Введение

Устройство для измерения воздействия ионизирующего излучения

Дозиметр излучения – это устройство, предназначенное для измерения поглощенной дозы внешнего ионизирующего излучения. При использовании в качестве персонального дозиметра он носится на теле обследуемого и фиксирует полученную дозу излучения. Современные электронные персональные дозиметры обеспечивают непрерывное отображение накопленной дозы и текущей дозировочной мощности, а также предупреждают пользователя звуковым сигналом при превышении установленной дозировочной мощности или накопленной дозы. Другие типы дозиметров, такие как термолюминесцентные или фотопленочные, требуют последующей обработки для определения полученной суммарной дозы и не могут отображать текущее значение дозы во время ношения.

Персональные дозиметры

Персональный дозиметр ионизирующего излучения имеет фундаментальное значение в дозиметрии излучения и радиационной безопасности и используется прежде всего для оценки дозы излучения, поглощенной человеком, носящим устройство. Повреждение организма человека ионизирующим излучением является кумулятивным и связано с общей полученной дозой, единицей СИ для которой является зиверт. Радиологи, работники атомных электростанций, врачи, использующие лучевую терапию, специалисты по работе с опасными материалами и другие люди, работающие с радионуклидами, часто обязаны носить дозиметры для учета профессионального облучения. Такие устройства называются "нормативными дозиметрами", если они одобрены для регистрации индивидуальных доз в соответствии с нормативными требованиями. Дозиметры обычно носят снаружи одежды, дозиметр для "всего тела" размещают на груди или туловище для оценки дозы, полученной всем организмом. Это местоположение позволяет контролировать облучение большинства жизненно важных органов и отражает основную массу тела. Дополнительные дозиметры могут использоваться для оценки дозы, полученной конечностями, или в радиационных полях, которые значительно меняются в зависимости от ориентации тела относительно источника излучения.

Современные типы

Электронный персональный дозиметр, наиболее распространенный тип, – это электронное устройство, обладающее рядом сложных функций, таких как непрерывный мониторинг, позволяющий выдавать предупреждающие сигналы при достижении заданных уровней и отображать накопленную дозу в реальном времени. Они особенно полезны в областях с высокой дозой облучения, где время пребывания человека ограничено из-за дозовых ограничений. Дозиметр можно обнулить, обычно после снятия показаний для ведения учета, и, таким образом, использовать его многократно.

Дозиметр MOSFET

Металлооксидные полевые транзисторы (MOSFET) используются в качестве клинических дозиметров для пучков излучения в лучевой терапии. Основные преимущества устройств на основе MOSFET:

1. Дозиметр MOSFET обеспечивает прямое считывание с очень тонкой активной областью (менее 2 мкм). 2. Физические размеры MOSFET в корпусе не превышают 4 мм. 3. Сигнал после облучения сохраняется постоянно и не зависит от мощности дозы. Оксид затвора MOSFET, обычно диоксид кремния, является активным чувствительным материалом в дозиметрах MOSFET. Излучение создает дефекты (в виде электронно-дырочных пар) в оксиде, что, в свою очередь, влияет на пороговое напряжение MOSFET. Это изменение порогового напряжения пропорционально дозе излучения. В качестве дозиметров излучения также рассматриваются альтернативные диэлектрики затвора с высокой диэлектрической проницаемостью, такие как диоксид гафния и оксиды алюминия.

Термолюминесцентный дозиметр

Термолюминесцентный дозиметр измеряет дозу ионизирующего излучения, измеряя интенсивность света, испускаемого кристаллами, легированными Dy или B, в детекторе при нагревании. Интенсивность испускаемого света зависит от полученной дозы излучения. Ранее такие дозиметры продавались как излишки, а одна из моделей, использовавшаяся подводниками и работниками ядерной промышленности, представляла собой темно-зеленые наручные часы, содержащие активные компоненты и высокочувствительный ИК-диод с проводом, прикрепленный к легированному стеклянному чипу LiF2. При точном нагреве этой сборки (отсюда и название "термолюминесцентный") чип излучает накопленную радиацию в виде узкополосного инфракрасного света до полного истощения. Главное преимущество заключается в том, что чип пассивно накапливает информацию о дозе до воздействия света или тепла, поэтому даже использованный образец, хранившийся в темноте, может предоставить ценные научные данные.

Дозиметр для пленочных значков

Дозиметры с пленочными значками предназначены только для однократного использования. Уровень поглощенной радиации определяется по изменению светочувствительного слоя пленки, которое проявляется при проявлении пленки. В настоящее время они в основном вытеснены электронными персональными дозиметрами и термолюминесцентными дозиметрами.

Дозиметр из кварцевых волокон

Они используют свойство кварцевого волокна для измерения статического электричества, удерживаемого на волокне. Перед использованием дозиметр заряжается высоким напряжением, что приводит к отклонению волокна из-за электростатического отталкивания. По мере ионизации газа в камере дозиметра заряд рассеивается, волокно выпрямляется и указывает величину полученной дозы на градуированной шкале, которую просматривают с помощью встроенного микроскопа. Они предназначены для кратковременного использования, например, в течение дня или смены, так как подвержены утечке заряда, что может привести к завышенным показаниям. Однако они устойчивы к электромагнитным импульсам, поэтому во время холодной войны использовались как надежный способ определения уровня радиационного воздействия. В настоящее время они в основном заменены электронными персональными дозиметрами для кратковременного мониторинга.

Дозиметр трубки Гейгера

Для них используется обычная трубка Гейгера-Мюллера, как правило, ZP1301 или аналогичная с компенсацией энергии, требующая напряжения от 600 до 700 В и компонентов для регистрации импульсов. Дисплей в большинстве моделей представляет собой индикатор с пузырьковым или миниатюрным ЖК-дисплеем, имеющим четыре разряда и дискретный счетчик, интегрированный в микросхему, например, 74C925/6. Светодиодные приборы обычно оснащены кнопкой для включения и выключения дисплея, что увеличивает срок службы батареи, а также инфракрасным излучателем для верификации и калибровки показаний. Напряжение генерируется отдельным модулем с контактами или выводами, который часто использует униполярный транзистор, управляющий небольшим повышающим трансформатором и умножителем напряжения. Несмотря на высокую стоимость, он надежен в течение длительного времени и особенно в условиях высокой радиации, что является общим свойством с туннельными диодами, хотя со временем инкапсуляция, индуктивности и конденсаторы могут выходить из строя. Недостатком является то, что накопленная доза в беккерелях или микрозивертах является энергозависимой и теряется при отключении питания, хотя может использоваться конденсатор с низким током утечки для сохранения памяти на короткий период без батареи. В связи с этим большинство приборов используют батареи с длительным сроком службы и высококачественные контакты. В недавно разработанных моделях доза регистрируется во времени в энергонезависимой памяти, например, в чипе 24C256, что позволяет считывать данные через последовательный порт.

Количество дозиметрических доз

Операционная величина для персональной дозиметрии – эквивалент персональной дозы, который определяется Международной комиссией по радиационной защите как эквивалент дозы в мягких тканях на соответствующей глубине под определенной точкой на теле человека. Определенная точка обычно соответствует положению, в котором носится индивидуальный дозиметр.

Ответ прибора и дозиметра

Это фактическое показание, полученное, например, от гамма-монитора фоновой дозы или индивидуального дозиметра. Дозиметр калибруется в известном радиационном поле для обеспечения отображения точных рабочих величин и установления связи с известными последствиями для здоровья. Эквивалент индивидуальной дозы используется для оценки поглощенной дозы и соблюдения нормативных ограничений. Это значение обычно вносится в записи внешней дозы для персонала, работающего с ионизирующим излучением. Дозиметр играет важную роль в международной системе радиационной защиты, разработанной Международной комиссией по радиационной защите и Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям. Это показано на прилагаемой схеме.

Калибровка дозиметра

Фантом "плита" используется для моделирования туловища человека при калибровке дозиметров для облучения всего тела. Он воспроизводит эффекты рассеяния и поглощения излучения в туловище человека. Международное агентство по атомной энергии указывает: "Фантом-плита имеет размеры 300 мм × 300 мм × 150 мм в глубину для моделирования туловища человека".

Проверка облучения процесса

В производственных процессах, где продукция подвергается обработке ионизирующим излучением, например, при облучении пищевых продуктов, используются дозиметры для калибровки поглощенной дозы в облучаемом материале. Как правило, их диапазон доз должен быть шире, чем у персональных дозиметров, а дозы обычно измеряются в единице поглощенной дозы – в греях (Gy). Дозиметр размещается на облучаемых изделиях или в непосредственной близости от них для контроля полученного уровня дозы.