+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Приборы, измеряющие радиоактивность

ПРИБОРЫ, ИЗМЕРЯЮЩИЕ РАДИОАКТИВНОСТЬ (от латинского radio — испускаю луч и activus — активно) — это приборы, предназначенные для измерения дозы излучения или величин, связанных с ней.
Радиоактивные и рентгеновские излучения при воздействии на органы чувств человека не видны, но они могут быть обнаружены с помощью специализированных приборов и приспособлений, основанных на физикохимических процессах.
Воздействие радиации на человека называют облучением. Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам организма.
Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.
      Все приборы для измерения ионизирующих и радиоактивных излучений подразделяются на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно-физических исследований (ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера, коронные и искровые счетчики).

    Радиометр — это прибор, который способен измерить активность источников излучения и определить плотность потока ионизирующих частиц света. Он состоит из стеклянного сосуда, содержащего алюминиевую вертушку с горизонтальными ветвями и с газоразрядным счетчиком. Измерители радиоактивности (радиометры) делятся на радиометры загрязнения поверхностей и радиометры загрязнения воздуха.
    Радиометр был изобретен в 1873 г. английским ученым В. Круксом, который доказал, что он может служить измерительным прибором для разных проявлений излучений.
Дозиметр (или рентгенометр) — это прибор, который измеряет дозы излучения и мощность доз. Он состоит из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, регистрирующего (измерительного) устройства.
Дозиметры делятся на стационарные, переносные и индивидуального дозиметрического контроля.
Необходимо учитывать, что при любых измерениях радиации присутствует естественный радиационный фон. Поэтому сначала выполняют измерение дозиметром уровня фона, характерного для данного участка местности (на достаточном удалении от предполагаемого источника радиации), после чего выполняют измерения уже в присутствии предполагаемого источника радиации. Наличие устойчивого превышения над уровнем фона может свидетельствовать об обнаружении радиоактивности.
В том, что показания дозиметра в квартире больше в 1,5 — 2 раза, чем на улице, нет ничего необычного.
Ионизационная камера — это прибор, с помощью которого измеряются все типы излучений (радиационное, химическое и др.). Она может быть плоской, цилиндрической и сферической формы.
    Ионизационные камеры в зависимости от назначения и конструкции могут работать как в импульсном, так и токовом режиме.
    Пропорциональные счетчики позволяют определять энергию ядерных частиц и изучать природу их существования. Они наполняются газовой смесью неона с аргоном и работают при атмосферном давлении.
    Счетчик Гейгера-Мюллера представляет собой газоразрядный прибор, который способен обнаружить и исследовать различного рода ионизирующие излучения, такие как альфа- и бета-частицы, гамма-кванты, световые и рентгеновские кванты, частицы высокой энергии в космических лучах и на ускорителях. Счетчик Гейгера-Мюллера был создан в 1908 г. учеными Г. Гейгером и И. Мюллером и основан на ударной ионизации, то есть на внезапном действии атомов или молекул с электрическим зарядом в вакууме, наполненным инертным газом.
    Широкое применение счетчик Гейгера-Мюллера получил в ядерной технике и при поиске радиоактивных урановых и ториевых руд.
    Позже, в 1912 г., английский ученый Ч. Вильсон разработал лабораторное устройство, с помощью которого возможно было как наблюдать, так и фиксировать движения радиоактивных заряженных частиц с небольшой скоростью. Оно было названо камерой Вильсона.                       
    В 1932 г. советский физик П. Капица и американский ученый К. Андерсон на основе наблюдений за камерой Вильсона сконструировали более усовершенствованный прибор, внутри которого помещался крупный электромагнит со стальным сердечником, дававший возможность более точно определять энергию радиоактивных частиц.
    В 1959 г. Ч. Вильсон также изобрел камеру для фиксации следов пролета заряженных радиоактивных частиц под названием «магнитный спектрограф».
    Все приборы, измеряющие радиоактивность, позволяют вовремя предупредить людей о превышении уровня радиации и, возможно, предотвратить катастрофу. К таким приборам з настоящее время относятся: дозиметры и дозиметры-радиометры МС-04Б «Эксперт»), DG-101, «Белла», ДБГ-01Н; ионизационные камеры, например, САТ-7 и САТ-8; пропорциональный счетчик СИ-ЗБ и др.
Куда обратиться, в случае обнаружения высокого уровня радиации?
В  Москве для этого можно воспользоваться следующими номерами телефонов:
 Служба радиационной безопасности МосНПО «Радон» 379-78-31;
Центр Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в г.Москве, Отдел радиологии 287-78-34;
Оперативный дежурный Главного управления по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям города Москвы 925-34-27, 229-20-20.

Чем измеряют радиацию

В последние несколько десятилетий люди привыкли к мысли об опасности радиоактивного излучения. Но желание избежать этой опасности сталкивается с серьезной проблемой. Человек не может ощутить радиацию.


Ни один из наших органов чувств ее не воспринимает. Поэтому на помощь должны прийти приборы. Современные дозиметры-радиометры совмещают в себе функции измерения дозы излучения и его активности. 

  

Самые последние разработки, например, приборы серии DO-RA, функционируют на базе любых портативных электронных устройств и на всех основных мобильных операционных системах: iOS, Android, WP и др. Таким образом, обладатели приборов смогут вести самостоятельный контроль избыточного ионизирующего излучения, а также проанализировать подозрительные объекты, продукты питания и жидкости, строительные материалы и жилища. 

Радиация – это излучение, способное отрывать от атомов окружающие их электроны, превращая эти атомы в положительно заряженные ионы (отсюда название – ионизирующее излучение). Опасность излучения для организма тоже объясняется этим свойством: ионизирующие излучение повреждает молекулы в организме и нарушает их нормальное функционирование (развивается лучевая болезнь). 

Как установил еще Резерфорд, основных видов ионизирующего излучения три, они обозначаются тремя первыми буквами греческого алфавита. Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия-4 (два нейтрона + два протона). Бета-излучение – это поток электронов (иногда — позитронов). Гамма-излучение – поток фотонов с высокой энергией. Есть и более редкие виды ионизирующего излучения, например, поток нейтронов. 

Альфа-излучение, возникающее при радиоактивном распаде, не может проникнуть через поверхностные слои кожи человека, состоящие из мертвых клеток. Оно способно нанести вред здоровью только если человек проглотит его источник. Бета-частицы задерживаются кожей, но могут стать причиной лучевых ожогов. Наиболее опасно гамма-излучение — защитить от него могут только толстые стены или пластины свинца. 

На заре исследования радиоактивности для ее обнаружения использовали долгий и неточный метод — фотопластинки. Этот светочувствительный материал засвечивается без света под воздействием радиации. В 1908 году появился «счетчик Гейгера», прибор для регистрации ионизирующего излучения, изобретенный немецким физиком Гансом Гейгером. Более правильное его название «счетчик Гейгера – Мюллера», так как в разработке более совершенной конструкции, появившейся к 1928 году, принял участие коллега Гейгера Вальтер Мюллер. Прибор представляет собой газовый электроконденсатор – вакуумную трубку, заполненную аргоном или неоном. Если рядом с ней окажется радиоактивное вещество, его излучение проникнет в трубку и заставит газ светиться — через трубку проходит электрический ток. Этот ток пропускается через счетчик, и таким образом можно узнать количество радиации, попавшее в трубку. 

Другой метод регистрации ионизирующих излучений основан на использовании сцитилляторов – веществ, способных в ответ на попадающее в них ионизирующее излучение испускать свет. Первый такой детектор на основе сульфида цинка (так называемый «спинтарископ») создал в 1909 году всё тот же Ганс Гейгер совместно с Эрнстом Марсденом. При использовании первых сцинтилляторных детекторов ученые зрительно регистрировали эти вспышки света. Для этого приходилось часами сидеть в темной комнате, глядя в микроскоп. Затем детекторы стали снабжать фотоумножителями – устройствами, преобразующими свет в электрический импульс, который довольно легко зарегистрировать. 

   

Первая определяет степень ионизации воздуха и измеряется в рентгенах. Количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное веществом, определяет поглощающая доза, измеряется в греях (одна сотая грея – рад).Эквивалентная доза учитывает различие между воздействием на организм разных видов излучения, поскольку более тяжелые частицы (например, альфа-излучение), попадая в организм, ионизируют больше молекул, чем легкие (гамма и бета-излучение), то при одинаковой поглощенной дозе степень их воздействия будет разной. Измеряется в зивертах (одна сотая зиверта — бэр — биологический эквивалент рада). 

Эффективная доза, также измеряемая в зивертах, учитывает разную чувствительность тканей организма к излучению: облучение костного мозга или легких более опасно, чем щитовидной железы и печени, а для клеток кожи опасность еще меньше. Активность источника излучения описывает интенсивность радиоактивного распада в источнике. Основная единица измерения активности называется беккерель, она равна одному акту распада в секунду. Приборы, разработанные компанией ОАО «Интерсофт Евразия», резидентом кластера ядерных технологий Фонда «Сколково», измеряют как дозу, так и активность излучения и представляют собой целую серию DO-RA (дозиметр-радиометр). К ним относятся модель DO-RA.Classic со счетчиком Гейгера-Мюллера и перспективная модель DO-RA.Ultra, разрабатываемая в рамках гранта Сколково, с детектором ионизирующего излучения на основе кремния (Si). При измерении радиации учитывают 
экспозиционную
поглощенную,эквивалентную и эффективную дозы

Важная особенность DO-RA состоит в том, что они функционируют на базе любых портативных электронных устройств: смартфоны, планшеты, ноутбуки. Детектор подсоединяется к устройству через аудиовыход, либо через USB разъем или используя протокол беспроводной связи BLE (Bluetooth). Программы, обеспечивающие работу дозиметра-радиометра, существуют для всех основных мобильных операционных систем: iOS, Android, WP и др.

Устройство позволяет измерять дозу поглощенного излучения за определенное время, строит временной график дозы, замеряет активность источника излучения. Есть и дополнительные функции, например, возможность сфотографировать место замера с автоматической фиксацией информации о времени замера, величине фона (мощности дозы) и географических координатах.

Детектор DoRaSi на основе кремния и собственных патентов, который используется в устройствах, способен не только измерять излучение, но и определять тип его источника излучения: уран, цезий, иод. Правда это новшество будет реализовано только в следующих версиях устройств линии DO-RA. 

На днях «Интерсофт Евразия» получила первый патент в США и в Японии, а ранее в Китае на дозиметр-радиометр «ДО-РА» с твердотельным детектором индикации и измерения ионизирующего излучения для смартфонов и компьютеров. По словам кандидата технических наук Владимира Елина, изобретателя и руководителя проекта ДО-РА, теперь компания будет защищена при производстве и продаже дозиметра на рынках США, Японии и Китая, которые обладают огромным потенциалом в миллиарды долларов в год. По его прогнозам, разработка будет особенно востребована в местах пострадавших от ядерных катастроф, таких как Украина, Япония и на сопредельных территориях. Кроме того, команда разработчиков проектирует сейчас очень компактное устройства DO-RA.Modul для модульного смартфона Project Ara, разрабатываемого компанией Google.

  

Источник: polit.ru

Дозиметры, радиометры, спектрометры — современное оборудование для измерения уровня радиации

Влияние природной и техногенной радиации на человека зависит от характеристик ионизирующего излучения. Для замера показателей, определяющих радиационную обстановку местности, зоны работ, сырья, материалов, товаров, существуют приборы для замеров уровня излучения и степени радиационного загрязнения.


Классификация приборов для замеров уровня радиации

Современный рынок предлагает много моделей приборов, измеряющих уровень радиации. Условно они делятся на три больших класса:

  • радиометры, контролирующие степень активности излучающего источника и определения плотности потока α- и β-излучения на поверхности, подвергающиеся воздействию радиации;
  • дозиметры, измеряющие величину энергии, передаваемой объекту посредством излучения;
  • спектрометры, анализирующие спектр излучения частиц или квантов ионизирующего излучения по определенному показателю.

Каждый класс в свою очередь разделяется на группы по виду воспринимаемого излучения: α-, β-, γ-, рентгеновского, нейтронного или их комбинаций. Однако при едином принципе действия и наборе базовых возможностей приборы, измеряющие уровень радиации, по назначению делятся на два вида:

  • бытовые – недорогие и компактные, предназначенные для информирования человека, склонного к радиофобии, о превышении допустимого уровня радиоактивного излучения в конкретном месте, что позволяет ему быстро покинуть зараженный участок. Однако бытовые приборы, оценивая уровень заражения окружающей местности, не способны замерить дозу радиации, уже накопленной человеком;
  • профессиональные приборы крупнее и дороже бытовых, но обладающие при этом высокой чувствительностью, широким диапазоном и точностью измерений, что позволяет с большей достоверностью определить реальную опасность. Они используются для мониторинга состояния окружающей среды и контроля за передвижением радиоактивных веществ, а также способны определить дозу радиоактивного излучения, полученную человеком за все время. Профессиональные приборы бывают портативными – весом до 1,5 кг и лабораторными, предназначенными для использования в лабораторных и полевых условиях весом до 10 кг.

При неразрушающем контроле материалов, изделий, конструкций радиографическими методами для контроля радиационной обстановки чаще всего используются портативные профессиональные дозиметры, радиометры и комбинированные радиометры-дозиметры.

Необходимость дозиметров при неразрушающем контроле

При использовании радиографических методов неразрушающего контроля различных видов материалов и изделий в большинстве случаев используются портативные дозиметры, поскольку проверить качество сварных швов или отсутствие пустот и каверн в объемной детали можно только на месте. При осуществлении контроля оператор подвергается воздействию излучения радиационного дефектоскопа, величина которого нормируется и не должно быть более 20 мЗв за любые 5 следующих друг за другом лет, но в любом случае годовая доза не может превысить порогового значения 50 мЗв. Для замера мощности и дозы радиоактивного излучения, полученного оператором в ходе операций при осуществлении рентгенографической дефектоскопии используются профессиональные дозиметры и дозиметры-радиометры.

Основным элементом дозиметра или радиометра является детектор ионизирующего излучения. Приходящие на детектор кванты излучения превращаются в электроимпульсы, которые в свою очередь обрабатываются аналого-цифровым преобразователем, после чего переводятся в цифровую форму и поступают на микропроцессор прибора. Результаты замеров и вычислений выводятся на дисплей дозиметра, что позволяет быстро определить радиационную обстановку и степень заражения по нескольким видам радиоактивного излучения. Эти показания служат основанием для определения допустимого времени работы оператора рентгенографического дефектоскопа.

Дозиметры для рентгенографической дефектоскопии

Из предлагаемой рынком номенклатуры устройств для замеров уровня радиации далеко не все соответствуют нормативным требованиям, которые предъявляются к приборам, используемым в ходе неразрушающего контроля узлов, деталей, конструкций и материалов методами рентгенографической дефектоскопии. По экспертному мнению научно-производственной компании Литас, ведущей организации в области производства оборудования для радиографической дефектоскопии специфике этого метода более других соответствуют профессиональные дозиметры, изготовленные научно-производственным унитарным предприятием «Атомтех» из Минска:

  • дозиметры моделей ДКС-АТ1121, 1123 и ДКР-АТ1103М для замеров последствий воздействия рентгеновских и γ-лучей;
  • дозиметры — радиометры моделей МКС‑АТ1117М, МКС-АТ1125, 1125А.

Дозиметр – моноблочное устройство в прочном пластмассовом корпусе. Его питание предусмотрено, как от встроенного аккумулятора, заряда которого хватает на 24 часа, так и посредством адаптера от бытовой электрической сети 230В/50Гц.

Эти приборы обладают массой 800 – 1200 г, что относит их к разряду компактных дозиметров и использовать в ходе неразрушающего контроля как в условиях испытательной лаборатории, так и на открытых площадках. Эти дозиметры используются при:

  • определении последствий воздействия рентгеновских и γ-лучей;
  • замера поточной плотности α- и β-лучей на зараженных поверхностях;
  • определения местонахождения источников рентгеновских и γ-лучей.

До начала работ в память дозиметра вводятся максимально допустимые значения дозы и мощности γ-излучения, при выходе за границы которых включается видео и аудио сигнализация, извещающая о необходимости прекращения работ. Собранная в ходе работ информация о фактической дозе радиоактивного облучения оператора в ходе рентгенографической дефектоскопии попадает в память дозиметра, откуда извлекается специальным софтом и передается на лабораторный компьютер через USB-интерфейс.




МКС-АТ1125АДКС-АТ1121ДКС-АТ1123

Дозиметры всех марок имеют одинаковое назначение, но различаются их возможности и показатели:

  • при замерах мощности амбиентного эквивалента дозы ДКС-АТ1123 определяет ее значение в непрерывном, кратковременном и импульсном рентгеновском и γ-излучении, ДКС-АТ1121 в непрерывном и кратковременном, а ДКР-АТ1103 – только в непрерывном;
  • эквивалент амбиентной дозы измеряется в пределах: моделей ДКС-АТ1121, 1123 — 10,0 нЗв — 10,0 Зв, а ДКР-АТ1103 – 50,0 нЗв – 5,0 мЗв;
  • у моделей ДКС-АТ1121, 1123 чувствительность к γ-лучам составляет 70 имп·с-1/мкЗв·ч-1 при источнике Cs137, а у модели ДКР-АТ1103 — 400 имп·с-1/мкЗв·ч-1 при источнике Am241;
  • модели ДКС-АТ1121, 1123 могут работать в диапазоне температур от -30°С до +50°С, а ДКР-АТ1103 от 0°С до +40°С.

В то же время портативные дозиметры ДКС-АТ1121, 1123 и ДКР-АТ1103 имеют одинаковую:

  • звуковую и визуальную сигнализацию, срабатывающую при выходе за границу пороговых значений уровня радиации;
  • степень защиты корпуса IP 54, что позволяет работать с ними на улице и в помещениях с повышенной влажностью;
  • встроенный аккумулятор, обеспечивающий непрерывную работу на протяжении не менее 24 часов;
  • срок службы не менее 10 лет.

Профессиональные дозиметры — радиометры также имеют различия в технических характеристиках:

  • диапазон измерения эквивалента амбиентной дозы у дозиметров МКС-АТ1125, 1125А составляет от 10,0 нЗв до 10,0 Зв, а МКС-АТ1117М – от 1 мкЗв до 1 Зв;
  • энергетическая зависимость относительно источника Cs137 составляет у МКС-АТ1125 ±30%, МКС-АТ1125А ±15% и у МКС-АТ1117М от -25% до +35%;
  • типовая чувствительность к γ-излучению (от Cs137) составляет у МКС-АТ1125 – 6,6 имп·с-1/мкЗв·ч-1, МКС-АТ1125А — 350 имп·с-1/мкЗв·ч-1 и у МКС-АТ1117М – 1 имп·с-1/мкЗв·ч-1.

Портативные профессиональные дозиметры, рекомендуемые компанией Литас способны своевременно предупредить о достижении границ максимально допустимого уровня радиоактивного заражения.

Прибор для измерения радиации. Чем измеряют радиацию

Радиация сегодня является одной из наиболее опасных и животрепещущих тем для разговоров, поскольку тема ее достаточно неизучена, и большинство населения планеты слабо понимает, как себя вести в ситуации ядерного выброса, как прибор для измерения радиации использовать и что представляет собой этот выброс вообще. По причине незнания правил безопасности при ядерном взрыве за историю человечества пострадало не мало невинных жизней.

Максимально губительный выброс ионизирующих веществ был в Чернобыле, где после аварии на атомной электростанции было полностью эвакуировано два больших города и примыкающие к ним поселения. Как называется прибор для измерения радиации? Измерить уровень радиации в окружающем пространстве можно с помощью специального устройства — прибора радиационной и химической разведки и контроля под названием дозиметр. Что делает дозиметр? Он работает по максимально простой и понятной схеме.

Датчик внутри такого устройства имеет временные показатели, за которые он измеряет наличие в воздухе ионизирующих веществ и сопоставляет результаты измерений с таблицей максимально допустимых норм и границ облучения. В результате человек имеет возможность проверить, насколько радиация в той или иной зоне является опасной.

Следует сказать о том, что уровень радиации можно измерять не только на определенной территории с помощью аппарата для измерения радиации, но и на людях, предметах быта, продуктах питания, воде. Максимально опасными в случае заражения считаются продукты питания, строительные материалы, компьютерное оборудование, металлы.


Какая радиация наиболее опасна для здоровья?


Следует сказать о том, что прибор для измерения радиации в домашних условиях, дозиметр в некоторых случаях могут ошибочно принимать за радиометр, еще одно средство для измерения радиации, которое, однако, работает немного по другому принципу. Какой принцип действия дозиметрических приборов? Если дозиметр измеряет точное количество ионизирующих веществ в воздухе за определенный промежуток времени, то радиометр нужен для того, чтобы проверить степень заряженности радиационных частиц в определенном образце.

Образцом в данном случае может служить жидкость, газ, спрей, определенная поверхность и прочее. Современные дозиметрические приборы и радиометры используют для того, чтобы вычислить количество и энергию подозрительных радиочастиц в определенной зоне, на поверхности или предметах.

Стоит отметить, что различные предметы для измерения радиации и приборы для измерения радиационного фона нужны по той причине, что ионизирующие вещества могут быть разной природы и по-разному оказывать влияние на человека. К примеру, ученые сегодня разделяют все виды радиации на искусственные и природные. Природными принято называть такие радионуклиды, которые витают в атмосфере и выделяются периодически из пород, вулканических зон, космических катаклизмов. Искусственная радиация – та, которую создал сам человек. Такие ионы могут диагностироваться в местности, где расположены атомные электростанции, заводы по производству ядерного оружия, химические лаборатории.

Максимально опасными и активными считаются искусственные радионуклиды, поскольку они агрессивно влияют на человеческий организм и имеют максимально высокий уровень заряда. Природные же радиационные элементы измеряются, как правило, в небольших количествах по той причине, что они рассеиваются в атмосфере и не являются опасными для жизни человека. Максимально опасными могут быть такие радиационные частицы природного происхождения, которые выделяются в области вулканических пород и на высоких горных местностях.

Для того чтобы измерить степень заряда и концентрацию в воздухе различного рода радиационных частиц и используются несколько отдельных приборов для измерения радиации, название которых вы уже знаете.


Какие бывают дозиметры?


Классификация приборов радиометрического и дозиметрического контроля включает в себя несколько типов данного рода оборудования. В зависимости от того, где используется радиационное оборудование и в каких целях производители такого оснащения выпускают сразу несколько отдельных моделей продукции, которая подходит для использования как в бытовых целях, так и в научных. Отличия таких приборов для проверки радиации заключаются в том, что одни устройства обладают более высокой чувствительностью и реагируют на уровень заряда более сильно, нежели такие радиометры и дозиметры, которые рассчитаны на относительно слабые дозы радиации и могут использоваться в домашних условиях.

Стоит выделить несколько основных видов приборов для измерения солнечной радиации дозиметров и отличия между ними.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Профессиональные дозиметры


Приборы для определения радиации проверяют концентрацию ионизирующих элементов в воздухе, однако также имеют способность проверять на зараженность предметы обихода, мебель, жидкости, продукты питания, газы, пары. Такие приборы для измерения радиации в продуктах способны не только обнаруживать критическое наличие в воздухе радиационных частиц, но также проверять их плотность на квадратный километр, активность и степень заряженности, контролировать и предсказывать размещение радионуклидов в проверяемой области, в зависимости от движения воздушных масс.

Стоит отметить, что все профессиональные приборы, измеряющие радиацию, дозиметры могут делить также на отдельные группы приборов, которые предназначены для измерения концентрации протонов и нейтронов в проверяемой области. Такое оборудование, как правило, используют на фабриках, заводах и концернах, в которых ведется постоянное взаимодействие с радиационными элементами.

Бытовые радиометры


Этот прибор радиационного контроля чаще всего считается персональным радиометром, который можно использовать в бытовых целях, брать с собой в путешествия и походы в незнакомые местности. Такие бытовые приборы для измерения радиации способны проверять и измерять невысокие показатели радиации в относительно очищенных и проверенных территориях. Они используются зачастую, чтобы проверить радиационный фон предметов обихода, строительных материалов, продуктов, жидкостей.

Виды дозиметрических приборов используются чаще всего как в бытовых целях, так и на производстве всех выше указанных товаров, поскольку по законодательству каждая компания вместе со своей продукцией обязана предоставлять соответствующий документ о радиационной безопасности.

Стоит отметить, что бытовые дозиметры отличаются от профессиональных тем, что они проверяют исключительно отдельные виды ионизирующих частиц, такие как альфа- или бета-излучения, однако не способны реагировать на более сложные соединения и потоки.

Детекторы в таких деталях, как правило, имеют встроенную конструкцию, из-за чего ее нельзя менять, настраивать и совершенствовать под нужный тип радиационных элементов, как это можно делать с профессиональными дозиметрами. Дозиметрические приборы указанного типа, в отличие от профессиональной техники для измерения, не имеют больших размеров, мало весят и реагируют исключительно на запрограммированные частицы и элементы.

 

Дозиметр индивидуального типа


Упрощенная версия бытового дозиметра, которая может реагировать на уровень радиационной зараженности организма и высчитывать количество полученной дозы заряда за определенный промежуток времени. Такие дозиметры чаще всего используются людьми, которые работают на атомных станциях или других заводах, имеющих постоянный контакт в радиационными элементами.

Промышленный радиометр


Используется такой тип радиационного оборудования, как не сложно догадаться, на производстве. Промышленный радиометр позволяет проводить постоянный мониторинг радиационного фона и состояния оснащения без дополнительного вмешательства и проведения профилактических манипуляций. Промышленные радиометры, как правило, имеют вид большой мощной установки, требующей подготовки дозиметрических приборов к работе, которая стоит неподалеку от АЭС или другого строения, связанного с радиационной деятельностью.

 

Военный дозиметр


Используется для военных целей, во время выполнения военных операций на незнакомой территории, а также в процессе проведения спасательных операций после радиационных катастроф и аварий. Такие дозиметры имеют практически те же функции, что и профессиональные, способны реагировать на заряженность и плотность ионизирующих веществ в воздухе, однако имеют более легкую и транспортабельную конструкцию, что позволяет их легко использовать в процессе пешего шествия и проведения активных военных действий.


Профессиональная проверка уровня радиации в ЭкоТестЭкспресс


Лаборатория ЭкоТестЭкспресс может предложить вам качественную проверку территории или здания на радиационное загрязнение современными, максимально чувствительными дозиметрами. Благодаря многолетнему опыту работы в сфере мониторинга и аналитических работ специалисты лаборатории могут предоставить клиенту максимальный объем качественных услуг по проверке и обеззараживанию территории от радиационных элементов.

Как выбрать бытовой дозиметр — компания «Перммедтехника» в Перми

Радиация очень опасна для жизни и здоровья человека. Вместе с тем, многие окружающие предметы являются источниками радиоактивного излучения. Дозиметр — компактное устройство для измерения уровня радиации. Данные приборы для измерения востребованы специалистами: военными, ликвидаторами аварий, медиками. Техника будет полезна и в быту: например, для того, чтобы измерить уровень радиационного фона на окружающей местности или провести проверку продуктов питания.

Дозиметр способен определять накопленную дозу излучения. Современные модели дозиметров часто имеют дополнительные функции рентген- и радиометра.

Принцип работы

Дозиметры — и профессиональные, и бытовые — подразделяются на несколько категорий:

  • индикатор — дешевое устройство с невысокой чувствительностью для выявления факта «радиоактивности» того или иного предмета;
  • сигнализатор — дает световую или звуковую реакцию на изменение радиационного фона;
  • измеритель — простой прибор, измеряющий уровень радиационного излучения и представляющий данные в числовом выражении;

Почему профессиональный прибор хуже бытового

Если вам необходим бытовой дозиметр радиации для измерения качества воды, содержания нитратов во фруктах, овощах, радиоактивных компонентов в грибах и ягодах, проверки материалов и вещей, которые приобретаются для дома, не имеет смысла переплачивать за профессиональные модели.

Многие военные дозиметры дешевы и доступны, однако, они совершенно бесполезны в бытовых условиях. Они рассчитаны на измерение радиационной обстановки в зонах повышенной опасности: после ядерного взрыва, использование на местности рядом с источниками излучения высокой мощности. Часто такой дозиметр не способен определять незначительные превышения радиационного фона.

Профессиональные и промышленные дозиметры используют для обнаружения альфа, бета и гамма излучения, а также других заряженных частиц. Их отличает высокая точность измерения, избыточный для простого пользователя набор функций и, нередко, неподъемная цена. Такие устройства подойдут для бытового применения, но нет смысла переплачивать за них при наличии аналогов в несколько раз дешевле, с достаточным набором функций для измерения мощности дозы радиации в окружающей среде, воде, пище и предметах обихода.

Параметры выбора

Если вам нужно выбрать дозиметр для выполнения простых измерений, важно обращать внимание на следующие характеристики:

  • назначение;
  • верхний порог измерений: оптимально, если он будет не менее 10 000 мкР/ч) и допустимая погрешность;
  • тип и количество датчиков: лучше выбрать устройство, в котором их несколько, чтобы прибор мог «видеть» альфа, бета, гамма излучение и другие радиоактивные частицы;
  • скорость замера;
  • тип питания, автономность и энергопотребление;
  • наличие световой или звуковой индикации;
  • возможность передачи данных при подключении к компьютеру или смартфону;
  • размеры и материал корпуса: он должен быть прочным, если измерения планируется проводить на местности.

Важно также, чтобы у прибора был сертификат качества.

Дополнительные опции

Современные модели дозиметров для бытового использования, как правило, имеют компактные размеры, оптимальный для проверки воды, пищевых продуктов, предметов окружающей обстановки уровень чувствительности, питаются от батареек, отличаются простым управлением с помощью джойстика или кнопок, наличием дисплея.

Можно также выбрать модели, которые подключаются к смартфону через порт от наушников: все данные будут представлены на дисплее телефона, а питание такого аппарата осуществляется от телефонной АКБ.

Более продвинутый дозиметр будет не только измерять дозу радиации, но и хранить данные измерений в течение продолжительного времени (вплоть до 2 лет). Некоторые устройства хранят в памяти нормы содержания нитратов в овощах, фруктах, ягодах, другой пище, что позволяет быстро сделать выводы о качестве и безопасности продукта.

Привести конкретные примеры лучших устройств сложно: почти каждый производитель бытовых дозиметров ежегодно выпускает на рынок новинки, поэтому советы о покупке той или иной модели быстро устаревают.

Чем измеряют радиацию – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

В последние несколько десятилетий люди привыкли к мысли об опасности радиоактивного излучения. Но желание избежать этой опасности сталкивается с серьезной проблемой. Человек не может ощутить радиацию. Ни один из наших органов чувств ее не воспринимает. Поэтому на помощь должны прийти приборы. Современные дозиметры-радиометры совмещают в себе функции измерения дозы излучения и его активности. 

 

 

Самые последние разработки, например, приборы серии DO-RA, функционируют на базе любых портативных электронных устройств и на всех основных мобильных операционных системах: iOS, Android, WP и др. Таким образом, обладатели приборов смогут вести самостоятельный контроль избыточного ионизирующего излучения, а также проанализировать подозрительные объекты, продукты питания и жидкости, строительные материалы и жилища. 

Радиация – это излучение, способное отрывать от атомов окружающие их электроны, превращая эти атомы в положительно заряженные ионы (отсюда название – ионизирующее излучение). Опасность излучения для организма тоже объясняется этим свойством: ионизирующие излучение повреждает молекулы в организме и нарушает их нормальное функционирование (развивается лучевая болезнь). 

Наиболее опасно гамма-излучение — защитить от него могут только толстые стены или пластины свинца.

Как установил еще Резерфорд, основных видов ионизирующего излучения три, они обозначаются тремя первыми буквами греческого алфавита. Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия-4 (два нейтрона + два протона). Бета-излучение – это поток электронов (иногда — позитронов). Гамма-излучение – поток фотонов с высокой энергией. Есть и более редкие виды ионизирующего излучения, например, поток нейтронов. 

Альфа-излучение, возникающее при радиоактивном распаде, не может проникнуть через поверхностные слои кожи человека, состоящие из мертвых клеток. Оно способно нанести вред здоровью только если человек проглотит его источник. Бета-частицы задерживаются кожей, но могут стать причиной лучевых ожогов. Наиболее опасно гамма-излучение — защитить от него могут только толстые стены или пластины свинца. 

На заре исследования радиоактивности для ее обнаружения использовали долгий и неточный метод — фотопластинки. Этот светочувствительный материал засвечивается без света под воздействием радиации. В 1908 году появился «счетчик Гейгера», прибор для регистрации ионизирующего излучения, изобретенный немецким физиком Гансом Гейгером. Более правильное его название «счетчик Гейгера – Мюллера», так как в разработке более совершенной конструкции, появившейся к 1928 году, принял участие коллега Гейгера Вальтер Мюллер. Прибор представляет собой газовый электроконденсатор – вакуумную трубку, заполненную аргоном или неоном. Если рядом с ней окажется радиоактивное вещество, его излучение проникнет в трубку и заставит газ светиться — через трубку проходит электрический ток. Этот ток пропускается через счетчик, и таким образом можно узнать количество радиации, попавшее в трубку. 

При измерении радиации учитывают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную дозы, а также активность источника излучения.

Другой метод регистрации ионизирующих излучений основан на использовании сцитилляторов – веществ, способных в ответ на попадающее в них ионизирующее излучение испускать свет. Первый такой детектор на основе сульфида цинка (так называемый «спинтарископ») создал в 1909 году всё тот же Ганс Гейгер совместно с Эрнстом Марсденом. При использовании первых сцинтилляторных детекторов ученые зрительно регистрировали эти вспышки света. Для этого приходилось часами сидеть в темной комнате, глядя в микроскоп. Затем детекторы стали снабжать фотоумножителями – устройствами, преобразующими свет в электрический импульс, который довольно легко зарегистрировать. 

При измерении радиации учитывают экспозиционную, поглощенную, эквивалентную и эффективную дозы. Первая определяет степень ионизации воздуха и измеряется в рентгенах. Количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное веществом, определяет поглощающая доза, измеряется в греях (одна сотая грея – рад). Эквивалентная доза учитывает различие между воздействием на организм разных видов излучения, поскольку более тяжелые частицы (например, альфа-излучение), попадая в организм, ионизируют больше молекул, чем легкие (гамма и бета-излучение), то при одинаковой поглощенной дозе степень их воздействия будет разной. Измеряется в зивертах (одна сотая зиверта — бэр — биологический эквивалент рада). Эффективная доза, также измеряемая в зивертах, учитывает разную чувствительность тканей организма к излучению: облучение костного мозга или легких более опасно, чем щитовидной железы и печени, а для клеток кожи опасность еще меньше. Активность источника излучения описывает интенсивность радиоактивного распада в источнике. Основная единица измерения активности называется беккерель, она равна одному акту распада в секунду. 

 

 

Приборы, разработанные компанией ОАО «Интерсофт Евразия», резидентом кластера ядерных технологий Фонда «Сколково», измеряют как дозу, так и активность излучения и представляют собой целую серию DO-RA (дозиметр-радиометр). К ним относятся модель DO-RA.Classic со счетчиком Гейгера-Мюллера и перспективная модель DO-RA.Ultra, разрабатываемая в рамках гранта Сколково, с детектором ионизирующего излучения на основе кремния (Si). 

Важная особенность DO-RA состоит в том, что они функционируют на базе любых портативных электронных устройств: смартфоны, планшеты, ноутбуки. Детектор подсоединяется к устройству через аудиовыход, либо через USB разъем или используя протокол беспроводной связи BLE (Bluetooth). Программы, обеспечивающие работу дозиметра-радиометра, существуют для всех основных мобильных операционных систем: iOS, Android, WP и др.

Устройство позволяет измерять дозу поглощенного излучения за определенное время, строит временной график дозы, замеряет активность источника излучения. Есть и дополнительные функции, например, возможность сфотографировать место замера с автоматической фиксацией информации о времени замера, величине фона (мощности дозы) и географических координатах.

 

 

Детектор DoRaSi на основе кремния и собственных патентов, который используется в устройствах, способен не только измерять излучение, но и определять тип его источника излучения: уран, цезий, иод. Правда это новшество будет реализовано только в следующих версиях устройств линии DO-RA. 

На днях «Интерсофт Евразия» получила первый патент в США и в Японии, а ранее в Китае на дозиметр-радиометр «ДО-РА» с твердотельным детектором индикации и измерения ионизирующего излучения для смартфонов и компьютеров. По словам кандидата технических наук Владимира Елина, изобретателя и руководителя проекта ДО-РА, теперь компания будет защищена при производстве и продаже дозиметра на рынках США, Японии и Китая, которые обладают огромным потенциалом в миллиарды долларов в год. По его прогнозам, разработка будет особенно востребована в местах пострадавших от ядерных катастроф, таких как Украина, Япония и на сопредельных территориях. Кроме того, команда разработчиков проектирует сейчас очень компактное устройства DO-RA.Modul для модульного смартфона Project Ara, разрабатываемого компанией Google.консультация психолога для ваших близких

В чем разница между счетчиком Гейгера и персональным детектором излучения?

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинские) острова Фарерские IslandsFijiFinlandFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные ТерриторииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГуамГватемалаГвинеяГвинея-БисауГайанаГаити Херд и Макдональд IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Киттс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская АравияСенегалСейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСловацкий iaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Minor Отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЮгославияЗамбияЗимбабве

Приборы для обнаружения радиации | Здоровье и безопасность окружающей среды

EH&S отвечает за калибровку портативных геодезических инструментов в Университете штата Айова. Когда прибор подлежит калибровке, сотрудник EH&S проведет осмотр, инвентаризацию и калибровку прибора. К прибору прикреплена калибровочная наклейка с указанием даты калибровки, даты следующей калибровки и имени калибратора.Тем не менее, персонал лаборатории несет ответственность за использование глюкометра с текущей калибровкой. Не используйте , а не глюкометр, который не калибровался в течение последних 12 месяцев. Позвоните в EH&S по телефону (515) 294-5359.

Портативные / портативные инструменты

  • Детектор Гейгера-Мюллера (GM) — распространенный портативный прибор для общего лабораторного исследования радиоактивных материалов.
    • Детекторы GM способны обнаруживать альфа-, бета- и гамма-излучение.Однако этот прибор ограничен своей неэффективностью для обнаружения бета- и гамма-излучателей с более низкой энергией.
    • Торцевое окно или блинчик Гейгера-Мюллера — отличный инструмент для обнаружения бета-излучателей средней и высокой энергии, таких как фосфор-32, фосфор-33, хлор-36 или кальций-45.
    • Из-за своей низкой эффективности для обнаружения некоторых видов излучения прибор Гейгера-Мюллера неэффективен для обнаружения низкоэнергетических излучателей биений, таких как водород-3, углерод-14 или сера-35.Он также не эффективен для низкоэнергетических гамма-излучателей, таких как Йод-125 или Йод-131.
  • Сцинтилляционный детектор NaI — это еще один тип портативных детекторов для общих лабораторных исследований радиоактивных материалов.
    • Детекторы NaI способны обнаруживать низкоэнергетическое гамма-излучение.
    • NaI — отличный инструмент для обнаружения низкоэнергетических гамма-излучателей, таких как хром-51, йод-125, йод-131 или железо-59.
    • Из-за своей низкой эффективности для обнаружения некоторых видов излучения, детектор NaI неэффективен для обнаружения источников биений, таких как водород-3, углерод-14, фосфор-32, фосфор-33, хлор-36 или сера- 35.
  • Проверка работоспособности переносного счетчика (PDF)

Фиксированные инструменты

  • Жидкостный сцинтилляционный счетчик
    • Для обнаружения низкоэнергетических бета-излучателей, таких как Водород-3 (Тритий), Углерод-14 или Сульфер-35, необходимо использовать жидкостный сцинтилляционный счетчик (LSC). Вам понадобятся салфетки и подготовьте флаконы для подсчета.
    • Обратите внимание, что жидкостный сцинтилляционный счетчик может использоваться для контроля любых радионуклидов.
    • Запись стандартных фоновых значений и стандартных значений, а также выполнение процедуры нормализации или калибровки LSC гарантирует, что LSC работает правильно.EH&S предлагает вам жидкостный сцинтилляционный счетчик, если ваш LSC не работает правильно.
    • Свяжитесь с EH&S, если у вас есть вопросы по работе с LSC или вы хотите использовать EH&S LSC.
  • Калибровка и нормализация жидкостных сцинтилляционных счетчиков (LSC) (PDF)

Введение в детекторы излучения

Для тех, кто работает с радиацией или рядом с ней, одним из наиболее важных факторов является осведомленность об уровнях радиации вокруг них.В первую очередь это достигается за счет использования детекторов излучения разных типов. Базовое понимание различных типов детекторов и того, как они работают, может иметь большое значение как для поиска лучшего детектора для требуемой задачи, так и для получения максимальных преимуществ от эксплуатации этого детектора.

A ПРИМЕЧАНИЕ: «СЧЕТЧИКИ ГЕЙГЕРА»

Многие люди, думающие об обнаружении радиации, склонны объединять их всех вместе под термином «счетчики Гейгера» — заблуждение, которое горячо поощряется популярными телешоу и фильмами.Хотя один из наиболее распространенных типов детекторов излучения на самом деле называется «трубкой Гейгера-Мюллера (G-M)», общая фраза «счетчик Гейгера» не всегда является наиболее подходящей. Это применимо к очень специфическому типу детектора и, как правило, к конкретному применению этого детектора. Устройства обнаружения излучения обычно классифицируются либо по типу используемого детекторного элемента, либо по используемому приложению. Люди будут называть инструменты Ионной камерой, Дозиметром, Измерителем загрязнения или Зондом Фрискера.Популярная культура настолько разрушила правильное использование «счетчика Гейгера», что использование этой фразы, как правило, не дает достаточно информации об устройстве, о котором идет речь.

ДЕТЕКТОРЫ ПЕРВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

С первых дней проведения радиационных испытаний Рентгеном и Беккерелем ученые искали способы измерения и наблюдения радиации, испускаемой материалами, с которыми они работали. Одним из первых способов получения любых данных о радиоактивности была фотографическая пластинка.Фотопластинка должна быть размещена на пути или поблизости от радиоактивного луча или материала. Когда пластина была проявлена, на ней были бы пятна или она затуманивалась от воздействия радиации. Анри Беккерель использовал аналогичный метод, чтобы продемонстрировать существование радиации в 1896 году.

Еще одним распространенным ранним детектором был электроскоп. В них использовалась пара золотых листьев, которые заряжались ионизацией, вызванной излучением, и отталкивались друг от друга. Это обеспечивало средство измерения излучения с лучшим уровнем чувствительности, чем это было надежно возможно с использованием фотографических пластинок.В зависимости от расположения устройства они могли быть настроены для измерения альфа- или бета-частиц и были ценным инструментом для ранних экспериментов, связанных с радиоактивностью.

Интересным ранним устройством, появившимся из желания измерить реальные отдельные частицы или лучи, испускаемые радиоактивным веществом, в отличие от более грубого измерения радиоактивного поля, был спинтарископ. Разработанный Уильямом Круксом, который также изобрел трубку Крукса, которую использовал Вильгельм Рентген для обнаружения рентгеновских лучей, он использовал экран из сульфида цинка на конце трубки с линзой на другом конце, с небольшим количеством радиоактивного излучения. вещество рядом с экраном из сульфида цинка.Сульфид цинка вступит в реакцию с испускаемыми альфа-частицами, и каждое взаимодействие приведет к крошечной вспышке света. Это был один из первых способов подсчета скорости распада, хотя и очень утомительный, поскольку он означал, что ученым приходилось работать посменно, наблюдая и буквально считая вспышки света. Спинтарископ был не очень практичным в качестве долгосрочного решения для обнаружения радиации, хотя позже, в 20 и годах, он пережил возрождение в качестве образовательного инструмента. Эта тенденция некоторых материалов испускать свет при воздействии радиации также может оказаться полезной в будущих технологиях обнаружения радиации.

Эти первые устройства и многие другие, такие как камеры Вильсона, сыграли важную роль в развитии понимания основных принципов излучения и проведении важных экспериментов, которые заложили основу для более поздних разработок. Это включало разработку новых типов детекторов излучения, многие из которых используются до сих пор, например, G-M-трубки, ионные камеры и сцинтилляторы.

ГДЕ / КОГДА ВАМ НУЖНЫ ДЕТЕКТОРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Важная часть понимания того, какой тип детектора использовать, — это иметь представление о том, как и где он будет использоваться.Для разных приложений и настроек требуются разные типы детекторов, поскольку каждый тип детектора может быть адаптирован под свою роль по-разному. Приложения для приборов обнаружения излучения можно в общих чертах разделить на несколько основных задач: измерение, защита и поиск.

Задачи измерения радиации предназначены для ситуаций, когда известно присутствие радиоактивных материалов, которые необходимо контролировать. Цель этого типа обнаружения — осведомленность.Осведомленность о силе установленного радиоактивного поля, границах радиоактивной зоны или просто о распространении радиоактивного загрязнения. Это условия, в которых присутствие радиации ожидается или, по крайней мере, считается вероятным. Требования к детекторам, участвующим в этих настройках, уникальны, часто с относительно более высокими диапазонами измерения или с модификациями, необходимыми для конкретного поиска одного типа излучения.

Радиационная защита аналогична приложениям для измерения радиации в том смысле, что обычно она осуществляется в условиях, когда ожидается присутствие излучения.Однако цели разные. При настройках измерения радиации целью является мониторинг самой радиоактивности, чтобы знать о колебаниях, границах и т. Д. При радиационной защите целью является наблюдение за людьми. Дозиметрия излучения является наиболее распространенным примером этого, когда радиационные значки носят медицинский персонал, работники атомной промышленности и многие другие работники, подвергшиеся профессиональному облучению во всем мире. Важность этого заключается в том, что он обеспечивает защиту от наиболее вредных последствий радиационного облучения посредством осознания того, что владелец может быть в курсе того, сколько радиации он подвергся воздействию, и как это соответствует потенциальным последствиям для здоровья, а также изменить их поведение, должность или график соответственно.

Радиационный поиск отличается от двух других основных категорий приложений для обнаружения радиации тем, что он основан как на том факте, что радиация не ожидается в данной области, так и на желании сохранить это положение. В первую очередь цель радиационной безопасности, служб быстрого реагирования или групп, таких как таможенные и пограничные инспекторы, радиационный поиск имеет другой набор требований, отражающих существенно отличающиеся обстоятельства, в которых он проводится.Детекторы должны быть высокочувствительными, причем больше внимания следует уделять более мелким скрытым радиоактивным источникам или материалам. Спектроскопия также часто бывает очень полезной, поскольку это обычно небольшое подмножество радиоактивных изотопов, вызывающих озабоченность, и способность отфильтровывать те, которые присутствуют по законным причинам, таким как лечение или просто накопление радиоактивных изотопов естественного происхождения. суть важна.

Эти три категории и различные задачи, которые входят в них, помогают определить, какой тип инструмента или детектора лучше всего подходит для этой задачи.

ТИПЫ

Если говорить о приборах обнаружения радиации, то чаще всего используются три типа детекторов, в зависимости от конкретных потребностей устройства. Это: газонаполненные детекторы, сцинтилляторы и твердотельные детекторы. У каждого есть свои сильные и слабые стороны, которые рекомендуют им выполнять свои конкретные роли.

ГАЗОВЫЙ

Детекторы излучения первого типа — газовые детекторы — являются одними из наиболее часто используемых.Существует несколько типов газонаполненных детекторов, и, хотя они по-разному работают, все они основаны на схожих принципах. Когда газ в детекторе вступает в контакт с излучением, он вступает в реакцию, в результате чего газ ионизируется, и результирующий электронный заряд измеряется измерителем.

Различные типы газонаполненных детекторов: ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и трубки Гейгера-Мюллера (G-M). Основным отличительным фактором между этими различными типами является приложенное к детектору напряжение, которое определяет тип отклика, который детектор будет регистрировать от события ионизации.

ИОННАЯ КАМЕРА

В нижней части шкалы напряжений для газонаполненных детекторов находятся ионизационные камеры или ионные камеры. Они работают при низком напряжении, что означает, что детектор регистрирует измерение только от «первичных» ионов (на самом деле пара образованных ионов: положительно заряженный ион и свободный электрон), вызванное взаимодействием с радиоактивным фотоном в реакционной камере. . Таким образом, измерение, регистрируемое детектором, прямо пропорционально количеству созданных ионных пар.Это особенно полезно для измерения поглощенной дозы с течением времени. Они также ценны для измерения гамма-излучения высоких энергий, поскольку у них нет проблем с мертвым временем, которые могут быть у других типов детекторов.

Однако ионные камеры не могут различать разные типы излучения, что означает, что они не могут использоваться для спектроскопии. Они также могут быть более дорогими, чем другие решения. Несмотря на это, они являются ценными детекторами для геодезических счетчиков.Они также широко используются в лабораториях для установления эталонов для калибровок.

ПРОПОРЦИОНАЛЬНО

Следующим шагом на шкале напряжения для газонаполненных детекторов является пропорциональный (или газопропорциональный) счетчик. Как правило, они сконструированы таким образом, что на большей части площади внутри камеры они работают аналогично ионной камере в том смысле, что при взаимодействии с излучением образуются ионные пары. Однако они имеют достаточно сильное напряжение, чтобы ионы «дрейфовали» к аноду детектора.Когда ионы приближаются к аноду детектора, напряжение увеличивается, пока они не достигнут точки, в которой возникает эффект «газового усиления».

Газовое усиление означает, что исходные ионы, созданные в результате реакции с фотоном излучения, вызывают дальнейшие реакции ионизации, которые умножают силу выходного импульса, измеренного на детекторе. Результирующий импульс пропорционален количеству образовавшихся исходных ионных пар, что коррелирует с энергией радиоактивного поля, с которым он взаимодействует.

Это делает пропорциональные счетчики очень полезными для некоторых применений в спектроскопии, поскольку они по-разному реагируют на разные энергии и, таким образом, могут определять разницу между разными типами излучения, с которым они вступают в контакт. Они также очень чувствительны, что в сочетании с их эффективностью при обнаружении и различении альфа- и бета-излучения делает этот тип детектора очень ценным в качестве детектора для скрининга загрязнений.

ТРУБКА GM

Последний крупный класс газонаполненных детекторов — это трубка Гейгера-Мюллера, отсюда и название «счетчик Гейгера».«Работая при гораздо более высоком напряжении, чем другие типы детекторов, они отличаются от других типов детекторов тем, что каждая реакция ионизации, независимо от того, является ли она взаимодействием отдельных частиц или более сильным полем, вызывает эффект газового усиления по всей длине детектора. детектор анод. Таким образом, они действительно могут функционировать только как простые счетные устройства, используемые для измерения скорости счета или, при применении правильных алгоритмов, мощности дозы.

После каждого импульса G-M должен быть «сброшен» в исходное состояние.Это достигается закалкой. Это может быть достигнуто с помощью электроники, временно понижая анодное напряжение на детекторе после каждого импульса, что позволяет ионам рекомбинировать обратно в их инертное состояние. Это также может быть достигнуто химическим путем с помощью гасящего газа, такого как галоген, который поглощает дополнительные фотоны, создаваемые ионизационной лавиной, не подвергаясь само ионизации.

Благодаря обширному опыту работы трубок GM с каждым импульсом излучения, они могут испытывать так называемое «мертвое время» при более высоких уровнях воздействия, что означает задержку между каскадом импульсов и моментом, когда газ может вернуться к своему исходному состоянию. состояние и будьте готовы обнаружить еще один импульс.Это может быть выполнено с помощью калибровки или алгоритмов в самих приборах обнаружения, чтобы «вычислить», какие дополнительные импульсы будут основаны на существующих данных измерений.

СЦИНТИЛЛЯТОРЫ

Вторым основным типом детекторов, используемых в приборах обнаружения излучения, являются сцинтилляционные детекторы. Сцинтилляция — это акт испускания света, а для обнаружения излучения способность некоторых материалов мерцать при воздействии излучения делает их полезными в качестве детекторов.Каждый фотон излучения, который взаимодействует со сцинтилляционным материалом, приводит к отчетливой вспышке света, а это означает, что помимо высокой чувствительности сцинтилляционные детекторы могут регистрировать определенные спектроскопические профили для измеряемых радиоактивных материалов.

Сцинтилляционные детекторы работают за счет соединения сцинтилляционного материала с трубкой фотоумножителя (ФЭУ). В трубке с ФЭУ используется фотокатодный материал для преобразования каждого импульса света в электрон, а затем этот сигнал значительно усиливается, чтобы генерировать импульс напряжения, который затем может быть считан и интерпретирован.Количество этих импульсов, которые измеряются с течением времени, указывает на мощность измеряемого радиоактивного источника, тогда как информация об удельной энергии излучения, на которую указывает количество фотонов света, захваченных в каждом импульсе, дает информацию о мощности тип присутствующего радиоактивного материала.

Благодаря своей высокой чувствительности и потенциальной способности «идентифицировать» радиоактивные источники сцинтилляционные детекторы особенно полезны для приложений радиационной безопасности.Они могут принимать разные формы, от портативных устройств, используемых для проверки контейнеров на предмет скрытых или экранированных радиоактивных материалов, до мониторов, установленных для проверки больших территорий или населения, способных различать естественные или медицинские источники излучения и источники, вызывающие более серьезную озабоченность, такие как Специальный ядерный материал (СНМ).

ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ

Последней крупной детекторной технологией, используемой в приборах обнаружения излучения, являются твердотельные детекторы.Обычно при использовании полупроводникового материала, такого как кремний, они работают во многом как ионная камера, только в гораздо меньшем масштабе и при гораздо более низком напряжении. Полупроводники — это материалы, которые имеют высокое сопротивление электронному току, но не такое высокое сопротивление, как изолятор. Они состоят из решетки атомов, которые содержат «носители заряда», то есть либо электроны, которые можно прикрепить к другому атому, либо электронные «дыры», либо атомы с пустым местом, где мог бы / мог бы находиться электрон.

Кремниевые твердотельные детекторы состоят из двух слоев кремниевого полупроводникового материала: одного «n-типа», что означает, что он содержит большее количество электронов по сравнению с дырками, и одного «p-типа», что означает, что он имеет большее количество электронов. дырки, чем электроны. Электроны n-типа мигрируют через соединение между двумя слоями, чтобы заполнить дыры в p-типе, создавая так называемую зону истощения.

Эта зона истощения действует как зона обнаружения ионной камеры.Излучение, взаимодействующее с атомами внутри зоны истощения, заставляет их повторно ионизироваться и создавать электронный импульс, который можно измерить. Небольшой размер детектора и самой зоны истощения означает, что пары ионов могут быть собраны быстро, а это означает, что инструменты, использующие этот тип детектора, могут иметь особенно быстрое время отклика. Это, в сочетании с их небольшими размерами, делает этот тип твердотельного детектора очень полезным для приложений электронной дозиметрии. Они также способны выдерживать гораздо большее количество излучения в течение своего срока службы, чем другие типы детекторов, такие как G-M Tubes, а это означает, что они также полезны для приборов, работающих в областях с особенно сильными радиационными полями.

Обнаружение излучения | NRC.gov

Хотя многие радиоактивные материалы представляют собой металлические твердые частицы серебристого цвета в чистом виде, они могут различаться по цвету и находиться в разных физических состояниях, включая жидкости и газы. Они также физически неотличимы от других (нерадиоактивных) металлов. Кроме того, ионизирующее излучение не обнаруживается органами чувств. Его нельзя увидеть, услышать, понюхать, попробовать или почувствовать. По этим причинам простого визуального осмотра недостаточно для идентификации радиоактивных материалов, а источники излучения практически невозможно распознать без специальной маркировки.Для решения этих проблем ученые разработали следующие четыре основных типа инструментов для обнаружения и идентификации радиоактивных материалов и ионизирующего излучения:

Персональный детектор излучения (PRD)

PRD — это носимый детектор гамма- и / или нейтронного излучения, размером примерно с пейджер. При воздействии повышенного уровня излучения устройство подает сигнал тревоги мигающим светом, звуковым сигналом и / или вибрацией. Большинство PRD численно отображают обнаруженную интенсивность излучения (по шкале от 0 до 9) и, таким образом, могут использоваться для определения местоположения источника излучения; однако они, как правило, не так чувствительны, как портативные измерительные приборы, и не могут определить тип радиоактивного источника.

Портативный измерительный прибор

Как следует из названия, дозиметр представляет собой портативный детектор излучения, который обычно измеряет количество присутствующего излучения и предоставляет эту информацию на цифровом дисплее в единицах отсчетов в минуту, отсчетов в секунду или микрорентген (мкР) или микрорентген ( мкбэр) в час. Большинство этих устройств обнаруживают только бета- и гамма-излучение. Однако некоторые модели могут обнаруживать альфа, бета, гамма и / или нейтронное излучение, испускаемое радиоактивными материалами.

Один конкретный измеритель, известный как телетектор, специально разработан для обнаружения гамма- и рентгеновского излучения. Названное в честь его «телескопической» способности, это устройство может быть увеличено примерно до 4 метров (13 футов) для измерения очень высоких мощностей дозы, не подвергая пользователя ненужному облучению. Кроме того, эти устройства обычно могут измерять мощность дозы в диапазоне от 0 до 1000 рад в час.

Устройство радиационной идентификации изотопов (RIID

RIID — это детектор излучения с возможностью анализа энергетического спектра излучения с целью идентификации конкретного радиоактивного материала (радионуклида), излучающего излучение.Кроме того, эти устройства можно использовать в качестве исследовательских инструментов для обнаружения радиоактивных материалов.

Радиационный портальный монитор (об / мин)

RPM — это большой радиационный монитор (или «портал») для персонала, транспортных средств, контейнерных ящиков или поездов. Как правило, эти устройства состоят из двух колонн с детекторами излучения, за которыми можно удаленно наблюдать с панели дисплея. Эти мониторы сигнализируют о наличии радиоактивных материалов, в том числе материалов с низким уровнем излучения, таких как уран.

Страница Последняя редакция / обновление 20 марта 2020 г.

Radiation Studies — CDC: Measuring Radiation

Три общих измерения радиации — это количество радиоактивности, уровни окружающей радиации и доза радиации. Но для получения точных и надежных измерений нам нужен как подходящий прибор, так и обученный оператор. Важно поддерживать оборудование для обнаружения радиации, чтобы оно работало должным образом.

Все дело в энергии!

  • При работе с излучением нас беспокоит количество энергии, излучаемой материалом. Размер, вес и объем материала не обязательно имеют значение.
  • Небольшое количество материала может испустить сильное излучение.
  • С другой стороны, большое количество радиоактивного материала может испускать небольшое количество излучения.

Подробнее об измерении радиации


Измерение количества радиоактивности

  • Мы измеряем уровень радиоактивности, выясняя, сколько радиоактивных атомов распадается каждую секунду.Эти атомы могут испускать альфа-частицы, бета-частицы и / или гамма-лучи.
  • Количество радиоактивности указывается в беккерелях (Бк), которые являются международной единицей, или в Кюри (Ки), которые используются в Соединенных Штатах.
  • Счетчики Гейгера обычно используются для измерения количества радиоактивности, но есть и другие типы детекторов, которые можно использовать.

Подробнее об измерении радиоактивности


Измерение уровня радиации в окружающей среде

  • Уровни внешней радиации измеряют уровень радиации в окружающей нас среде.
  • Уровни радиации в окружающей среде указываются в грей в час (Гр / ч) или в зивертах в час (Зв / ч), которые являются международными единицами измерения. В США мы используем рентген в час (R / h) или бэр в час (rem / h).
  • Приборы, называемые ионизационными камерами под давлением, лучше всего подходят для измерения уровня радиации в окружающей среде.

Подробнее об измерении уровня радиации в окружающей среде


Измерение дозы излучения

  • Доза излучения — это количество излучения, поглощенное телом.
  • Дозы облучения представлены в международных единицах Грея (Гр) или Зиверта (Зв). В США мы используем rad или rem
  • .
  • Дозиметры тревожной сигнализации могут использоваться службами быстрого реагирования и службами безопасности для контроля дозы в режиме реального времени. В больницах и лабораториях также используются специализированные инструменты для измерения дозы.

Подробнее об измерении дозы облучения

Как можно обнаружить излучение?

Излучение не может быть обнаружено человеческими чувствами.Доступны различные портативные и лабораторные приборы для обнаружения и измерения излучения. Наиболее распространенные портативные или переносные инструменты:

  1. Счетчик Гейгера с трубкой или датчиком Гейгера-Мюллера (GM) — Трубка GM представляет собой газонаполненное устройство, которое при приложении высокого напряжения создает электрический импульс, когда излучение взаимодействует со стенкой или газом в трубка. Эти импульсы преобразуются в показания измерительного прибора. Если в инструменте есть динамик, импульсы также издают слышимый щелчок.Обычными единицами считывания являются рентген в час (R / hr), миллирентген в час (mR / hr), бэр в час (rem / hr), миллибэр в час (mrem / hr) и количество импульсов в минуту (cpm). Зонды GM (например, «блинового» типа) чаще всего используются с портативными приборами для радиационной разведки для измерения загрязнения. Однако для измерений воздействия можно использовать трубки GM с энергетической компенсацией. Кроме того, часто измерители, используемые с датчиком GM, также подходят для других датчиков обнаружения излучения. Например, сцинтилляторный зонд на основе сульфида цинка (ZnS), чувствительный только к альфа-излучению, часто используется для полевых измерений, когда необходимо измерять альфа-излучающие радиоактивные материалы.
  2. Измеритель MicroR с детектором иодида натрия — Твердый кристалл иодида натрия создает импульс света при взаимодействии с ним. Этот импульс света преобразуется в электрический сигнал фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), который выдает показания на измерительном приборе. Импульс света пропорционален количеству света и энергии, вложенной в кристалл. Эти инструменты чаще всего имеют схемы верхнего и нижнего дискриминатора энергии и при правильном использовании в качестве одноканальных анализаторов могут предоставить информацию о гамма-энергии и идентифицировать радиоактивный материал.Если в инструменте есть динамик, импульсы также издают слышимый щелчок, что полезно при поиске потерянного источника. Обычными единицами считывания являются микрорентген в час (мкР / час) и / или количество импульсов в минуту (имп / мин). Детекторы йодида натрия можно использовать с портативными приборами или большими стационарными радиационными мониторами. Вместо иодида натрия также используются специальный пластик или другие инертные кристаллические «сцинтилляционные» материалы.
  3. Портативный многоканальный анализатор Кристалл йодида натрия и ФЭУ, описанные выше, в сочетании с небольшим электронным блоком многоканального анализатора (MCA) становятся все более доступными и распространенными.Когда используются библиотеки данных гамма-излучения и процедуры автоматической идентификации энергии гамма-излучения, эти портативные инструменты могут автоматически определять и отображать тип присутствующих радиоактивных материалов. При работе с неизвестными источниками излучения это очень полезная функция.
  4. Ионизационная (ионная) камера — Это заполненная воздухом камера с электропроводящей внутренней стенкой и центральным анодом и относительно низким приложенным напряжением. Когда первичные ионные пары образуются в объеме воздуха в результате взаимодействия рентгеновского или гамма-излучения в стенке камеры, центральный анод собирает электроны и генерируется небольшой ток.Это, в свою очередь, измеряется схемой электрометра и отображается в цифровом или аналоговом виде. Эти инструменты должны быть правильно откалиброваны для отслеживаемого источника излучения и предназначены для обеспечения точного измерения поглощенной дозы в воздухе, которая с помощью соответствующих коэффициентов пересчета может быть связана с дозой для ткани. Поскольку большинство ионных камер находятся под открытым небом, их необходимо корректировать на изменение температуры и давления. Обычными единицами считывания являются миллирентген и рентген в час (мР / ч или Р / ч).( Примечание: для практических целей считайте, что рентген, рад и бэр равны гамма- или рентгеновскому излучению. Таким образом, 1 мР / ч эквивалентен 1 мбэр / ч.)
  5. Измеритель REM нейтронов с пропорциональным счетчиком — Пропорциональная счетная трубка с трифторидом бора или гелием-3 представляет собой газонаполненное устройство, которое при приложении высокого напряжения создает электрический импульс, когда нейтронное излучение взаимодействует с газом в трубка. Поглощение нейтрона ядром бора-10 или гелия-3 вызывает мгновенное испускание ядра гелия-4 или протона соответственно.Эти заряженные частицы могут затем вызвать ионизацию газа, который собирается в виде электрического импульса, как в трубке GM. Эти пропорциональные счетчики для измерения нейтронов требуют большого количества водородсодержащего материала вокруг них, чтобы замедлить нейтрон до тепловой энергии. Другие окружающие фильтры позволяют детектировать соответствующее количество нейтронов и, таким образом, обеспечивают отклик с постоянной энергией по отношению к эквиваленту дозы. Конструкция и характеристики этих устройств таковы, что количество накопленного вторичного заряда пропорционально количеству первичных ионов, произведенных излучением.Таким образом, с помощью электронных схем дискриминатора можно отдельно измерять различные типы излучения. Например, гамма-излучение до довольно высоких уровней легко отклоняется в счетчиках нейтронов.
  6. Детекторы радона — Для измерения радона дома или на работе используется ряд различных методов (например, на урановых рудниках). Они варьируются от сбора продуктов распада радона на воздушном фильтре и их подсчета, экспонирования баллона с древесным углем в течение нескольких дней и выполнения гамма-спектроскопии для поглощенных продуктов распада, воздействия электретно-ионной камеры и считывания, а также длительного воздействия CR- 39 пластик с последующим химическим травлением и подсчетом альфа-треков.Все эти подходы имеют разные преимущества и недостатки, которые следует оценить перед использованием.

Наиболее распространенные лабораторные инструменты:

  1. Жидкостные сцинтилляционные счетчики — Жидкостные сцинтилляционные счетчики (LSC) — это традиционный лабораторный прибор с двумя противоположными ФЭУ, которые просматривают пробирку, содержащую образец и жидкую сцинтилляционную жидкость или коктейль. Когда образец испускает излучение (часто низкоэнергетическое бета), сам коктейль, будучи детектором, вызывает импульс света.Если оба ФЭУ обнаруживают свет в совпадении, счет считается подсчитанным. При использовании экранирования, охлаждения ФЭУ, различения энергии и этого подхода подсчета совпадений могут быть достигнуты очень низкие фоновые подсчеты и, следовательно, низкие минимально обнаруживаемые активности (MDA). Большинство современных установок LSC имеют возможность получения нескольких проб и автоматического сбора, обработки и хранения данных.
  2. Пропорциональный счетчик Обычным лабораторным прибором является стандартный пропорциональный счетчик с лотком и камерой для подсчета проб и потоком аргона / метана через счетный газ.В большинстве устройств используется очень тонкое (микрограмм / см 2 ) окно, а в некоторых нет окон. Экранирование и идентичные защитные камеры используются для уменьшения фона, и, в сочетании с электронной дискриминацией, эти инструменты могут различать альфа- и бета-излучение и обеспечивать низкий уровень MDA. Подобно устройствам LSC, упомянутым выше, эти пропорциональные счетчики имеют возможность многократной выборки и автоматический сбор, сокращение и хранение данных. Такие счетчики часто используются для подсчета образцов мазка / протирания или воздушного фильтра.Кроме того, пропорциональные счетчики расхода газа большой площади с тонкими (миллиграмм / см 2 ) майларовыми окнами используются для подсчета всего тела и конечностей рабочих на внешнее загрязнение при выходе из зоны радиологического контроля.
  3. Многоканальный анализатор Лабораторный MCA с кристаллом иодида натрия и ФЭУ (описанный выше), твердотельный германиевый детектор или кремниевый детектор может обеспечить мощные и полезные возможности для подсчета жидких или твердых матричных образцов или другие подготовленные извлеченные радиоактивные образцы.Большинство систем используются для подсчета гамма-излучения, а некоторые кремниевые детекторы используются для альфа-излучения. Эти системы MCA также могут использоваться с хорошо экранированными детекторами для подсчета радиоактивного материала, депонированного внутри органов или тканей, для измерений биологических анализов. Во всех случаях MCA обеспечивает возможность отсчета и подсчета по энергии и, таким образом, идентифицировать излучатель. Опять же, большинство систем имеют возможность автоматического сбора, сокращения и хранения данных.

Информация, размещенная на этой веб-странице, предназначена только в качестве общей справочной информации.Конкретные факты и обстоятельства могут повлиять на применимость описанных здесь концепций, материалов и информации. Предоставленная информация не заменяет профессиональный совет, и на нее нельзя полагаться в отсутствие такой профессиональной консультации. Насколько нам известно, ответы верны на момент публикации. Имейте в виду, что со временем требования могут измениться, могут появиться новые данные, а ссылки в Интернете могут измениться, что повлияет на правильность ответов.Ответы — это профессиональное мнение эксперта, отвечающего на каждый вопрос; они не обязательно отражают позицию Общества физиков здоровья.

Прибор для измерения радиации

— обзор

V Фотоэлектронные свойства полимеров подвесной группы

Слабые межмолекулярные взаимодействия в молекулярных твердых телах приводят к очень узким энергетическим полосам даже для упорядоченных молекулярных кристаллов, таких как антрацен. Это приводит к низкой подвижности электронных носителей заряда.Если, помимо этого слабого взаимодействия между молекулярными строительными блоками, ввести свойство беспорядка, можно ожидать довольно драматических эффектов на транспорт носителей. Полимеры боковых групп, как мы видели, являются примерами полимеров, в которых оптические свойства доминируют над свойствами самих молекул боковых групп. Обширные исследования фотоэлектронных свойств таких полимеров убедительно подтвердили эти особенности. Таким образом, обнаружено, что динамический перенос заряда, включая как фотогенерацию, так и перенос, определяется перезарядкой между соседними, по существу изолированными молекулами.

Полный спектр этих эффектов был исследован, но не путем изучения самих полимеров боковых групп, хотя в случае PVCA это было сделано. Скорее, концепция молекулярного легирования полимеров использовалась как мощный способ исследования интуитивных концепций. Типичным примером полимера с молекулярным легированием является молекулярная дисперсия N -изопропилкарбазола (NIPCA) в поликарбонатном полимере. Легирование достигается растворением молекулы допанта и полимерной матрицы в подходящих массовых соотношениях в общем растворителе.Из этого раствора отливают пленки и термически удаляют растворитель. В отсутствие легирования поликарбонат ведет себя, по сути, как идеальный изолятор с неизмеримо малыми токами, на которые не влияет свет даже ультрафиолетовых энергий. Напротив, при введении NIPCA в концентрациях ∼10 20 молекул на кубический сантиметр наблюдаются значительные фототоки. Следует подчеркнуть, что эта система представляет собой настоящий молекулярный твердый раствор; то есть молекулы NIPCA рассредоточены на молекулярном уровне.Спектр возбуждения фотопроводимости подтверждает, что фотоносители создаются оптическим возбуждением молекул NIPCA. С помощью коротких световых импульсов, сильно поглощаемых пленкой, можно создать тонкий слой фотогенерированного заряда и, отслеживая эволюцию фототока во времени, измерить время, в течение которого слой заряда (движущийся под приложенным электрическим полем) требуется, чтобы пройти по толщине пленки. Это позволяет измерять основной параметр движения заряда: его подвижность μ.Варьируя массовые соотношения NIPCA и поликарбоната, можно контролировать среднее расстояние между молекулами NIPCA и измерять, как подвижность зависит от этого разделения.

Интуитивно ожидается, что в такой системе перенос заряда будет происходить посредством перескока заряда от одной молекулы к другой. Это квантово-механический эффект, в котором вероятность такого события определяется произведением электронной волновой функции, связанной с каждой молекулой. Математически это может быть выражено как μαρ (−2γρ) exp (−Δ / kT), где ρ — среднее расстояние между молекулами, γ — параметр, описывающий распад электронной волновой функции вне молекулы, а Δ — любое энергия активации, необходимая для хмеля.На рис. 8 показана зависимость μ / ρ 2 от ρ (среднее межмолекулярное расстояние). Линейность полулогарифмического графика является убедительным доказательством транспортного механизма, включающего прыжки между случайно распределенными молекулами. Наклон этой линии дает меру параметра локализации γ, который измеряет распространение молекулярной волновой функции за пределы молекулы. Это расширение контролирует степень перекрытия волновых функций на соседних молекулах, что, в свою очередь, определяет вероятность, с которой произойдет скачок.Значения γ обычно составляют ~ 2 Å -1 , что указывает на очень высокую степень локализации. Это согласуется с картиной избыточного носителя, очень сильно взаимодействующего с внутримолекулярными колебательными модами отдельных молекул. Исследования температурной зависимости показывают, что процесс прыжков термически активируется, что также отражает внутримолекулярную релаксацию молекулярного иона и автолокализацию избыточного носителя. Исследование молекулярно допированных матриц оказалось особенно мощным инструментом из-за способности просто с помощью гравиметрических средств контролировать количество и тип сайтов прыжка.Это трудно сделать в реальных полимерах подвесной группы. Однако измерения подвижности, проведенные ранее описанным способом, были выполнены на полимерах боковой группы, таких как PVCA. Величины наблюдаемых подвижностей, энергии активации и детали временной эволюции переноса предполагают, что преобладает один и тот же основной механизм переноса. То есть перенос заряда происходит за счет перескока между боковыми группами, прикрепленными к основной цепи полимера, что просто обеспечивает механическую целостность полимера.

РИСУНОК 8. Концентрационная зависимость подвижности дырок в молекулярно допированных полимерах NIPCA-Lexan ® и TPA-Lexan ® и комплексе с переносом заряда PVCA-TNF-Lexan ® . [Из Морта, Дж. И Пфистера, Г. (1979). Polym. Пласт. Technol. Англ. 12 , 89. Перепечатано с разрешения Marcel Dekker, Inc.]

Распространение носителя в полимерах с боковыми группами также можно описать с более химической точки зрения как обратимую реакцию окисления-восстановления.В случае переноса дырок, например, в результате процесса фотовозбуждения некоторые молекулы допанта (или боковые группы) становятся катион-радикалами (положительно заряженными). Как показано на рис. 9, под действием приложенного электрического поля нейтральные молекулы будут периодически переносить электроны на соседние катионы. Макроскопическим проявлением этого микроскопического процесса является перенос дырок. Следует подчеркнуть, что это чисто электронное, а не ионное движение, поскольку в нем отсутствует перенос массы.Поэтому для переноса дырок следует ожидать, что нейтральная молекула должна быть донорной в своем нейтральном состоянии, тогда как для переноса электронов нейтральная молекула должна быть акцепторной. Это было подтверждено экспериментально, поскольку донорные молекулы, такие как NIPCA, трифениламин (TPA) и три- p -толиламин (TTA), демонстрируют только перенос дырок. Для акцепторных молекул, то есть обладающих высоким сродством к электрону, таких как тринитрофлуоренон (TNF), наблюдается только перенос электронов.

РИСУНОК 9. Транспорт заряда в легированных полимерных системах, представленный как донорно-акцепторный или окислительно-восстановительный процесс.

Многие из этих концепций играют роль в процессе фотогенерации, в котором свободные носители создаются фотовозбуждением. Есть много потенциальных последствий фотовозбуждения молекулы. Возбуждение может либо релаксировать внутри молекулы посредством безызлучательных или излучательных (флуоресценция или фосфоресценция) процессов, либо оно может термализоваться (т.е. терять избыточную энергию) в связанную пару электрон-дырка.Эта электронно-дырочная пара может самоаннигилировать из-за взаимной кулоновской силы притяжения, или всегда существует вероятность, которая может быть увеличена температурой или приложенным электрическим полем, для пары, чтобы диссоциировать на свободный электрон и дырку. Многие исследования показали, что этот или очень похожий процесс действительно происходит в полимерах с боковыми группами. Теория, обычно используемая для объяснения этого явления, принадлежит Онзагеру и описывает вероятность диссоциации термализованной электронно-дырочной пары.Рисунок 10 показывает общие предсказания теории; ϕ 0 — количество изначально термализованных пар, ϕ — количество диссоциирующих, и r 0 — разделение связанной электронно-дырочной пары после термализации. Последний критический параметр — кулоновский радиус пары носителей, то есть расстояние, на котором они только начинают ощущать взаимное притяжение. Это определяется в первую очередь диэлектрической проницаемостью κ материала и для большинства полимеров составляет ∼250 Å.Из рис. 10 видно, что количество диссоциированных электронно-дырочных пар (т.е. количество свободных носителей) практически не зависит от приложенного электрического поля, но сильно зависит от r 0 . Это просто отражает тот факт, что чем ближе расстояние между электронами и дырками после термализации относительно кулоновского радиуса, тем труднее им становится уйти. Для данного значения r 0 количество диссоциированных пар сильно зависит от электрического поля и в конечном итоге приближается к единице; то есть все пары диссоциируют.Подобные соображения применимы к явлениям в полимерах, таким как фотосенсибилизация, при которой видимая поглощающая молекула (то есть краситель или пигмент) включается в боковую группу или полимер с молекулярным легированием. В этом случае детали усложняются из-за взаимодействия разнородных молекул. Фотовозбужденная молекула является сенсибилизатором, и в фотогенерации участвует как эта молекула, так и молекула с боковой группой полимера-хозяина, тогда как окончательный перенос высвобожденного заряда может включать только частицы с боковой группой.

РИСУНОК 10. Вероятность превышения, предсказанная теорией Онзагера для изотропного начального распределения электронно-дырочных пар, T = 296 K, κ = 3.

Как только что обсуждалось, кратковременное увеличение проводимости может быть достигнуто путем воздействия света соответствующие длины волн. Эта фотопроводимость спадает до спокойного равновесного темнового уровня, часто с очень большими постоянными времени из-за опустошения ловушки при прекращении освещения. Обычно в этих изоляционных системах эта установившаяся темновая проводимость чрезвычайно мала.Избыточная проводимость возникает в результате кратковременного фотоокисления боковых групп. Это предполагает возможность получения контролируемого увеличения равновесной темновой электропроводности (σ) за счет использования переменного равновесного химического окисления или восстановления боковых групп. Об этом сообщалось, как показано на рис. (11a). При низких уровнях окисления нейтральной транспортной молекулы T проводимость возрастает с увеличением количества «свободных» переносчиков (т.е. катионов транспортной молекулы) (рис.11б). Эти «свободные» носители могут перемещаться за счет прыжков электронов с соседних, более многочисленных нейтральных молекул. Однако, поскольку расширенных состояний не существует, а носители сильно локализованы и связаны с определенными молекулами, при высоких уровнях окисления созданные «свободные» носители начинают приводить к значительной потере нейтральных молекул, необходимых для транспорта. В крайнем случае, когда произошло полное окисление, не остается нейтральных молекул, необходимых для процесса переноса, и после прохождения максимума проводимость резко падает до уровня проводимости изолятора.Уровни темновой проводимости, достижимые в этих системах, ограничены изначально низкой подвижностью, связанной с механизмом прыжкового транспорта через локализованные молекулярные состояния.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *