разом, соответствие в этом случае распространяется только на опасность внутреннего облучения.

Для Pu239 при концентрации 1 мг/л соответствие более полное, так как охватывает и внешнее, и внутреннее облучение. Для соответственных растворов этой активности очень полезны выпарные установки с Коч = 10 раз.

3. Растворы 1 мг/л Puз не позволяют решать вопросы, связанные с изучением твердых фаз этого элемента. Увеличение (Концентрации и, значит, активности еще в 100 раз против соответственной 10%-ному раствору Uux> x> позволит освещать свойства многих осадков Ри.

Превышение ПДК по пару для 1%-ного раствора Pu здесь будет более чем в миллион раз и потому простейший тип лабораторий )екомендован быть не может. Необходима лаборатория, спроектированная по трехзональному принципу и снабженная цепью герметически связанных между собою перчаточных боксов и вытяжных шкафов (металлических). Фильтры на выходе тяг и боксов обязательны. Открытые препараты плутония из них не вынимаются, реактивы и пр. задаются через чистые шлюзы; замена фильтров, ремонт и дезактивация ведутся из зоны ремонтного коридора. Обязателен дозиметрический контроль, i 4. При жестком у-излучении иа уровне 100 мг-экв Ra работают в толстостенных металлических шкафах с простейшими манипуляторами (шпаговымп). При активности 1 кюри (1 г-экв Ra)H выше переходят к горячим камерам со сложными манипу-.ляторами. В обоих случаях обязательна трехзональная планировка помещений лаборатории и дозиметрическая служба.

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ 6 РАЗДЕЛА ii

1. Доклады иностранных ученых на Международной конференции ио мирному использованию атомной энергии. Дозиметрия ионизирующих излучений, ГТТИ, 19.56.

2. Применение метола меченых атомов в физике и технике, сб. статей под ред. канд. хим. наук В. Г. Васильева, М., 1955.

3. С. М. Райский и В. Ф. Смирнов. Физические основы метода радиоактивных индикаторов, ГТТИ, 1956.

4. Горячие лаборатории и их оборудование, под ред. Н. Ф. Правдюка и Г. Н. Яковлева, Атомиздат, 1960.

5. А. В а л ь и И. Боннер. Использование радиоактивности при химических исследованиях, ИЛ, 1954.

6. Г. Сиборг и Дж. Кац. Актиниды, ИЛ, 1955.

7. А. В; Николаев и Н. М. С и н и ц ы н. Поведение радиорутения прн Экстракции. Доклад на конференции iro применению изотопов в науке и технике, М., 1957.

1 8. Сб. Ионный обмен , под ред. чл.-корр. К- В. Чмутова, М., 1951. ?.тр. 175 И далее, см. также С. Е. Бреслер, Радиоактивные элементы, изд. третье, ГТТИ, стр. 222.

* ВяДимй,. в простейшей лаборатории можно применить только ультра-ми!срометод.

Часть и

ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

РАЗДЕЛ i ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Глава I

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

§ 1. ДЕТЕКТОРЫ ИЗЛУЧЕНИП

Электронные дозиметрические приборы содержат в качестве первичного элемента устройство, в котором различные виды излучений вызывают появление электрических сигналов, регистрируемых прибором. Таким устройством слжит ионизационная камера либо счетчик частиц. Ниже приводится описание этих устройств.

Ионизационные камеры

Принцип действия и вольтамперные характеристики ионизационных камер

Принцип действия ионизациойной камеры основан на явлениях, происходящих в газе, заключенном между металлическими электродамп с разностью потенциалов, необходимой для создания между ними электрического поля. Если бы газ, заключен-, ный между электродами, состоял только из нейтральных атомов или молекул, то между электродами не было бы электрического тока. Однако в результате ионизирующего действия излучения в газе возникают электроны и ионы, которые могут служить носителями тока, перемещаясь под действием электрического поля. Таким образом, между электродами может возникнуть электрический ток, сила которого зависит от ряда факторов, в том числе от ионизирующей способности излучения. Поэтому можно оценить ионизирующую способность излучения, измеряя силу тока между электродами. Однако такая.оценка может быть правильной при определенных условиях, которые станут ясными из рассмотрения вольтамперной характеристики ионизационной

камеры, т. е. зависимости силы тока в газовом промежутке от напряжения между электродами.

На рис. 36 изображен примерный вид вольтамперной характеристики, на которой можно отметить три участка:

/ - участок, в котором сила тока увеличивается приблизительно пропорционально напряжению, -переходной участок, / - участок насыщения, в котором сила тока не зависит от напряжения.

Такой вид вольтамперной характеристики можно объяснить следующим образом. В газе происходят одновременно два противоположных процесса - ионизация под действием излучения и рекомбинация, т. е. воссоединение молекул из ионов и электронов. Электрическое поле между электродами воздействует на один из этих процессов; растаскивая электроны и ионы, оно препятствует рекомбинации. Чем сильнее электрическое поле, тем быстрее движутся электроны и ионы в разные стороны и тем меньще промежуток времени, в течение которого возможно взаимодействие между ними. Поэтому при нулевом напряжении между электродами процессы ионизации и рекомбинации взаимно уравновещиваются, а при наличии напряжения первые преобладают над вторыми. При увеличении напряжения количество актов рекомбинации уменьщается, а количество актов ионизации не меняется, отчего число носителей тока (а следователыю, и сила тока) увеличивается. Однако это происходит лищь до того значения напряжения, при котором рекомбинация практически прекращается. При таком напряжении все электроны и ионы, возникающие в результате ионизации, не рекомбинируют и участвуют в токе. Тогда дальнейшее повышение напряжения не влечет за собой увеличения тока и наступает насыщение.

Таким образом, только в режиме насыщения сила тока полностью определяется ионизирующей способностью излучения, т. е. количеством электронов и ионов в единице объема, созданных в результате ионизации излучением. При изменении ионизирующей способности излучения / соответственно изменится и сила тока насыщения; при этом вольтамперная характеристика в области насыщения расположится выше или ниже, как показано на рис. 36, где изображено семейство вольтамперных ха-

Рис. 36. Семейство вольтамперных характеристик ионизационной камеры

рактеристик, полученных для различных значений ионизирующей способности излучения. Следовательно, между силой тока и ионизующей способностью излучения существует пропорциональность, которая может быть практически использована для измерения интенсивности излучения по ионизационному току.

Такой способ измерения называется интегральным в отличие от импульсного способа, который заключается в следующем. Каждая частица или фотон создает в ионизационной камере порцию зарядов обоих знаков, которые, двигаясь под действием электрического поля к электродам, вызывают во внешней цепи кратковременный ток, т. е. импульс тока. Величина этого импульса тока пропорциональна ионизующей способности частицы, что позволяет определить сорт или энергию частицы. Включив в цепь ионизационной камеры прибор, регистрирующий каждый импульс тока, можно зафиксировать каждую частицу в отдельности и сосчитать число частиц в единицу времени. Импульсный способ измерения более точен (особенно при небольшой интенсивности излучения), однако при большой скорости счета (начиная с тысяч импульсов в минуту) импульсный способ требует более сложной аппаратуры; в этом случае часто применяется интегральный способ измерения. Для счета импульсов используются устройства с малой постоящной .времени (т. е. быстродействующие); интегральное измерение осуществляется устройствами с большой постоянной времени (т. е. весьма инерционными).

При выборе рабочего режима ионизационной камеры необходимо стремиться к тому, чтобы напряжение соответствовало участку насыщения, по следующим причинам:

1) в участке насыщения существует линейная зависимость между силон тока и ионизирующей способностью, что обеспечивает точность измерения;

2) ток насыщения не зависит от напряжения, что устраняет влияние на измерения нестабильности питающего напряжения;

3) при насыщении сила тока больше, чем в режиме закона Ома, что обеспечивает большую чувствительность.

Режима насыщения можно добиться подбором напряжения, давления газа, формы электродов, расстояния между ними, положения излучателя, а также дозировкой излучения. Все эти меры направлены к ухудшению условий рекомбинации, которая препятствует достижению насыщения.

Так, например, при сближении электродов возрастает напряженность поля, а следовательно, и скорость движения электронов и ионов. От этого уменьщается время, в течение которого они могут взаимодействовать между собой при встрече и, следовательно, уменьщается вероятность рекомбинации. В результате насыщение достигается при меньшем напряжении. С другой

Рис. 37. График/а/(/з

стороны, при сближении электродов уменьшается часть пути, которую частица проходит внутри камеры, и, следовательно, число возникающих в ней ионов и электронов. От этого уменьшается чувствительность, поэтому расстояние между электродами нужно выбрать из компро-.миссных соображений.

Дозировка излучения также позволяет получить насыщение при меньшем напряжении, так как с увеличением интенсивности излучения увеличивается и плотность электронов и ионов в камере, а следовательно, и вероятность рекомбинации. Для уменьшения дозы излучения, поступающего в камеру, применяются диафрагмы, закрывающие часть излучателя. Для уменьшения вероятности рекомбинации уменьшают также часть пробега, используемого внутри камеры. В тех случаях, когда насыщения достигнуть трудно, измерения производятся при меньшем напряжении, а затем интерполируются к режиму насыщения. Это удобно сделать, построив график fJafiD, имеющий вид, показанный на рис. 37.

Ионизационные камеры для различных излучений

Ионизационные камеры имеют различное устройство в зависимости от природы регистрируемого ими излучения. Это различие вытекает из физических свойств этих излучений, которые подробно рассмотрены в гл. 2 и 3.

Ионизационные камеры для а-излучения. Альфа-частицы характеризуются большой ионизирующей способностью (несколько десятков тысяч пар ионов на пути в 1 сл в воздухе при нормальных условиях) и сравнительно небольшим пробегом (в воздухе несколько сантиметров, в твердых телах - сотые доли миллиметра). Малый пробег а-частиц позволяет при сравнительно небольших размерах электродов и небольшом расстоянии между ними использовать весь пробег или значительную его часть внутри камеры. Поэтому а-камеры отличаются небольшими размерами.

Из-за плохой проникающей способности а-лучей препарат помешают внутри камеры, либо делают в ней окошко (иногда прикрываемое тонким слоем слюды) для прохождения а-частиц.

излучаемых препаратом, помещенным вне камеры. Это вызывает неудобство в тех случаях, когда необходимо выбрать давление воздуха неравным атмосферному или вместо воздуха наполнить камеру другим газом.

Сильная ионизирующая способность является причиной большой концентрации электронов и ионов в ионных следах, оставляемых в газе а-частицами. Чем больше концентрация ионов и электронов, образующихся при ионизации, тем больше вероятность рекомбинации и, следовательно, необходимо большее напряжение для достижения насыщения. Как было указано, следует принять меры, чтобы обеспечить режим насыщения. Поэтому а-камеры работают обычно при сравнительно больших напряжениях - порядка 1500-2000 в. В некоторых случаях (при большой активности) насыщения не удается достигнуть и при таких напряжениях.

Для а-частиц характерна прямолинейность ионных следов, так как, обладая большой массой, они не отклоняются при взаимодействиях с электронами. При этом имеет существенное значение положение этих ионных следов относительно силовых линий электрического поля. Действительно, если, например, ионный след совпадает с силовой линией поля, то ионы и электроны двигаются под действием поля, оставаясь некоторое время внутри следа, что увеличивает вероятность рекомбинации. Наоборот, если ионный след перпендикулярен силовой линии, то электроны и ионы под г?ействием поля быстро вы.ходят из следа в разные стороны, что уменьшает вероятность рекомбинации. Поэтому для уменьшения напряжения насыщения нужно обеспечить такое взаимное расположение ионных следов и силовых линий поля, при котором возможно большее число частиц пересекает линии поля под большими углами.

Конфигурация поля определяется формой электродов. На рис. .38, а для примера изображены электроды, создающие поле невыгодной формы, при котором ионные следы совпадают с силовыми линиями. Плоские электроды (рис. 38,6) обеспечивают приемлемую конфигурацию-поля. Поэтому ионизаци-

Рис. 38. Конфигурация электрического поля лри различных формах электродов

онные камеры для а-излучения обычно имеют плоские электроды.