Przydatne informacje techniczne

 

W tym miejscu znajdziecie Państwo przydatne informacje dotyczące aparatury dozymetrycznej, ochrony radiologicznej oraz wiedzy o promieniowaniu jonizującym.

 

1. Jaki przyrząd może być przydatny do lokalizacji źródeł promieniotwórczych bądź odpadów zawierających substancje promieniotwórcze?

2. Jakim urządzeniem można zmierzyć wiązkę rozproszoną prom. X (ang. stray radiation) emitowaną z aparatów RTG, skanerów oraz innych urządzeń będących źródłem promieniowania X ?


3. Jakim przyrządem mogę zmierzyć względną aktywność izotopu promieniotwórczego (np.: jodu 131J przy pomiarze  jodochwytności)?

4. Badanie szczelności zamkniętych źródeł promieniotwórczych w jonizacyjnych czujkach dymu.

5. Informacje o postępowaniu z wycofywanymi z użytkowania jonizacyjnymi czujkami dymu oraz urządzeniami zawierajacymi źródła promieniotwórcze.

6. Wzorcowanie aparatury dozymetrycznej.

7. Kontrola wskazań przyrządu pomiarowego (np. miernik promieniowania).

8. Detektor scyntylacyjny - zasada działania.

9. Scyntylatory - własności.

10. Licznik Geigera-Mullera - zasada działania.

11. Jonizacyjna czujka dymu - aspekt bezpieczeństwa radiacyjnego.
 

                                                                                                                                                                                                                                        

  • 1. Jaki przyrząd może być przydatny do lokalizacji źródeł promieniotwórczych bądź odpadów zawierających substancje promieniotwórcze 

Zlokalizowanie materiału promieniotwórczego w odpadach może być trudne ze względu na silne ekranowanie promieniowania (w takich przypadkach detektor rejestruje promieniowanie rozproszone).Do skutecznej lokalizacji źródła potrzebne będą urządzenia ułatwiające wykrycie i sygnalizację niewielkich zmian tła promieniowania.
W ofercie Polon-Alfa znajduje się monitor promieniowania gamma PM-1401M, który umożliwia lokalizację źródła promieniotwórczego oraz ocenę zagrożenia dla użytkowników poprzez pomiar mocy dawki.

Monitor PM-1401M posiada cechy, dzięki którym może być wykorzystywany przy lokalizacji źródeł prom. bądź odpadów zawierających substancje promieniotwórcze:

 - algorytm obliczeniowy, dzięki któremu każda statystycznie istotna zmiana częstości zliczeń tła promieniowania sygnalizowana jest poprzez alarm (wibracyjny, akustyczny bądź optyczny)
- czuły detektor scyntylacyjny CsJ
- możliwość autokalibracji w dowolnym momencie czasu (umożliwia rozpoczęcie poszukiwania)
- zwiększenie częstości indykacji (sygnalizacji dźwiękowej i optycznej) proporcjonalnie do wzrostu natężenia promieniowania (zbliżanie się do źródła powoduje zwiększenie częstości indykacji)
- nieskompensowana charakterystyka energetyczna (zawyżona czułość detektora w dolnym zakresie energetycznym)

 

  • 2. Jakim urządzeniem można zmierzyć wiązkę rozproszoną prom. X (ang. stray radiation) emitowaną z aparatów RTG, skanerów oraz innych urządzeń będących źródłem promieniowania X 

 W przypadku przyrządu RTG, który nie jest przeznaczony do pracy ciągłej a czas ekspozycji wynosi poniżej 5 sekund większość urządzeń licznikowych nie jest przydatna do oceny mocy dawki lub dawki ze względu na czas odpowiedzi przyrządu dozymetrycznego. W takich sytuacjach można dokonać oceny narażenia (mocy dawki, dawki) na podstawie dozymetrii środowiskowej TLD.
Poza tym urządzenia takie jak: aparat RTG czy skaner do prześwietlania bagaży mogą emitować prom. X w różnych zakresach energii w zależności od typu urządzenia bądź trybu pracy. Radiometr powinien więc mierzyć kwanty prom. X w określonym zakresie energetycznym.
W ofercie Polon-Alfa urządzeniem do m.in. pomiaru twardego prom. X jest radiometr (dozymetr) RK-100-2, który umożliwia pomiary promieniowania o energii większej niż 40 keV (należy pamiętać, że zakres energetyczny kwantów prom. X w urządzeniach RTG uzależniony jest od wysokości przyłożonego napięcia na lampie rentgenowskiej). Prosimy o kontakt ze specjalistą Polon-Alfa w celu określenia czy radiometr będzie miał zastosowanie w Państwa aplikacji.

 

  • 3. Jakim przyrządem mogę zmierzyć względną aktywność izotopu promieniotwórczego (np.: jodu 131J przy pomiarze jodochwytności)?

Polon-Alfa jest producentem aparatury radiometrycznej służącej do badania względnej aktywności izotopów (aktywność próbek, aktywność nad fantomem itd.) używanych m.in. przy pomiarze jodochwytności.
Zestaw pomiarowy złożony jest z radiometru uniwersalnego RUM-2 przetwarzającego dane (radiometr posiada licznik zliczeń oraz analizator wielokanałowy) i sondy scyntylacyjnej (dodatkowo sondę należy zaopatrzyć w jeden ze scyntylatorów dostępnych w ofercie Polon-Alfa).
W/w zestaw nie jest urządzeniem medycznym w świetle polskiego prawa – niemniej jednak może jednak służyć do szacunkowych pomiarów (względna aktywność próbek) wykorzystywanych w medycynie.
Cały proces pomiarowy jest sterowany z poziomu komputera PC, na którym zainstalowane jest specjalne oprogramowanie obrazujące wyniki pomiaru.
Proszę zauważyć, iż Polon-Alfa nie jest producentem fantomów i statywów do sond. Moglibyśmy jednak służyć pomocą przy dostarczeniu wszystkich potrzebnych rysunków technicznych naszych urządzeń, jeśli byłoby to potrzebne do wykonania tych elementów.
 

  • 4. Badanie szczelności zamkniętych źródeł promieniotwórczych w jonizacyjnych czujkach dymu.

Szczelność zamkniętego źródła promieniotwórczego w jonizacyjnej czujce dymu można sprawdzić za pomocą zestawu pomiarowego: radiometr RK-100-2 + sonda zewnętrzna RK-100 (pomiar skażenia promieniotwórczego wymazu wykonanego za pomocą np.: sączka chemicznego o średniej twardości, średnica około 10 cm - Polon-Alfa nie jest producentem sączków, można je natomiast zakupić w sklepach dostarczajacych aparaturę pomiarowo-obliczeniową).
Obecnie produkowane przez Polon-Alfa izotopowe czujki dymu zawierają izotop Ameryk-241 (aktywność ok. 7 kBq), który jest przede wszystkim źródłem prom. alfa. Niezbędna jest więc sonda zewnętrzna RK-100 mierząca m.in. prom. alfa wraz z radiometrem RK-100-2, który pełni rolę urządzenia przetwarzającego dane.

Zgodnie z rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 6 sierpnia 2002 roku (w sprawie przypadków, w których działalność związana z narażeniem na promieniowania jonizujące nie podlega obowiązkowi uzyskania zezwolenia albo zgłoszenia oraz przypadków, w których może być wykonywana na podstawie zgłoszenia) instalacja czujek izotopowych może być wykonywana na podstawie zezwolenia Państwowej Agencji Atomistyki.

Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 12 lipca 2006 roku w sprawie szczegółowych warunków bezpiecznej pracy ze źródłami promieniowania jonizującego, nakazuje kontrolę szczelności zamkniętych źródeł promieniotwórczych nie rzadziej niż raz na rok kalendarzowy.

 Wyniki kontroli szczelności zamkniętych źródeł promieniotwórczych rejestruje się w protokole kontroli, który zawiera w szczególności:

  • datę kontroli;
  • typ i numer zamkniętego źródła promieniotwórczego lub urządzenia zawierającego takie źródło;
  • rodzaj izotopu promieniotwórczego, jego aktywność oraz datę określenia aktywności;
  • typ i numer przyrządu, którym wykonujemy pomiary;
  • wynik pomiaru;
  • wynik kontroli;
  • nazwę i adres instytucji oraz imię i nazwisko osoby, która przeprowadziła kontrolę.
Należy pamiętać, że kontrolę szczelności zamkniętych źródeł promieniotwórczych wykonuje się także po zdarzeniu radiacyjnym oraz innym incydencie mogącym mieć wpływ na szczelność źródła, w szczególności po pożarze, korzystaniu ze źródła przez osobę nieuprawnioną, czasowej utracie posiadania źródła i po odzyskaniu go po kradzieży.

 

  • 5. Informacje o postępowaniu z wycofywanymi z użytkowania jonizacyjnymi czujkami dymu oraz urządzeniami zawierajacymi źródła prominiotwórcze

Plik PDF - SPOSÓB POSTĘPOWANIA Z JONIZACYJNYMI CZUJKAMI DYMU PO ZAKOŃCZENIU EKSPLOATACJI – informacja dla użytkowników i instalatorów

 

  • 6. Wzorcowanie aparatury dozymetrycznej

Wzorcowanie w odniesieniu do przyrządu dozymetrycznego zazwyczaj polega na określeniu jego odpowiedzi R i/lub współczynnika wzorcowania N dla danej wielkości fizycznej przewidzianej do mierzenia przez przyrząd, poprzez porównanie wskazań przyrządu M z wartością wzorcową (umownie prawdziwą) H.


Poniżej zestawiono niektóre przydatne definicje dotyczące wzorcowania:
Wzorcowanie [Ustawa Prawo o miarach z dnia 11 maja 2001 r. – (Dz. U. z 2004 r. Nr 243, poz. 2441)] czynności ustalające relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych, realizowanymi przez wzorzec jednostki miary.
Wzorcowanie [PN-ISO 4037-3:2004] - ilościowe określenie wskazań dawkomierza w funkcji wartości mierzonej wielkości, w standardowych warunkach badania utrzymanych pod kontrolą.
Współczynnik wzorcowania (N) [PN-ISO 4037-3:2004] - wartość umownie prawdziwa wielkości H, przewidzianej do mierzenia przez dawkomierz, podzielona przez wskazania M dawkomierza; w razie potrzeby wartość skorygowana, N=H/M
Odpowiedź (czułość) (R) [PN-ISO 4037-3:2004] - iloraz wskazań (dawkomierza) M oraz wartości umownie prawdziwej mierzonej wielkości; zaleca się aby rodzaj odpowiedzi był określony R=M/H

Świadectwo wzorcowania jest dokumentem potwierdzającym wykonanie wzorcowania wydawanym przez laboratorium wzorcujące i przekazywanym klientowi w formie pisemnej i/lub elektronicznej.
Świadectwo wzorcowania wydane przez akredytowane laboratorium wzorcujące powinno zawierać:
-informacje określone w normie PN-EN ISO/IEC 17025,
-wyniki pomiaru wraz z niepewnością pomiaru podane zgodnie z dokumentem EA-4/02.

Powtórne wzorcowanie - jak często ?

Świadectwo wzorcowania nie zawiera żadnych zaleceń i nie określa terminu kolejnego wzorcowania ponieważ informacje podane w świadectwie wzorcowania zachowują ważność tylko w odniesieniu do sprawnego przyrządu, który nie uległ uszkodzeniu lub zmianom na skutek starzenia się (zużycia) elementów, nie był naprawiany lub poddawany regulacji/kalibracji u producenta. Termin kolejnego wzorcowania zazwyczaj określają przepisy prawne.

Przepisy dotyczące wzorcowania sprzętu dozymetrycznego (przyrządy do pomiaru dawki i mocy dawki)
określają obowiązek wzorcowania przyrządów nie rzadziej niż:
raz na 12 miesięcy - w przypadku sprzętu dozymetrycznego nieposiadającego kontrolnego źródła
promieniotwórczego,
raz na 24 miesiące - w przypadku sprzętu dozymetrycznego posiadającego kontrolne źródło promieniotwórcze,

 

Przyrządy dozymetryczne do kontroli i oceny narażenia, niepodlegające kontroli metrologicznej określonej w przepisach o miarach, powinny posiadać świadectwo wzorcowania wydane przez laboratorium pomiarowe, które uzyskało akredytację otrzymaną na podstawie odrębnych przepisów.

Dokumenty związane:
• Ustawa z dnia 29 listopada 2000 r. - Prawo atomowe (tekst jednolity Dz. U. z 2007r. Nr 42, poz. 276)> patrz Art.27 pkt 1, 2;
• Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 23 grudnia 2002r. w sprawie wymagań dotyczących sprzętudozymetrycznego (Dz. U. z 2002r. Nr 239 poz. 2032).> patrz p. I, pkt 10, ppkt 1), 2);
W przypadkach, w których przepisy lub inne wymagania (np. podane w dokumentacji technicznej przyrządu) nie określają terminu między kolejnymi wzorcowaniami zaleca się prowadzenie kontroli wskazań przy pomocy źródła kontrolnego i/lub okresowe wzorcowanie, które jest jedyną metodą na potwierdzenie zachowania sprawności technicznej i statusu kalibracji/wzorcowania wykonanego przez producenta przyrządu.

 

  • 7. Kontrola wskazań przyrządu pomiarowego (np.: miernik promieniowania)

Użytkownik przyrządu pomiarowego powinien zwrócić uwagę na konieczność okresowego dokonywania kontroli poprawności wskazań przyrządu.
Jest to związane z procesem zmian zachodzących w detektorach i podzespołach elektronicznych przyrządu na skutek upływu czasu i warunków eksploatacji.

 
Częstotliwość dokonywania kontroli poprawności wskazań przyrządu jest uzależniona od następujących czynników:
• znaczenia dokładności wskazań przyrządu dla użytkownika,
• znaczenia wskazań przyrządu dla bezpieczeństwa użytkownika,
• warunków pracy przyrządu (tzn. tym częściej, im większe są narażenia na ekstremalne warunki pracy: temperatura, wilgotność, przekraczanie zakresu pomiarowego - przeciążanie detektora).


Jeżeli pomiary kontrolne dokonywane przy użyciu źródła kontrolnego lub innego sprawdzonego przyrządu wykazują niedopuszczalny błąd wskazań, oznacza to konieczność niezwłocznego przekazania przyrządu do naprawy i kalibracji u producenta, a przed ponownym wprowadzeniem do eksploatacji potwierdzenia jego właściwości metrologicznych przez wzorcowanie w akredytowanym laboratorium wzorcującym.
Konserwacja, sprawdzenie wskazań, ponowna kalibracja u producenta, wzorcowanie przyrządów są normalnymiczynnościami eksploatacyjnymi, w związku z tym nie są zazwyczaj objęte gwarancją producenta oraz są wykonywane odpłatnie na zlecenie użytkownika.

 

  • 8. Detektor scyntylacyjny - zasada działania.

Działanie detektora scyntylacyjnego polega ona na wykorzystaniu błysków scyntylacyjnych powstających w scyntylatorach. Już Rutherford i jego współpracownicy posługiwali się techniką scyntylacyjną przy detekcji cząstek alfa w swoich słynnych doświadczeniach.

Zjawisko absorpcji energii w materiale i ponownej jej emisji w postaci promieniowania widzialnego bądź bliskiego widzialnemu nosi nazwę luminescencji. W zjawisku luminescencji wzbudzenie początkowe może pochodzić z różnych źródeł, takich jak światło, naprężenia mechaniczne, reakcje chemiczne lub ciepło bądź właśnie zdeponowanie energii przez promieniowanie jonizujące. Scyntylacje spowodowane przez promieniowanie jonizujące mają swój początek we wzbudzeniu i jonizacji, wywołanej w materiale przez promieniowanie. W przypadku detektorów scyntylacyjnych z reguły wykorzystywane jest pewien rodzaj luminescencji zwany zjawiskiem fluorescencji (materiał scyntylacyjny powinien cechować się bardzo krótkim czasem trwania błysku świetlnego a w przypadku fluorescencji po zaniku czynnika pobudzającego następuje szybki zanik emisji w zakresie10-5 ÷ 10-9 s).

Współczesny detektor scyntylacyjny składa się z następujących części:

  • scyntylatora, który przetwarza energię cząstki lub kwantu, rozproszoną w scyntylatorze, na energię świetlną dzięki procesowi luminescencji
  • powielacza fotoelektronowego (fotopowielacza), którego fotokatoda absorbuje fotony światła emitując fotoelektrony, które następnie są powielane we wnętrzu powielacza; fotopowielacz jest zazwyczaj osłonięty ekranem magnetycznym
  • układu elektronicznego, zapewniającego stosowną obróbkę informacji, zebranej z rezystora obciążenia fotopowielacza
  • zasilacza wysokiego napięcia dla fotopowielacza.

Istnieje duża różnorodność scyntylatorów. Dobry scyntylator powinien mieć następujące właściwości:

  • dużą wydajność przetwarzania energii cząstek lub kwantów na energię promieniowania fluorescencji
  • przezroczystość dla właściwego promieniowania fluorescencji
  • krótki czas zaniku promieniowania fluorescencji
  • zgodność składu widmowego scyntylacji z charakterystyką widmową fotokatod.

Wymagania dotyczące innych właściwości, takich jak gęstość, postać i stan skupienia materiału scyntylatora oraz różnorodność kształtów i wymiarów zmieniają się zależnie od zastosowania.

 

  • 9. Scyntylatory - własności

W ofercie POLON-ALFA znajdziemy scyntylatory dedykowane do detekcji zarówno promieniowania alfa, beta, gamma oraz X. Poniżej przedstawiamy najważniejsze własności fizyczne scyntylatorów z naszej oferty.

Scyntylatory spektrometryczne NaI(Tl) ( detekcja promieniowania gamma)

Kryształy jodku sodu aktywowanego talem (NaI/Tl) są najczęściej używanymi scyntylatorami przeznaczonymi do detekcji promieniowania gamma. Oprócz tej podstawowej funkcji, czyli detekcji promieniowania gamma oraz jego pomiarów spektrometrycznych, scyntylatory te są również używane do detekcji miękkiego promieniowania X (detekcja kwantów o energii > 30 keV). Dzięki dobrej wydajności, wysokiemu sygnałowi detekcji i dobrej rozdzielczości energetycznej scyntylatory te są szeroko używane w aplikacjach medycznych i przemysłowych, biologii, geologii oraz monitoringu środowiskowym.

Kryształki jodu pozyskiwane są ze stopionego surowca otrzymanego poprzez dokładnie kontrolowany technologiczny proces wzrostu. Otrzymane kryształy są w bardzo precyzyjny sposób przycinane do odpowiednich wymiarów. Z powodu wysokiej higroskopijności jodku sodu, kryształy są hermetycznie zamknięte w specjalnym kołnierzu. Strumień światła luminescencyjnego przechodzi przez szklane okno połączone optycznie z kryształem. Pozostałą cześć kryształu pokryta jest warstwą odbijającą światło.

Do każdego scyntylatora dołączony jest specjalny kołnierz pozwalający na umieszczenie scyntylatora w sondzie pomiarowej. Obecnie montowany jest kołnierz z pewnym rodzajem przegrody, dzięki której uzyskujemy możliwość łatwego montażu oraz demontażu scyntylatora już na sondzie pomiarowej, rozszerzając tym samym zakres stosowania sond różnego typu.
Podstawowe własności fizyczne scyntylatorów NaI/Tl:

Gęstość

     3,67 g/cm3

Współczynnik refrakcji

     1,775

Strumień świetlny (referencyjnie do antracenu)

     240 %

Długość fali przy maksymalnej emisji

     [420 ± 10] nm

Czas zaniku fluorescencji

     2,3*10-7 s

 W ofercie POLON-ALFA znajduje się obecnie:

Scyntylator spektrometryczny NaJ/Tl [40 x 25] mm (SKG 1 U04) - scyntylator spektrometryczny do pomiaru promieniowania gamma > 30 keV
Scyntylator spektrometryczny NaJ/Tl [40 x 40] mm (SKG 1 U05) - scyntylator spektrometryczny do pomiaru promieniowania gamma > 30 keV

 

 

Scyntylatory typu SKX (detekcja promieniowania X)

Kryształy scyntylacyjne SKX zbudowane z jodku sodu domieszkowanego talem (NaI/Tl) przeznaczone są do pomiaru niskoenergetycznego promieniowania gamma oraz X. Dolna granica energii promieniowania jonizującego jest uzależniona od grubości okna i materiału z jakiego jest wykonany.

W ofercie POLON-ALFA znajduje się obecnie:

Scyntylator SKX [40 x 2] mm (SKX 11 U14) Al -  scyntylator przeznaczony do pomiaru promieniowania X z okienkiem aluminiowym (0,1 mm) w zakresie energii [(15 ÷ 75) keV].
Scyntylator SKX [40 x 2] mm (SKX 12 U14) Be - scyntylator przeznaczony do pomiaru promieniowania X z okienkiem berylowym (0,15 mm) w zakresie energii [(5 ÷ 75) keV].

 

 

 Scyntylatory plastikowe typu SPF-32 (detekcja promieniowania beta)

Model SPF-32 przeznaczony jest do detekcji promieniowania beta. Scyntylator zbudowany jest z cienkiej folii scyntylacyjnej optycznie sprzężonej z podłożem wykonanym ze szkła organicznego. Scyntylator ekranowany jest specjalną światłoszczelną folią aluminiową, która pokrywa folie scyntylacyjną. Scyntylatory te dedykowane są do pomiaru średnio i wysokiego energetycznego promieniowania beta.
W tym wypadku zaabsorbowana energia jest niezależna od energii penetrujących ośrodek elektronów, więc amplitudy impulsów będą prawie identyczne.
Niewątpliwą zaletą tej metody jest bardzo niskie tło promieniowania z racji małej objętości scyntylatora.
Plastikowe detektory scyntylacyjne nie powinny być eksponowane na światło słoneczne. Powierzchnia scyntylatorów nie jest odporna na efekty działania kwasów i rozpuszczalników organicznych takich jak benzol, toluen, dioksan czy chloroform.

Scyntylatory plastikowe charakteryzują się krótkim czasem zaniku fluorescencji i dużą odpornością na wysokie moce dawek prom. jonizującego. Wielką zaletą plastikowych scyntylatorów jest ich dobra transmisja światła i szerokie spektrum fotonów promieniowania.

 

Folia scyntylacyjna

SPF 3

Światłowód optyczny (podłoże)

Szkło organiczne

Folia ekranująca

Folia PET 1,3 mg/cm3

Transmisyjność siatki ochronnej

> 67%

Max. natężenie strumienia świetlnego

1000 lx

Długość fali przy maksymalnej emisji

[420 ÷ 440] nm

Współczynnik refrakcji

1,57

Czas zaniku fluorescencji

2,5 * 10-9 s

Strumień świetlny (referencyjnie do antracenu)

65 %

 

W ofercie POLON-ALFA znajduje się obecnie:

Scyntylator SPF-32 - scyntylator przeznaczony do pomiaru promieniowania beta, ekranowany przez cienką warstwę aluminium (gęstość powierzchniowa < 1,3 mg/cm²)

 

 

Scyntylatory ZnS/Ag typu SAD-12 (detekcja promieniowania alfa)


Scyntylatory te dedykowane są do pomiaru promieniowania alfa. Luminofor (materiał luminescencyjny) wykonany ze srebrnego siarczku cynku domieszkowanego srebrem jest jednorodnie osadzony w postaci cienkiej warstwy proszku na podłożu wykonanym ze szkła organicznego. Podłoże szklane, warstwa luminoforu oraz światłoszczelna folia, która tworzy okno wejściowe dla promieniowania alfa są osadzone w specjalnym kołnierzu. Folia światłoszczelna jest chroniona przed uszkodzeniami mechanicznymi poprzez zdejmowalną kratkę. Model SAD 12 jest odpowiedni do pomiaru prom. alfa o niskiej aktywności, detekcji zagubionych źródeł prom. alfa bądź skażeń powierzchniowych.

 

Luminofor

ZnS/Ag ( siarczek cynku domieszkowany srebrem)

Światłowód optyczny (podłoże)

Szkło organiczne

Folia ekranująca

gęstość 1 mg/cm2

Długość fali przy maksymalnej emisji

455 nm

Czas zaniku fluorescencji

0,3*10-6 s

Transmisyjność siatki ochronnej

80 %

Max. natężenie strumienia świetlnego

1000 lx

 W ofercie POLON-ALFA znajduje się obecnie:

Scyntylator ZnS/Ag SAD-12 - scyntylator przeznaczony do pomiaru promieniowania alfa, ekranowany przez cienką warstwę aluminium (gęstość powierzchniowa < 1 mg/cm²)

 

  • 10. Licznik Geigera-Mullera - zasada działania.

Detekcja promieniowania jonizującego polega na wykorzystaniu zjawisk towarzyszących jego przejściu przez materię (jonizacja, wzbudzenie) do wytworzenia innych wielkości, które są możliwe do zmierzenia. Jest to zawsze tzw. pomiar pośredni. W ostatnich kilkudziesięciu latach liczniki Geigera - Mullera (G-M) były najszerzej stosowanymi detektorami promieniowania jonizującego. Nie ulega wątpliwości, że ich znaczenie utrzyma się także w przyszłości, pomimo rozwoju innych rodzajów detektorów a zwłaszcza detektorów półprzewodnikowych.

 

 Detektory napełnione gazem

 Licznik Geigera – Mullera jest szczególnym przypadkiem detektora, którego wnętrze jest wypełnione gazem. Do tego typu detektorów oprócz wyżej wspomnianego zaliczają się również komora jonizacyjna oraz licznik proporcjonalny. Reprezentują trzy najstarsze i wciąż bardzo użyteczne typy detektorów promieniowania jonizującego.
Układ detektora napełnionego gazem przedstawiony jest na Rys. 1.
Stanowi on komorę napełnioną gazem z dobrze izolowaną od ścianki elektrodą centralną. Napięcie U jest doprowadzone pomiędzy ściankę a elektrodę centralną przez rezystor R bocznikowany kondensatorem C.

 

 

Rys.1 Schemat detektora napełnionego gazem

 

Przy wejściu cząstki jądrowej do wnętrza komory rozpoczyna się proces jonizacji. Powstałe ładunki dodatnie i ujemne poruszają się pod wpływem pola elektrycznego odpowiednio w kierunku ścianek komory i elektrody centralnej, zgodnie z orientacją pola elektrycznego. Temu procesowi towarzyszy jednocześnie proces rekombinacji, gdy ładunki o przeciwnych znakach spotkają się ze sobą na swojej drodze do ścianki i elektrody centralnej. Im większa jest różnica potencjału pomiędzy ścianką i elektrodą centralną komory tym większa jest prędkość przesuwania się jonów i mniejsza jest rekombinacja. Wzrasta przy tym ta część ładunku, którą zbierają elektrody.

Do prawidłowego zrozumienia działania licznika G-M można posłużyć się Rys. 2, za pomocą, którego wyjaśnić również można istniejące różnice pomiędzy wymienionymi typami detektorów poprzez opis procesu zachodzącego w komorze napełnionej gazem..
W obszarze I procesowi wydobywania jonów i gromadzenia ich na elektrodach przeciwdziała proces utraty par jonów wskutek rekombinacji.
Proces rekombinacji maleje ze wzrostem natężenia pola w komorze (napięcia na elektrodach).
Obszar II nosi nazwę obszaru nasycenia lub komory jonizacyjnej. W tym obszarze praktycznie wszystkie pary jonów docierają do elektrod.
W obszarze III zbierany ładunek rośnie wraz z napięciem dzięki zjawisku wzmocnienia gazowego. Elektrony wyzwolone wskutek pierwotnej jonizacji doznają przyśpieszenia w stopniu dostatecznym do wywołania dodatkowej jonizacji, powiększającej zbierany ładunek. Na początku obszaru III współczynnik wzmocnienia nie zależy od jonizacji pierwotnej, dzięki czemu zachowana jest proporcjonalność wielkości impulsu od rozmiarów pierwotnej jonizacji.
W miarę wzrostu doprowadzanego napięcia ta proporcjonalność zanika i wielkość impulsu zaczyna być niezależna od pierwotnej jonizacji. Zakres, w którym istnieje wzmocnienie gazowe i utrzymana jest zależność zbieranego ładunku od wielkości jonizacji pierwotnej nazywany jest zakresem proporcjonalności. Przy końcu obszaru III przechodzi on w zakres ograniczonej proporcjonalności IV.

 

 

Rys. 2 Wykres przedstawiający przebieg procesu jonizacji w komorze napełnionej gazem.

 

W obszarze V zbierany ładunek jest niezależny od rozmiarów jonizacji początkowej, a tylko od parametrów komory i obwodu zewnętrznego. Obszar V jest nazywany zakresem Geigera-Mullera.
Obszar VI to już tzw. zakres przebicia. W obszarze wyładowania ciągłego zachodzącym przy bardzo dużym napięciu licznik przestaje działać i może ulec zniszczeniu. Dlatego też w tym obszarze stosuje się liczniki iskrowe z zastrzeżeniem, iż traci się informacje o energii cząstki.

ZASADA DZIAŁANIA

Duża użyteczność liczników G-M wiąże się głównie z ich wysoką czułością, przydatnością do detekcji różnych odmian promieniowania, dużą różnorodnością kształtów i okienek, znaczną amplitudą sygnału wyjściowego oraz umiarkowaną ceną.

Duża czułość liczników G-M jest wynikiem faktu, że promieniowanie jonizujące działa jedynie, jako czynnik wyzwalający proces wyładowania. Każda cząstka tworząca jony w liczniku powoduje wyładowanie w całej objętości licznika. Licznik G-M może zatem rejestrować cząstki dowolnego rodzaju, wytwarzające w jego wnętrzu ładunki elektryczne tj. wszelkiego rodzaju cząstki naładowane oraz kwanty X i ɤ, tworzące ładunki w wyniku procesów wtórnych.

Zasada działania licznika G-M pozwala na wykonanie go w różnych odmianach konstrukcyjnych. Zbudowano liczniki o średnicy od 2 do kilkudziesięciu mm i o długości od ok. 1 cm do (1 ÷ 2) m.

 Amplituda impulsu na rezystancji obciążenia licznika G-M waha się od ułamku wolta do kilku wolt, co znakomicie ułatwia dalszą obróbkę sygnału. Wysoka czułość, wynikająca z niezależności sygnału wyjściowego od rozmiarów inicjującej go jonizacji pierwotnej jest jednocześnie źródłem jego wady, polegającej na braku możliwości rozróżnienia mierzonego promieniowania. Wady tej nie mają liczniki proporcjonalne, scyntylacyjne i półprzewodnikowe.

Współczesny licznik G-M składa się zazwyczaj z metalowej cylindrycznej obudowy - katody, wewnątrz której umieszczony jest cienki drut - zwykle wolframowy, stanowiący anodę licznika. Czasami cylindryczna obudowa jest wykonana ze szkła i wówczas katoda jest pokryta warstwą przewodzącą, naniesioną na wewnętrzną ściankę rurki szklanej.

 

Na Rys. 3 pokazano kilka odmian liczników G-M.

 

1 - licznik STS-6 do pomiaru mocy dawki promieniowania ɤ oraz do pomiaru skażeń powierzchni emiterami promieniowania (β i ɤ);

2, 3 - liczniki DOI-30 i DOI-80 (odpowiednio), do pomiaru mocy dawki promieniowania ɤ;

4 - okienkowy licznik SI-8B do pomiaru skażeń powierzchni emiterami promieniowania α i β.

Do napełniania liczników używa się przeważnie gazów szlachetnych, zwykle neonu lub argonu, z niewielkim dodatkiem gazów gaszących wielokrotne wyładowania. Mogą to być związki organiczne lub chlorowce. Liczniki chlorowcowe są łatwiejsze w użytkowaniu, gdyż wymagają niższego napięcia zasilającego, (300 -÷- 500) V w zależności od konstrukcji licznika.

Mierząc częstość impulsów na rezystorze obciążenia licznika w funkcji przykładanego napięcia zasilającego zauważa się, że impulsy wyjściowe pojawiają się dopiero od pewnej wartości napięcia.Jego wartość jest różna dla różnych typów liczników. Zwiększając dalej napięcie zasilania (przy stałym napromienieniu) zauważa się wzrost częstości impulsów aż do zagięcia charakterystyki. Zagięcie odpowiada stanowi, w którym wszystkie cząstki, nawet przy najmniejszej jonizacji pierwotnej, dają impulsy o zbliżonych amplitudach - jest to tzw. próg Geigera – Mullera [Rys. 2].
Od tego napięcia zaczyna się płaski odcinek charakterystyki zwany plateau. Jest to obszar roboczy charakterystyki, o nachyleniu kilku procent/100 V.
Przy wzroście napięcia powyżej plateau następuje gwałtowny wzrost częstości impulsów, spowodowany przez impulsy wielokrotne.

W okresie następującym bezpośrednio po wyładowaniu, natężenia pola elektrycznego w liczniku G-M maleje ze względu na istnienie otoczki dodatnich jonów. Dlatego każdy licznik charakteryzuje się tzw. czasem martwym, w którym licznik nie reaguje na przychodzące cząstki. Czas martwy określa dolną granicę odstępów pomiędzy następującymi po sobie rejestrowanymi cząstkami jądrowymi, przy założeniu, że licznik powinien reagować na każdą cząstkę wywołującą jonizację.
Inną wielkością określającą właściwości układu detekcyjnego jest czas rozdzielczy, który jest większy niż czas martwy i zależy od ustawionego poziomu dyskryminacji urządzenia rejestrującego.Jest to okres czasu, który musi upłynąć od chwili formowania się pierwszego impulsu do chwili, gdy licznik będzie w stanie zareagować na kolejną cząstkę.

11. Jonizacyjna czujka dymu - aspekt bezpieczeństwa radiacyjnego.

PLIK PDF - Jonizacyjna czujka dymu - aspekt bezpieczeństwa radiacyjnego.

 

 

 

 

 

Wszelkie prawa zastrzeżone 2017 Polon-Alfa Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.k. • Zasady użytkowania