отдельная глава посвящена детекторам элементарных частиц. Значительное внимание уделено электронной аппаратуре, используемой для регистрации и спектроскопии излучений. В последней части курса изложена радиометрия твёрдых тел, жидкостей и газов. Курс лекций предназначен для лиц, профессионально имеющих дело с измерением радиоактивных излучений (радиометристы-дозиметристы, радиохимики, геологи, экологи и др.). Излагаемый материал будет полезен и для тех, кто интересуется свойствами радиоактивных излучений и элементарных частиц, способами их качественного и количественного анализов.
Наша биосфера всю свою историю находилась и находится во взаимодействии с ионизирующими излучениями. Под ионизирующими излучениями (радиацией) понимают поток частиц или квантов электромагнитного излучения, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации и возбуждению его атомов и молекул. К ним относятся потоки электронов, позитронов, протонов, a -частиц, нейтронов, рентгеновское и g -излучение. Сюда же следует отнести потоки дейтронов, тритонов и других ионов или частиц – компонентов космического излучения или ускоренных на ускорителях до высоких энергий.
Рис.1 Шкала длин волн.
Длины волн электромагнитного излучения простираются в широком диапазоне (Рис.1). В данной лекции нас будут интересовать волны с длиной волны 10 нм и меньше, т.е. бы будем заниматься проблемой регистрации волн и частиц с энергией выше 20 кэВ.
Качественный и количественный анализ ионизирующих излучений необходим в различных областях науки и техники: ядерной физике, физике элементарных частиц, радиохимии, технике радиоактивных индикаторов, радиационной химии, радиационном материаловедении, дефектоскопии в сельском хозяйстве, медицине, экологии, геологии, атомной энергетике, в технологиях ядерно-топливного цикла, дозиметрии и радиационной безопасности, в практике обитаемых космических полётов и т. д. и т.п. Поэтому методы измерения ядерных излучений постоянно и весьма активно развиваются.
Методы регистрации радиоактивных излучений могут быть классифицированы по характеру взаимодействия излучения с веществом и по способам их измерения. Заряженные ядерные частицы могут быть обнаружены по их ионизирующему действию. Нейтральные частицы, например нейтроны и гамма-кванты, непосредственно не производят ионизации, однако, взаимодействуя с ядрами, могут вызвать образование вторичных заряженных частиц.
Работа детекторов излучения основана на взаимодействии излучений с веществом детектора. Энергия излучения, поглощённая непосредственно или с помощью специальных устройств, вызывает в цепи детектора излучения электрический ток, прохождение которого регистрируется измерительными схемами. В некоторых случаях результаты взаимодействия излучения с веществом могут наблюдаться, например, по потемнению фотоплёнки, свечению фосфоров. Однако в радиометрической практике наиболее широко применяются простые и надёжные детекторы излучения, позволяющие использовать электрические схемы регистрации.
Для получения необходимой информации о составе и характеристиках радиации, её преобразуют чаще всего с помощью соответствующих приборов в электрические сигналы, которые затем измеряют, сортируют и регистрируют радиометрической аппаратурой. Радиометрические приборы состоят из детекторов, в которых происходит преобразование энергии излучения в электрическую или др. сигналы, и регистрирующих устройств. Детекторы могут быть ионизационными, сцинтилляционными, трековыми и другими в зависимости от того, на каком из эффектов основано их действие. По агрегатному состоянию рабочего тела различают газонаполненные, жидкостные, твердотельные детекторы; по типу регистрируемого излучения-детекторы a -частиц, b -частиц, g -квантов, нейтронов. Существуют два метода измерения излучений ионизационными детекторами. Первый состоит в измерении среднего значения постоянного тока интегрирующей ионизационной камеры посредством электрометрического усилителя. Этот метод наиболее простой. Второй метод заключается в счёте числа импульсов, вырабатываемых соответствующим детектором под действием излучения. Этот метод намного более чувствителен. Кроме того, рабочий сигнал импульсных камер, пропорциональных и сцинтилляционных счётчиков содержит информацию двух видов: число импульсов говорит об интенсивности радиации, амплитуда импульсов – об энергии частиц. Амплитуда импульсов измеряется посредством многоканальных анализаторов. Развитие импульсных ускорителей частиц привело к разработке специальных быстродействующих счётных установок. Необходимость детального изучения ядерных процессов потребовало создание координатных детекторов (камера Вильсона, пузырьковая камера и др.).
В данном небольшом курсе лекций мы попытались отразить все существующие на сегодня методы регистрации ионизирующих излучений. Начнём рассмотрение с традиционных детекторов радиации: ионизационных детекторы (ионизационные камеры, пропорциональные счётчики, счётчики Гейгера-Мюллера), сцинтилляционные и черенковские счётчики, полупроводниковые детекторы) в плане их применения для регистрации a-, b- и g-излучений. Затем перейдём к довольно специфическим методам регистрации нейтронов. Важнейшую составляющую системы регистрации (усилители, дискриминаторы, счётные устройства, анализаторы и т.п. мы рассмотрим весьма коротко). Более подробно мы остановимся на спектроскопии ядерных излучений, в том числе – нейтронов. Изложение будет касаться основных компонентов радиометрических устройств, но мы также упомянем некоторые приборы, выпускаемые в настоящее время серийно. Вторая часть курса посвящена технике авторадиографии. Здесь основное внимание будет уделено использованию фотоматериалов для целей макро- и микро (трековой) авторадиографии, но всё же будут упомянуты и альтернативные методы авторадиографии (применение плёночных полимерных трековых детекторов, окрашиваемых плёнок и др.). Третья часть курса посвящена координатным детекторам элементарных частиц (камера Вильсона, пузырьковая камера, искровая камера и др.) и методу калориметрии. Четвёртая часть посвящена радиометрии, т.е. совокупности методов измерений активности радионуклидов в радиоактивных источниках – твёрдых, жидких или газообразных. Здесь существенное внимание уделено методам достоверной регистрации нестационарных концентраций движущихся флюидов.
Данный курс лекций читается в тандеме с курсами: «Радиоактивность и радиация» и «Обработка результатов радиометрии и радиохимического эксперимента». Материалы для них можно найти на том же сайте httm//profbeckman.narod/ru/.
(Тексты в формате PDF)
Для получения необходимой информации о радиоактивном распаде, ионизирующее излучение преобразуют чаще всего с помощью соответствующих детекторов в электрические сигналы, которые затем измеряют, сортируют и регистрируют радиометрической аппаратурой.
Детектор (индикатор) излучения – объект, позволяющий обнаружить наличие ионизирующего излучения путем непосредственного взаимодействия с веществом этого объекта.
Применяемые типы детекторов рассчитаны на регистрацию различных видов излучения (альфа- и бета-частиц, рентгеновского и гамма-излучения, нейтронов, протонов и т.п.) в широком диапазоне их энергии. Обычно они используются для определения состава излучения и измерения его интенсивности, измерения спектра энергий частиц, изучения процессов взаимодействия быстрых частиц с атомными ядрами и процессов распада нестабильных частиц.
В небольшой серии лекции мы рассмотрим наиболее широко используемые детекторы a -, b — , g — и нейтронного излучения, акцентируя внимание на принципах их действия и характеристиках. Здесь мы ограничимся ионизационными детекторами и черенковскими счётчиками. Использование для целей детектирования других эффектов, сопровождающих прохождение излучений через вещество будет рассмотрено в последующих лекциях. Термолюминисцентные детекторы будут описаны в цикле лекций, посвящённых дозиметрии ионизирующих излучений.
1. ИОНИЗАЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Информативность любого радиохимического эксперимента опыта напрямую определяется возможностями тех детекторов, которые в нём используются.
Общие требования к детектирующей аппаратуре сводятся к определению типа частицы (идентификации) и её кинематических характеристик (энергии, импульса и др.). Часто тип частицы известен заранее и задача упрощается.
Основными характеристиками детектора являются – эффективность (вероятность регистрации частицы при попадании её в детектор), временнoе разрешение (минимальное время, в течение которого детектор фиксирует две частицы как отдельные) и мёртвое время или время восстановления (время, в течение которого детектор после регистрации частицы либо вообще теряет способность к регистрации следующей частицы, либо существенно ухудшает свои характеристики). Если детектор определяет энергию частицы и (или) её координаты, то он характеризуется также энергетическим разрешением (точностью определения энергии частицы) и пространственным разрешением (точностью определения координаты частицы).
1.1 Газонаполненные детекторы ионизационного типа
1.2 Ионизационная камера
Ионизационная камера, прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа
1.2.1 Принципы работы и основные характеристики
1.2.2 Конструкция ионизационной камеры
1.2.3 Токовые камеры
1.2.4 Импульсные камеры
1.3 Пропорциональный счётчик
Пропорциональный счётчик, газоразрядный прибор для регистрации ионизирующих излучений, создающий сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии регистрируемой частицы, теряемой в его объеме на ионизацию
1.4 Счётчик Гейгера-Мюллера
Счётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера) — газонаполненный счётчик заряженных элементарных частиц, электрический сигнал с которого усилен за счёт вторичной ионизации газового объёма счётчика и не зависит от энергии, оставленной частицей в этом объёме
2. ЧЕРЕНКОВСКИЙ ДЕТЕКТОР
Черенковский счётчик, прибор для регистрации заряженных частиц и g -квантов, в котором используется излучение Черенкова-Вавилова
В данной лекции мы продолжим рассмотрение современных методов детектирования радиоактивных излучений, испускаемых радионуклидами. Здесь мы удили внимания сцинтилляционным счётчикам, полупроводниковым, диэлектрическим и кристаллическим детекторам, пузырьковым детекторам нейтронов, а также химическим и калориметрическим методам измерения ионизирующих излучений
СЦИТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЁТЧИКИ
Сцинтилляционный счётчик — прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, g-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
1.1 Принцип работы сцинтилляционного счётчика
1.2 Сцинтилляции и сцинтилляторы
1.3 Светопреобразователи
1.4 Фотоэлектронные умножители
1.5 Конструкции сцинтилляционных счётчиков
1.6 Шумы сцинтилляционного счётчика
1.7 Свойства сцинтилляционных счётчиков
1.8 Применение сцинтилляционных счётчиков
Лекция 3. ИЗМЕРЕНИЕ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ: регистрация нейтронов
Нейтроны (особенно – тепловые) не относятся к ионизирующим излучениям, поэтому их регистрация стандартными методами радиометрии невозможна – приходится изобретать особые приёмы, причём нейтроны разной энергии регистрируются разными способами.
В данной лекции мы рассмотрим различные методы регистрации потоков нейтронов (как быстрых, так и тепловых). Будут представлены и лабораторные и промышленные методы. Спектроскопия нейтронов будет обсуждена в одной из последующих лекций.
КОМПОНЕНТЫ ЯДЕРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Электрические схемы радиометрических приборов представляют собой определённые сочетания соответствующим образом соединённых деталей, предназначенных преимущественно для преобразования параметров электрических сигналов, поступающих в схемы от детекторов ядерных излучений.
Коротко остановимся на основных компонентах радиометрической аппаратуры. В состав радиометрического прибора обычно входят:
— детектор ионизирующего излучения с источником электропитания (здесь энергия ионизирующего излучения преобразуется в электрический сигнал);
— блок преобразования электрических сигналов (здесь осуществляется изменение амплитуды, формы, количества, длительности электрических сигналов и их анализ, т.е. приведение полученных с детектора электрических сигналов к виду, удобному для их расшифровки и регистрации);
— регистрирующее и показывающее устройство (здесь регистрируются преобразованные электрические сигналы, и выдаётся информация о параметрах ионизирующего излучения, попавшего на детектор).
2.1 Усилители
2.2 Цифровые процессоры сигналов
2.3 Дискриминаторы
2.4 Анализаторы импульсов
2.5 Пересчётные схемы
2.6 Измерители скорости счёта
2.7 Схемы совпадений
2.8 Схемы антисовпадений
2.9 Время-амплитудный конвертор
2.10 Аналого-цифровые преобразователи
2.11 Режекция наложений
2.12 Мёртвое время
2.13 Оптимальная скорость регистрации
2.14 Линейные ворота (линейный пропускатель)
2.15 Устройства временного согласования сигналов
Лекция 5. СПЕКТРОМЕТРИЯ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Под понятием «спектр» (лат. spectrum от лат. spectare — смотреть) понимают совокупность значений и/или их распределение по какому-либо параметру, которую может принимать наблюдаемая величина. Обычно термин употребляется для характеристики распределения потока электромагнитного излучения или частиц по длинам волн или энергии. Спектроскопия – раздел физики, посвященный изучению спектров взаимодействия излучения и материи (в том числе, электромагнитного излучения, радиации, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц.
Ядерная спектроскопия — раздел ядерной физики, посвященный изучению дискретного спектра ядерных состояний — определение энергии, спина, чётности, изотопического спина и др. квантовых характеристик ядра в основном в возбуждённых состояниях. Значение этих данных необходимо для выяснения структуры ядер и получения сведений о силах, действующих между нуклонами. Установление перечисленных характеристик производится путём измерения энергий, интенсивностей, угловых распределений и поляризаций излучений, испускаемых ядром либо в процессе радиоактивного распада, либо в ядерных реакциях. Получение спектроскопических данных по исследованию радиоактивного распада часто называется спектроскопией радиоактивных излучений, причём различают a -, b — и g -спектроскопии в соответствии с типом излучений.
Арсенал технических средств современной ядерной спектроскопии чрезвычайно разнообразен. Он включает в себя магнитные спектрометры для измерения энергий заряженных частиц, кристалл-дифракционные спектрометры для измерения энергий g -излучения, различные детекторы ядерных излучений, позволяющие регистрировать и измерять энергию частиц и g-квантов по эффектам взаимодействия быстрых частиц с атомами вещества (возбуждение и ионизация атомов). Среди спектрометрических приборов этого типа большое значение приобрели твердотельные детекторы сочетающие сравнительно хорошее энергетическое разрешение с высокой «светосилой».
Благодаря появлению полупроводниковых детекторов и развитию ускорительной техники, а также применению ЭВМ стало возможным создание автоматизированных измерительных комплексов, позволяющих получить большие объёмы систематизированной прецизионной информации о свойствах ядер. Методы ядерной спектроскопии применяются практически во всех ядерных исследованиях, а также за пределами физики (в биологии, химии, медицине, технике). В данной лекции мы рассмотрим различные методы спектроскопии ядерных излучений, включая нейтроны.
СПЕКТРОМЕТРЫ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
3.1 Измерение спектра методом анализа амплитуд импульсов
3.2 Спектрометрия тяжёлых заряженных частиц
3.3 Спектрометрия b -излучения
СПЕКТРОМЕТРИЯ g -ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1 Магнитные g -спектрометры
4.2 Сцинтилляционный g -спектрометр
4.3 Полупроводниковые g -спектрометры
4.4 Альтернативные методы g -спектрометрии
Лекция 6. СПЕКТРОМЕТРИЯ НЕЙТРОНОВ
По аналогии с классической оптической техникой нейтронную спектроскопию можно разделить на спектроскопию испускания и поглощения. Первая изучает нейтроны, которые испускаются в ядерных реакциях или рассеиваются на образце, помещенном в интенсивный нейтронный пучок. К спектроскопии поглощения относится изучение полных нейтронных сечений методом пропускания или, несколько шире, все работы по определению сечений, а также эксперименты по нейтронной дифракции, которые аналогичны классическому рентгеноструктурному анализу. Единственной общей чертой экспериментов общего типа является измерение длины волны или энергии используемых нейтронов. Техника, применяемая для измерения энергии нейтронов, различна в разных диапазонах. При низких энергиях (Еn 1 МэВ) можно определять измерением энергии заряженных частиц — продуктов реакций, вызванных нейтронами, например в реакции 3 Не(n,р)T или в упругом выбивании протонов. Можно также проводить эксперименты с нейтронами, испускаемыми в реакциях типа 7 Li (n, a ) 7 Ве с монохроматическими заряженными частицами. В этом случае энергия нейтронов фиксирована. Однако существует техника, позволяющая прецизионно измерять энергии нейтронов практически по всему интересующему интервалу энергии (от 10 -2 до 10 8 эВ), а именно метод времени пролета, когда нейтроны посылаются короткими импульсами и измеряется время их пролета на известном расстоянии. Имея достаточную интенсивность, можно всегда произвольно улучшить точность этих измерений, увеличивая пролетную базу, и, более того, с помощью многоканальных временных анализаторов одновременно измерять тысячи различных значений энергии нейтронов.
В данной лекции мы рассмотрим основные методы спектроскопии нейтронов и существующие типы нейтронных спектрометров.
Источник
