Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Радиационный контроль изделий из древесины
Методические указания к выполнению лабораторных работ для магистров по направлению подготовки 35.04.02. «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»
Воронеж 2014
2
УДК 630.81
Радиационный контроль изделий из древесины: Методические указания к выполнению лабораторных работ для магистров по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств [Эл. ресурс] / А. Д. Платонов, С. Н. Снегирева; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014 – 44 с.
Рецензент: Директор ООО «Лигнум»к.т.н. |
И. Н. Медведев |
3
Введение
Дозиметрический и радиометрический контроль проводят на предприятиях ядерно-топливного цикла, атомных электростанциях и при выполнении научно-исследовательских работ с использованием меченных атомов и ионизирующих излучений. Наибольший масштаб и значение приобретает дозиметрический и радиометрический контроль окружающей среды при выпадении радиоактивных продуктов ядерных делений, в частности, при авариях на радиационно-опасных объектах. В этой ситуации необходим экспрессдозиметрический контроль, на основании которого составляют карту радиационной ситуации на обследованной территории и выявляют загрязненные зоны, требующие особенно тщательного радиометрического контроля.
1.Общие сведения по дозиметрии, радиометрии и спектрометрии
Всоответствии с функциональным назначением аппаратура для проведения дозиметрии и радиометрии представлена двумя классами приборов: дозиметрами для измерения экспозиционной дозы (ЭД) или мощности экспозиционной дозы (МЭД) рентгеновского и γ-излучения; радиометрами – для определения радиоактивности и ее удельной активности в объектах контроля.
По конструктивным особенностям дозиметрические и радиометрические приборы подразделяются на: карманные (для индивидуального дозиметрического и радиометрического контроля); переносные (для группового дозиметрического и радиационно-технологического контроля, определения радиоактивности и ее удельных значений в объектах окружающей среды – поверхности почв, зданий и сооружений, транспорта, лесохозяйственных машин и т. п.).
Радиометрами обычно называют сравнительно простые приборы для измерения скорости счета, которые регистрируют все импульсы, большие и малые, независимо от их амплитуды (величины энергии). Основное назначение радиометра – определение счетной активности от любых источников излучения, но без задачи их идентифицирования (т. е . без учета энергии, которая специфична для разных изотопов).
Всостав радиометрического прибора, помимо детектора, входят блок высокого напряжения (для питания детектора), таймер (для задания времени
4
счета), генератор импульсов (для поверки работоспособности прибора), а также, усилитель импульсов и пересчетное устройство (или микросхема). Индикатором служит цифровой дисплей ил стрелочный прибор.
Более сложные приборы способные не просто регистрировать радиоактивность, но и различать излучения по источнику, носят название спектрометров. Это многоканальные анализаторы, они сортируют образующиеся в детекторе импульсы по амплитуде, пропорциональной энергии частиц излучения. Спектрометры предназначены для идентификации источников по спектру энергии, но могут работать также и в измерительном (счетном) режиме – считать импульсы только в выбранном «окне» спектра, которое соответствует энергии определенного радионуклида. Такие измерения более надежны, так как результат их относится к излучению именно данного изотопа, даже если в образце присутствуют и какие-то другие радионуклиды.
Идентификация радионуклидов по γ-спектрам иногда сталкивается с проблемой наложения пиков, когда некоторые изотопы имеют близкие по энергии излучения. Качество разделения пиков зависит от «разрешающей способности детектора». Энергетическое разрешение полупроводниковых детекторов много выше, чем у сцинтилляционных, хотя работать на последних гораздо проще, особенно в полевых условиях. Полупроводниковые детекторы обычно требуют глубокого охлаждения жидким азотом.
Для количественных измерений интенсивности излучения (или активности источника) применяются электронные приборы – так называемые счетчики, которые регистрируют импульсы напряжения на детекторе. Импульсы возникают от взаимодействия частиц излучения с молекулами газа, жидкости или твердого тела детектора в результате ионизации или возбуждения молекул. Электроника преобразует и усиливает единичные сигналы, а регистрирующее устройство подсчитывает общее количество импульсов за определенное время. Основной характеристикой интенсивности излучения на таких приборах является среднее число импульсов в единицу времени.
В целом «счетчиком» является как сам измерительный прибор (радиометр), так и его детектор, т. е. чувствительный объем устройств. Применяются детекторы радиоактивности, или счетчики, в основном трех типов: газоразрядные, сцинтилляционные и полупроводниковые.
Газоразрядные ил гейгеровские счетчики представляют собой газона-
полненный сосуд (обычно цилиндрической формы) с электродами, на которые подается постоянное высокое напряжение. Под действием ионизирую-
5
щий радиации в газовой фазе возникают свободные электроны, которые ускоряются в электрическом поле и выбивают из молекул газа новые, вторичные электроны. Все вместе они дают лавину большого числа электронов, приход которой на анод вызывает кратковременный спад напряжения, или импульс. Газоразрядные счетчики наиболее чувствительны к β-излучениям, эффективность в отношении γ-излучениям у них намного ниже.
Сцинтилляционные счетчики в качестве детектора используют твердые кристаллы специальных веществ-люминофоров, которые способны к сцинтилляциям при пролете через них ядерных частиц, т. е. к образованию слабых вспышек света. Это связано с возбуждением энергии в кристалле, которая затем теряется («высвечивается») в виде фотонов УФ-или видимого света. Центрами свечения служат узлы кристаллической решетки сцинтиллятора, содержащие «активирующие» примеси, например, атомы TI в кристаллах иодистого калия. Вплотную к кристаллу, в оптическом контакте с ним располагается фотоэлектронный умножитель (ФЭЛ), которым и подсчитывается общее число вспышек в сцинтилляторе.
На практике наиболее часто применяются сцинтилляционные счетчики с кристаллами NaI(TI) или CsI(TI), которые отличаются особенно высокой эффективностью в отношении γ-излучения. Применяются пластмассовые детекторы, чувствительные к β-излучению, и детекторы с ZnS для регистрации α-излучения.
В полупроводниковых детекторах импульсы напряжения возникают из-за резкого (но очень кратковременного) увеличения электрической проводимости в кристаллической решетке полупроводникового материала. В качестве последнего используются диэлектрики – монокристаллы германия, кремния, теллурида, кадмия и др. Полупроводниковые детекторы выгодно отличаются от других счетчиков миниатюрными размерами.
1.1 Приборы и оборудование
Для выполнения лабораторных работ по измерению интенсивности излучений и определения удельной активности гама и бета излучающим радионуклидам необходимы: радио-дозиметрические приборы, мерная вилка, высотомер, рулетка, струг для зачистки коры, пробоотборник образцов почв, полиэтиленовые пакеты, крафт-мешки, сопроводительные этикетки на пробы, устройство для измельчения ветвей, коры и древесины, ножницы и руч-