Измерение ионизирующих излучений

Методы обнаружения и количественного определения различных видов излучения основаны на взаимодействии испускаемых частиц или электромагнитного излучения с веществом. Это взаимодействие вызывает ионизацию или возбуждение в газах, жидкостях или твердых телах. В процессе регистрации ионизирующее излучение преобразуют с помощью детекторов в электрические сигналы или кванты света, которые затем измеряют, сортируют, регистрируют и анализируют радиометрической аппаратурой.

Основной частью приборов для регистрации ядерных излучений является элемент, воспринимающий излучения, — детектор излучения. Применяемые типы детекторов рассчитаны на регистрацию различных видов излучения и частиц: аи р-частиц, рентгеновского, у-излучения, нейтронов, протонов и т. п. в широком диапазоне их энергий.

Чтобы не только обнаружить ядерное излучение, но и измерить его интенсивность, недостаточно одного детектора излучения. Необходимы еще электронные устройства, подсчитывающие число электрических импульсов, т. е. число попавших в счетчик частиц, и устройства, показывающие результат подсчета. К их числу следует отнести счетчики частиц, интенсиметры, спектрометры, радиометры различных типов, дозиметры и т. п. Радиометрическая аппаратура используется для определения состава излучения и измерения его интенсивности, измерения спектра энергий частиц, изучения процессов взаимодействия быстрых частиц с атомными ядрами и процессов распада ядер.

Основными характеристиками детектора являются: эффективность (вероятность регистрации частицы при попадании ее в детектор), временное разрешение (минимальное время, в течение которого детектор фиксирует две частицы как отдельные) и мертвое время (время, в течение которого детектор после регистрации частицы теряет способность к регистрации следующей частицы). Если детектор определяет энергию частицы и (или) ее координаты, то он характеризуется также энергетическим разрешением (точностью определения энергии частицы) и пространственным разрешением (точностью определения координаты частицы). В зависимости от режима работы детектора выходной сигнал с него может поступать в непрерывном или дискретном виде. В первом случае интенсивность излучения, попавшего в объем детектора, определяется средней величиной ионизационного тока (интегральный режим), а во втором случае — числом импульсов в единицу времени (импульсный режим). Энергия излучения определяется по амплитуде выходного сигнала в импульсном режиме.

Газонаполненные ионизационные детекторы благодаря хорошей чувствительности к излучениям разных видов, простоте и дешевизне являются широко распространенными приборами регистрации излучений. Такой детектор представляет собой наполненную газом оболочку, в объем которой введены два или три электрода.

Простейшим газонаполненным детектором является ионизационная камера, представляющая собой систему двух электродов в объеме, заполненном инертным газом. Ядерное излучение, попавшее в объем детектора, производит в нем первичную ионизацию газа либо непосредственно за счет энергии излучения (в случае заряженных частиц), либо через вторичные эффекты взаимодействия с газовой средой (в случае нейтральных частиц или у-квантов).

Электроны или ионы, образовавшиеся в результате ионизации газа, движутся в электрическом поле между электродами, создавая тем самым ионизационный ток. При этом происходит собирание и накопление зарядов на электродах, а также «разряд» источника питания через среду рабочего объема детектора. Наличие ионизационного тока на нагрузке в виде разности потенциалов регистрируют радиометрическим устройством, фиксируя тем самым попадание излучения в объем детектора. Если частица полностью останавливается в объеме камеры, то по величине собранного заряда легко определить ее энергию.

Ионизационная камера — прибор для регистрации ядерных частиц и излучений, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа.

Ионизационная камера состоит из корпуса с двумя электродами: собирающим, который имеет положительный потенциал и соединен с измерительным прибором, и высоковольтным, который имеет отрицательный потенциал и подключен к источнику напряжения от нескольких десятков до нескольких тысяч вольт, в зависимости от назначения и конструкции камеры. Бывают камеры, заполненные воздухом, но чаще их заполняют смесями газов (Не + Аг, Ar + С₂Н₂, Ne и др.). Известны проточные ионизационные камеры, которые с постоянной скоростью продуваются рабочим газом.

Ионизационные камеры бывают токовые, с помощью которых измеряют ионизационные токи от потока излучения, и импульсные, с помощью которых измеряют ионизацию, вызываемую отдельными частицами. Токовые камеры применяют для измерения активности а-, [3- и у-ирепаратов, интенсивности a-излучения и мощности дозы от потока нейтронов, а также уи рентгеновского излучения.

Преимуществами ионизационной камеры является простота устройства, широкий диапазон измеряемых активностей любого типа излучения, высокая чувствительность к а-излучению, хорошая воспроизводимость результатов и возможность определения активности препаратов больших размеров. С помощью ионизационной камеры измеряют очень большие активности без погрешностей, связанных с «мертвым» временем.

Недостатком ионизационной камеры являются очень низкие токи, которые трудно регистрировать. Этот недостаток преодолевается в детекторах с газовым усилением, которое обеспечивается увеличением количества свободных зарядов в объеме детектора за счет того, что первичные электроны на своем пути к аноду в больших электрических полях приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации нейтральных атомов рабочей среды детектора. Такой режим работы отвечает пропорциональному счетчику, который способен выполнять функции спектрометра.

Пропорциональный счетчик — газоразрядный прибор для регистрации ионизирующих излучений, создающий сигналу амплитуда которого пропорциональна энергии регистрируемой частицы, теряемой в его объеме на ионизацию.

Пропорциональные счетчики используются для регистрации всех видов ионизирующих излучений. Газовое усиление позволяет значительно повысить чувствительность измерений по сравнению с ионизационными камерами, определить энергию ядерных частиц и изучить их природу. Типичным пропорциональным счетчиком является детектор с бериллиевым окном толщиной 70 мкм, наполненный смесью газов 90% Хе + 10% СН^ до общего давления Р = 0,8 атм. Такой счетчик имеет почти 100%-ную эффективность при энергии у-квантов 10 кэВ.

При достаточно высокой напряженности электрического поля и за счет газового усиления счетчик переходит в режим работы, когда достаточно появления в его объеме одного электрона, чтобы он запустил мощный лавинообразный процесс, способный ионизовать всю область вблизи нити-анода. При этом импульс тока достигает предельного значения и не зависит от первичной ионизации. Такой счетчик называется счетчиком Гейгера —Мюллера. Если разность потенциалов между анодом и катодом в газонаполненном счетчике превыси г некоторое критическое значение, то появление в его объеме свободных носителей зарядов вызовет искровой пробой (разряд).

Счетчик Гейгера —Мюллера (счетчик Гейгера) — газонаполненный счетчик ионизирующих излучений, электрический сигнал с которого усиливается за счет вторичной ионизации газового объема счетчика и не зависит от энергии, оставленной частицей в этом объеме.

Счетчик Гейгера—Мюллера — газоразрядный прибор. Применяется для обнаружения и исследования различного рода ионизирующих излучений: аи р-частиц, у-квантов, рентгеновских квантов, частиц высокой энергии и т. п. Гамма-кванты регистрируются по вторичным ионизирующим частицам: фотоэлектронам, комптоновским электронам, электроннопозитронным парам; нейтроны регистрируются по ядрам отдачи и продуктам ядерных реакций, возникающим в газе счетчика. Работает счетчик при напряжениях, соответствующих самостоятельному коронному разряду.

Конструктивно счетчик Гейгера —Мюллера представляет собой конденсатор с сильно неоднородным электрическим полем. К внутреннему электроду (тонкой металлической нити) приложен положительный потенциал (анод), к внешнему — отрицательный (катод). Электроды заключены в герметически замкнутый резервуар, наполненный каким-либо газом (как правило, аргоном или неоном) до давления 100—200 мм рт. ст. К электродам счетчика прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. На нить подается знак «плюс».

За счет более высокой разности потенциалов на электродах счетчик Гейгера работает в таком режиме, когда достаточно появления в объеме детектора одного электрона, чтобы развился лавинообразный процесс, обусловленный вторичной ионизацией, который способен ионизовать всю область вблизи нити (анода). При этом импульс тока достигает предельного значения и не зависит от первичной ионизации. Развиваясь лавинообразно, этот процесс завершается образованием в межэлектродном пространстве электронноионного облака, резко увеличивающего его проводимость. При попадании в счетчик Гейгера частицы в нем вспыхивает самостоятельный газовый разряд. При этом коэффициент газового усиления достигает 1 • 10¹⁰, а величина импульса — десятков вольт. Возникает вспышка коронного разряда, и через счетчик течет ток.

В счетчике разряд развивается лишь вблизи анода счетчика на расстоянии нескольких диаметров нити. Электроны быстро скапливаются на нити (не более 1 • 10 ⁶ с), вокруг которой образуется «чехол» из положительных ионов. Положительный пространственный заряд увеличивает эффективный диаметр анода и снижает тем самым напряженность поля, поэтому разряд прерывается. После этого чувствительность счетчика восстанавливается через 110 ¹—1 * 10 ³ с. Большое время нечувствительности неудобно для многих применений.

В несамогасящихся счетных трубках разряд прекращается путем использования электронных схем гашения разряда в газе: электронная схема в нужное время выдает на счетчик «противосигнал», который прекращает самостоятельный разряд и «выдерживает» счетчик на время до полной нейтрализации возникших заряженных частиц. Другой способ основан на гашении разряда за счет подбора величин нагрузочного сопротивления и эквивалентной емкости, а также величины напряжения на счетчике. В самогасящихся счетчиках благодаря специальному газовому наполнению (инертный газ с примесью сложных молекул, например паров спирта, и небольшой примесью галогенов — хлора, брома, йода) разряд сам собой обрывается. Время нечувствительности самогасящегося счетчика составляет порядка 1−10″⁴ с. Самогасящиеся счетчики обеспечивают большую скорость счета без специальных электронных схем гашения разряда.

Счетчики Гейгера — Мюллера применяются для регистрации всех видов излучения. Они могут быть использованы как для абсолютных, так и для относительных измерений радиоактивных излучений. Каждая аили р-частица, попадающая в счетное пространство, вызывает импульс (относительная эффективность 100%); для у-излучения относительная эффективность составляет 1%.

Сцинтилляционный счетчик — прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, у-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Принцип действия сцинтилляционных детекторов основан на способности некоторых веществ превращать энергию излучения в кванты света, которые, в свою очередь, при попадании на фотокатод вырывают из него электроны. Поток электронов усиливается с помощью ФЭУ. При этом коэффициент усиления достигает значения 1 • 10⁵—1 * 10⁷. Число образующихся в фосфоре квантов света, а тем самым и число вырванных из фотокатода электронов зависит от энергии излучения, поэтому с помощью сцинтилляционного детектора можно измерять как число частиц, так и их энергию.

В качестве сцинтилляторов используются различные вещества (твердые, жидкие, газообразные). Сцинтиллятор может быть органическим (кристаллы, пластики или жидкости) или неорганическим (кристаллы или стекла). Существуют также газообразные сцинтилляторы (благородные газы под давлением). К сцинтилляторам предъявляются следующие требования: высокий выход флуоресценции, незначительная фосфресцеиция, прозрачность для излучаемого света, малые времена жизни возбужденного состояния (1 • 10 ⁶— 1 • 10 ¹⁰ с), соответствие спектральных характеристик излучаемого света спектральной чувствительности фотокатода.

Неорганические сцинтилляторы представляют собой кристаллы неорганических солей. Чаще всего используют галоидные соединения щелочных металлов. Для увеличения светового выхода вводятся специальные примеси других элементов (например, таллий). Для а-спетрометрии используют монокристаллы Csl, активированные 1%Т1, для у-спектрометрии — монокристаллы Nal (Tl). Так как Nal является гигроскопичным соединением, его помещают в защитный контейнер.

В качестве твердых органических сцинтилляторов используются монокристаллы антрацена (С_ИН₁₀), стильбена (С_ИН₁₂), нафталина (С₁₀Н₈), толана (дифенилацетилена) и др. Все органические сцинтилляторы по сравнению с неорганическими обладают меньшими временами высвечивания и меньшей плотностью. Детекторы на их основе отличаются хорошим быстродействием, обычно 1 • 10^-6— 1 • И)^-8 с, но меньшей чувствительностью к у-излучению. Обычно они используются для регистрации и спектрометрии аи р-частиц.

Пластиковые сцинтилляторы представляют собой двухили трехкомпонентные смеси флуоресцирующих органических соединений (я-терфенил, 2,5-дифенилоксазол, 1-фенил-2- [4-бифенил]-этилен и др.) в подходящем прозрачном полимерном веществе. Например, смеси антрацена или стильбена в полистироле или плексигласе. Пластиковые сцинтилляторы характеризуются малым временем высвечивания порядка 1−10 ⁸—1 • 10~⁹ с, удовлетворительной устойчивостью к воздействию ионизирующей радиации, пропорциональной зависимостью высот импульсов сцинтилляций от энергии излучения.

Жидкие органические сцинтилляторы состоят из растворов флуоресцирующих веществ в прозрачных растворителях, мало поглощающих энергию излучения в фиолетовой и ультрафиолетовой частях спектра. Растворителями являются м-ксилол, толуол, фенилциклогексан, сцинтиллирующими добавками — /г-терфенил, 2,5-дифенил-оксазол (НПО), 1,4-ди-[2-(5-фенилоксазолил)]-6ензол (ПОПОП) и др. Ценным свойством жидкостных сцинтилляторов являются малое время высвечивания (1 • 10″⁸— 1 • 10~⁹ с), хорошая прозрачность для собственного излучения и возможность приготовления их в любых объемах и сосудах. Жидкостные сцинтилляционные детекторы применяются в радиометрии образцов, содержащих радионуклиды, испускающие низкоэнергетические (3-частицы. Их применяют и для регистрации у-излучения, а также нейтронов. В последнем случае в органических жидкостях растворяют вещество, в котором нейтроны вызывают ядерную реакцию с образованием заряженной частицы.

Достоинства сцинтилляционного счетчика: высокая эффективность регистрации различных частиц, быстродействие, возможность изготовления сцинтилляторов разных размеров и конфигураций, высокая надежность и относительно невысокая стоимость. Благодаря этим качествам сцинтилляционные счетчики широко применяются в ядерной физике, в промышленности (у-дефектоскопия, радиационный контроль), дозиметрии, радиометрии, геологии, медицине и т. д. Недостатки сцинтилляционного счетчика: малая чувствительность к частицам низких энергий (1 кэВ) и невысокая разрешающая способность по энергии. Эффективность регистрации заряженных частиц близка к 100%.

Полупроводниковый детектор — прибор для регистрации ионизирующих излучений^ основным элементом которого является кристалл полупроводника.

Известны два типа полупроводниковых детекторов: диффузионные (р-, /2-диоды) и поверхностно-барьерные. Диффузионные р-, /2-диоды представляют собой слой кремния, на одной стороне которого имеется диффузионный слой, например фосфора (p-слой), а на другой — слой бора или алюминия (/2-слой). Слои разделены р-и-переходом, по обе стороны которого располагаются объемные заряды с противоположным знаком (запорный или чувствительный слой). Толщина этого слоя регулируется прикладываемым напряжением. Для измерения высокоэнергетического излучения требуется большая толщина чувствительного слоя. Этот слой можно расширить, если в р-иолунроводник (р-Si или р-Ge) ввести донорную примесь лития методом диффузии. Таким образом, получают «-г-р-детекторы. Се (1д)-детекторы, используемые в у-сиектроскопии, следует постоянно охлаждать жидким азотом для уменьшения диффузии лития.

Поверхностно-барьерные детекторы представляют собой слой р- или «-полупроводника, на поверхности которого имеется тонкий слой п- или соответственно р-полупроводника, защищенного слоем золота, который одновременно является электродом. При проникновении частицы в чувствительную зону вдоль ее пути образуются пары электрон — дырка, которые разделяются в электрическом поле и достигают его границ. Возникший ток вызывает импульс напряжения, который региструется. После разряда вследствие диффузии свободных носителей заряда детектор возвращается в рабочее состояние. Если частица полностью тормозится в чувствительном слое, полупроводниковый детектор работает как спектрометр. Энергетическое разрешение полупроводникового счетчика в несколько раз лучше, чем газонаполненных счетчиков.

Для регистрации заряженных частиц используют кремниевые детекторы и детекторы из сверхчистого германия. Дрейфовые германий-литиевые полупроводниковые детекторы применяются для регистрации у-квантов с энергией в несколько сотен кэВ. Для регистрации у-квантов с энергией до 10 МэВ используются германий-литиевые детекторы.

К достоинствам полупроводникового детектора относятся: высокое разрешение энергий, малое значение «мертвого» времени, а также расширение области, в которой соблюдается линейная зависимость между энергией и импульсом. Недостатки полупроводникового детектора: малая эффективность при регистрации у-квантов больших энергий, ухудшение разрешающей способности при загрузках выше 1 • 10⁴ част/с, ограниченное время жизни полупроводникового детектора при высоких дозах облучения из-за накопления радиационных дефектов.

Существуют позиционно-чувствительные детекторы, которые позволяют помимо идентификации радионуклида и определения его количества в веществе определять глубину его расположения в объекте исследования, выявлять характер пространственного распределения (например, форму и размеры скоплений источников излучения), а при необходимости — и изменение этого пространственного распределения во времени, т. е. осуществлять динамическую томографию.

В исследованиях элементарных частиц применяются такие позиционно-чувствительные детекторы, как камера Вильсона, диффузионная, фотоэмульсионная, пузырьковая или стримерная камера.

Применительно к a-излучению атомам отдачи, образовавшимся при делении тяжелых ядер, и к ризлучению такими детекторами являются фотографические материалы и твердотельные пластиковые детекторы.

Метод авторадиографии позволяет достаточно точно устанавливать характер распределения радиоактивных веществ и места их локализации в самых разнообразных объектах: в животных и растительных тканях, в сплавах металлов, минералах и т. д.

Авторадиография — изу чение распределения радиоактивных веществ в исследуемом объекте наложением на объект чувствительной к радиоактивным излучениям фотоэмульсии.

Авторадиографию можно определить как метод, используемый для определения положения радиоактивных веществ и измерения их количеств по фотографическому действию.

В последнее время из понятия авторадиографии исключены фотоэмульсии, поскольку в авторадиографию вошли методы локализации радионуклидов (микроканальные пластины, трековые полимерные детекторы, окрашиваемые полимерные пленки и т. п.), не использующие серебро и эмульсии.

В авторадиографии широкое применение нашел фотографический метод, позволяющий определить величину радиоактивности образца по плотности потемнения фотоэмульсии, вызываемого действием излучения за определенное время, а также изучить эволюцию распределения радионуклида в пространстве и во времени.

При авторадиографическом исследовании образец, содержащий радиоактивный изотоп, приводят в контакт с фотоэмульсионным слоем (используются специальные эмульсии, чувствительные к регистрируемому излучению) на гибкой (пленка) или жесткой подложке (пластинке). После проявления фотоматериал проявляют и фиксируют. На участках,.

Рис. 1.16. Авторадиограммы поверхности образцов полиэтилена, наполненных сажей и выдержанных в парах капроновой кислоты, меченной ^ИС (низкоэнергетическое (З-излучение):

а — в — различные технологии введения наполнителя контактировавших с обогащенными изотопом областями образца, засвеченные эмульсионные кристаллы проявляются, т. е. замещаются кристаллами металлического серебра, остальные кристаллы растворяются при фиксировании. В результате образуется авторадиограмма (АРГ) — фотография распределения изотопа в собственном излучении (рис. 1.16). Чем больше почернение участка авторадиограммы, тем больше содержание изотопа в соответствующей области приповерхностного слоя образца. Связь между ними при определенных условиях линейна, что позволяет оценивать распределение количественно с помощью микрофотометров или микроденситометров (по плотности почернения — логарифму отношения интенсивностей падающего и проходящего света). Изображение оцифровывается и подвергается компьютерной обработке с целью получения количественных данных.

Авторадиографию с использованием фотоматериалов делят на макроавторадиографию и микро- (трековую) авторадиографию.

Макрорадиография основана на использовании тонкослойных эмульсий (обычно применяются рентгеновские пленки). Она дает картину суммарного воздействия радиоактивного излучения на фотоэмульсию. В идеальном случае размер и форма фотографического изображения должны быть идентичны размеру и форме структуры, содержащей радиоактивный носитель. Он будет реализован, если все ионизирующие частицы испускаются перпендикулярно поверхности образца. В действительности испускание радиации происходит во всех направлениях и неизбежно некоторое размытие изображения.

Разрешение традиционной макроавторадиографии составляет порядка 0,1 мм. Значительно большим разрешением, примерно равным 0,1 мкм, обладает электронно-микроскопическая авторадиография — метод, позволяющий одновременно регистрировать распределение радиоактивной примеси в тонком приповерхностном слое образца и особенности текстуры поверхности образца.

При этом методе в исследуемый материал (например, сплав) вводят радионуклид (обычно испускающий низкоэнергетическое (3-излучение, например тритий); образец травят для выявления рельефа поверхности. Па травленую поверхность наносят реплику (например, слой углерода), копирующую структуру, а на реплику — тонкий слой мелкозернистой (толщиной в один монокристалл AgBr) ядерной эмульсии, который сушат, экспонируют и подвергают фотообработке непосредственно на образце. В итоге на образце формируется авторадиограмма-реплика, т. е. реплика и совмещенная с ней авторадиограмма (рис. 1.17), составленная отдельными проявленными эмульсионными кристаллами, расположение которых на реплике соответствует распределению изотопа в структуре образца. Образец с авторадиограммойрепликой изучают в отраженном свете в металлографическом микроскопе, затем укрепленную авторадиограмму-реплику отделяют и просматривают. Наиболее интересные участки вырезают и изучают в электронном микроскопе. Таким образом, на всех трех этапах просмотра одновременно исследуют структуру материала и связанную с ней химическую неоднородность.

Многие элементы не имеют долгоживущих радиоактивных изотопов, на применении которых основана традиционная авторадиография. В этих случаях применяют активационную авторадиографию. Образец облучают нейтронами в реакторе или ионными пучками (обычно — протонами) на ускорителе, активируя интересующие элементы. Затем используют метод авторадиографии.

Рис. 1.17. Локализация трития на границах мартенситных пластин в стали (электронно-микроскопическая авторадиография, увеличение X 20 000).

Для регистрации а-частиц и атомов отдачи, возникающих при делении тяжелых ядер, применяется трековая авторадиография. Это вариант требует использования толстых (больше пробега регистрируемых частиц в эмульсии) фотослоев и оптического микроскопа с максимально возможной степенью увеличения. Объектом исследования в микроавторадиографии являются треки (следы) отдельных заряженных частиц в фотослое. При просмотре авторадиограммы под микроскопом определяют длину треков, которая рассчитывается как среднее из нескольких десятков значений. По числу треков оценивают активность образца (количественный анализ), а по длине треков — энергию а-частицы (этот параметр позволяет определить, изотоп какого элемента исследуется, — качественный анализ). Иногда на авторадиограммах появляются характерные «звезды» — скопления треков, выходящих из одного центра. Наличие «звезды» означает, что зарегистрирован случай последовательного превращения изотопов какого-либо радиоактивного ряда, например торцевого (рис. 1.18).

Таким образом, трековую авторадиографию можно использовать для обнаружения короткоживущих промежуточных радионуклидов в рядах генетически связанных изотопов.

В последнее годы в микрорадиографии начали отказываться от фотоматериалов, процессов проявления, микроскопа и других традиционных средств этого метода. Распределение зерен серебра измеряют методом рентгеновского микроанализа, используют окрашивающиеся под действием излучения полимерные пленки, применяют трековые полимерные пленочные детекторы, микроканальные пластины и др.

Пленочные полимерные детекторы часто заменяют фотоматериалы в трековой авторадиографии. В качестве материа.

ле. 1.18. «Звезда» из треков а-частиц, образующаяся в толстослойной фотоэмульсии при распаде ²²⁸Th (1,9 л) — ²²⁴Ra (3,6 дня) — ²²⁰Rn (5 с) —.

ла детектора используют такие полимеры, как ацетобутилат, нитрат целлюлозы, поликарбонат или полиэтилентерафталат.

Для регистрации процессов деления ядер применяются пластины из слюды или кристаллического кремния. С помощью таких детекторов были открыты многие тяжелые актиниды и почти все трансактинидные элементы.

Новые возможности появились с разработкой микроканальных пластин — стеклянных пластин с множеством каналов диаметром 10—15 мкм, каждый из которых является миниатюрным фотоэлектронным умножителем. Поместив с входной стороны сцинтиллятор, способный детектировать P-излучение, а на выходе — светящийся экран и приведя исследуемый объект в контакт со сцинтиллятором, можно наблюдать и регистрировать на выходе распределение источника излучения в объекте. На базе микроканальной пластины, соединенной светопроводами со сцинтиллирующим экраном, разработан прибор для наблюдения рентгеновского и у-излучения — гамма-визор. Подобные системы позволяют осуществлять трехмерное наблюдение источников излучения, создавать ЗП-изображения; их используют в промышленной и медицинской томографии, а также при определении зон радиоактивного заражения в результате выброса радиоактивных материалов на АЭС или на предприятиях ЯТЦ.

Получение спектроскопических данных по исследованию радиоактивного распада называется спектроскопией радиоактивных излучений, причем различают а-, ри у-спектроскопию. Распределение частиц ядерного излучения по энергии называют энергетическим спектром ядерного излучения. Спектры излучения бывают дискретными или сплошными.

Ядерная спектроскопия — раздел ядерной физики, посвященный изучению дискретного спектра ядерных состояний — определению энергии, спина, четности, изотопического спина и других квантовых характеристик ядра, в основном в возбужденных состояниях.

В радиохимии спектроскопия излучений используется для качественного и количественного анализа радионуклидов.

Спектрометр представляет собой детектор, включенный в регистрирующую аппаратуру, которая измеряет энергию и число частиц. Существуют спектрометры на основе импульсных ионизационных камер, пропорциональных, полупроводниковых и сцинтилляционных счетчиков. Другой класс составляют магнитные спектрометры, спектрометры, но времени пролета и т. д. На практике чаще всего осуществляют спектроскопию у-излучения. Спектр у-излучения обычно состоит из дискретой области одного или нескольких фотопиков (по положению фотоника на энергетической шкале измеряется энергия изучения, а по площади под ним — активность излучателя) и непрерывной области комптоновского рассеяния.

Значительный прогресс в технологии сбора информации от твердотельных трековых детекторов (ТТД) ионизирующего излучения с использованием оптических сканирующих устройств и углубленной компьютерной обработки, которые позволяют определять несколько параметров трека отдельной а-частицы, позволил разработать сравнительно простой и дешевый способ а-спектросопии.

В ТТД спектроскопического типа используются различные пластики, но наиболее перспективным считается полаллиль-дигликоль карбонат (благодаря твердости и прозрачности этот материал традиционно используется как заменитель стекла в линзах и очках). При прохождении через этот пластик а-частицы создают скрытые повреждения молекул его полимера. Эти повреждения можно обнаружить и увеличить после протравливания пластика, например в растворе каустической соды — NaOH (рис. 1.19). Типовые размеры проекции трека на плоскость оптического изображения в зависимости от времени и температуры травления составляют от нескольких единиц до нескольких десятков микрон. Измерение энергии а-частицы основано на измерении диаметра закругления конца полностью протравленного трека (этот параметр связан с пробегом а-частицы простым линейным соотношением).

ТТД спектроскопического типа — дешевые, легкие (доли грамма), имеют долгосрочную стабильность, негигроскопичны и относятся к типу устройств пассивного накопления.

Рис. 1.19. Кластеры треков, называемых горячими частицами.

(г.е. без энергопотребления во время экспозиции). Они нашли применение для измерения сверхнизких активностей, например содержания плутония в организме человека, в исследовании образцов биоироб, в измерении различных сверхчистых конструкционных материалов, в мониторинге а-излучающих аэрозолей, главным образом горячих частиц. Эти детекторы позволили создать индивидуальный радонтороновый а-дозиметр. Помимо получения энергетического спектра с помощью ТТД можно оценивать полную активность и геометрические размеры отдельных частиц, а также потоки нейтронов в разных энергетических диапазонах (от тепловых до быстрых).