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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK radioaktive Strahlung. Wie erkennt man es? Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Dosimeter Spezielle Geräte helfen dabei, radioaktive Kontaminationen rechtzeitig zu erkennen. Natürlich sind wir nicht in der Lage, ein radioaktives Teilchen zu sehen, zu hören oder zu „fangen“. Die Geräte nutzen jedoch die Eigenschaften radioaktiver Strahlung, um beim Durchgang durch einen Stoff unterschiedliche Effekte zu erzielen. Beispielsweise beginnen einige Stoffe unter dem Einfluss radioaktiver Strahlung zu leuchten, einige Lösungen ändern ihre Farbe und Fotoplatten werden beleuchtet. Die gebräuchlichste Methode zum Nachweis radioaktiver Emissionen ist die Fähigkeit, verschiedene Gase zu ionisieren. Das einfachste Gerät hierfür können Sie selbst zusammenbauen (Abb. 1). Legen Sie zwei Metallplatten in eine Plastikbox oder ein Glasgefäß und legen Sie Spannung von einer Gleichstromquelle oder einem Gleichrichter an. Schließen Sie das Messgerät an den Stromkreis an. Nehmen Sie einen Gleichrichter, mit dem Sie die Spannung von 0 auf 400 V ändern können.
Solange sich keine Ionen in der Luft befinden, ist die Luft ein Isolator, der Stromkreis ist offen und es fließt kein Strom durch ihn. Wenn unter dem Einfluss radioaktiver Strahlung elektrisch geladene Ionen zwischen den Platten erscheinen, beginnen sie sofort, sich zu bewegen – positiv zur negativen Platte, negativ – zum Positiven, d. h. zwischen den Platten beginnt ein elektrischer Strom zu fließen. Die Stromstärke hängt aus zwei Gründen ab: von der Stärke der radioaktiven Strahlung und von der Spannung, die wir an die Platten anlegen. Wenn wir bei gleicher radioaktiver Strahlung die Spannung an den Platten schrittweise erhöhen und dann den Mikroamperemeter-Wert in die Grafik eintragen, erhalten wir das in Abbildung 2 gezeigte Bild.
Uns ist aufgefallen, dass im Abschnitt OA die Stromstärke proportional ansteigt Plattenspannung? Dies liegt daran, dass die Lebensdauer des Ions sehr kurz ist und bei niedrigen Spannungen einige der Ionen keine Zeit haben, zu den Platten zu „laufen“ – sie treffen auf Ionen mit entgegengesetztem Vorzeichen, verbinden sich mit ihnen (rekombinieren) und verwandeln sich in neutrale Atome. Je höher die Spannung, desto mehr Zeit haben die Ionen, zu den Platten zu „laufen“ und desto stärker ist daher der Strom. Im AB-Abschnitt steigt die Spannung, aber der Strom steigt nicht an. Was ist das Rätsel? Es ist ganz einfach: Alle Ionen, die aus radioaktiver Strahlung entstanden sind, haben es geschafft, zu den Platten zu „laufen“, und es gibt einfach keine anderen Ionen. Dieser Strom wird Sättigungsstrom genannt und die Fläche im Diagramm wird „PLATO“-Fläche genannt. Im BV-Abschnitt steigt die Spannung leicht an und der Strom steigt stark an. Die Spannung überschreitet hier die Grenze, hinter der die Gasentladung beginnt. Bei einer Gasentladung wird die Energie, die ein Ion bei seiner Bewegung in Richtung der Platte aufnimmt, sofort so groß, dass dieses Ion, wenn es in ein benachbartes Atom fällt, dieses in zwei Ionen zerlegt. Diese wiederum brechen die nächsten beiden Atome usw. Es reicht also aus, dass mindestens ein Ionenpaar zwischen den Platten erscheint, da eine sofortige Ionisierung des gesamten Gases zwischen den Platten stattfindet. Natürlich unterscheiden sich die Sensoren (oder, wie man sagt, Detektoren), die in dosimetrischen Instrumenten verwendet werden, von unseren primitiven Platten. Um große Dosen radioaktiver Strahlung nachzuweisen, werden Geräte mit Ionisationskammern eingesetzt. Was stellt sie dar? Es handelt sich um eine luftgefüllte Kunststoffbox mit mit Graphit beschichteten Wänden. Im Inneren des Kastens ist eine T-förmige Elektrode befestigt (Abb. 3), die Wände dienen als zweite Elektrode.
Ionisationskammern arbeiten im „Plateau“-Spannungsbereich (Abb. 2). Daher hängt der Ionisationsstrom, wie Sie wahrscheinlich vermutet haben, stark vom Volumen der Kammer ab – je größer die Kammer, desto mehr Ionen enthält sie. Für genaue Messungen werden Geräte mit Gasentladungszählern verwendet. Jeder Zähler hat eine positive Elektrode – den zentralen Faden – und eine ihn umgebende zylindrische negative Elektrode (Abb. 4). Der zentrale Faden besteht aus einer speziellen Legierung – Kovara. Zylindrische Elektrode – hergestellt aus Stahl mit einer Dicke von etwa 50 Mikrometern oder Glas mit einer auf der Oberfläche aufgebrachten Kupferschicht.
Die Zähler sind mit einer Neon-Argon-Mischung unter Zusatz von Halogenen (Chlor, Brom) oder Alkohol gefüllt. Halogene und hochatomare Alkohole absorbieren Gammaquanten gut und verhindern daher das Auftreten falscher Entladungen des Zählers aufgrund von Sekundärelektronen, die durch Gammaquanten aus den Wänden des Zählers herausgeschlagen werden. Man nennt solche Zähler auch selbstverlöschend. Die Zähler verfügen über eine Zählrate, eine „Totzeit“ und einen Gasverstärkungsfaktor. Die Zählrate ist die Anzahl der Blitze (Impulse) pro Sekunde. Selbstverlöschende Zähler können bis zu 5 Blitze (Entladungen) pro Sekunde abgeben. „Totzeit“ ist die Zeit, in der positive und negative Ionen zu ihren Elektroden „laufen“. Zu diesem Zeitpunkt werden alle neuen Partikel, die in den Zähler gelangen, nicht registriert, da das gesamte Gas im Volumen des Zählers bereits ionisiert ist. Der Gasverstärkungsfaktor ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Primärzahl der Ionen durch Lawinenionisation im Zähler verstärkt wird. Es kann Zehntausende erreichen. Die Industrie stellt eine große Vielfalt an Messgeräten her; zum Beispiel STS-2, STS-5 (Stahl, selbstverlöschend), Typ AS und STS, Ende – MST-17, unempfindlich – SI-BG usw. Die in Ionisationskammern und Gasentladungszählern erzeugten Ströme sind so gering, dass es sehr schwierig ist, sie direkt zu messen. Man muss vorverstärken. Der am häufigsten verwendete Röhrenverstärker. Zur Messung wird in diesem Fall die Spannung vom Hochwiderstand an das Steuergitter der Triodenlampe angelegt (Abb. 5). Die negative Spannung am Gitter ist so gewählt, dass bei fehlendem Strom durch den Gasentladungszähler die Lampe gesperrt ist. Wenn im Stromkreis des Messgeräts Strom fließt, sinkt die Spannung am Lampengitter auf einen solchen Wert, dass die Lampe „öffnet“ und Strom durch sie fließt. Je mehr Strom im Stromkreis des Messgeräts fließt, desto mehr Strom fließt durch die Lampe in ihrem Anodenstromkreis. Der Strom im Anodenkreis ist jedoch um ein Vielfaches größer als der Strom im Zählerkreis. Dies bedeutet, dass es bereits mit einem herkömmlichen Mikroamperemeter gemessen werden kann.
Üblicherweise sind in der Schaltung mehrere hochohmige Widerstände unterschiedlicher Größe enthalten. Dann erweitert sich der Messbereich. Auf diese Weise werden nur die Gesamtströme mehrerer Entladungen in einem Gasentladungszähler gemessen. Wenn Sie die Anzahl der darin enthaltenen Blitze genau berechnen müssen, werden mechanische und elektronische Zähler verwendet. Die Zählrate eines Gasentladungszählers beträgt, wie bereits erwähnt, etwa 5 Impulse pro Sekunde, bei einem mechanischen nur 100 Impulse pro Sekunde. Um die Auflösung eines mechanischen Zählers zu erhöhen, werden daher Skalierungsschemata verwendet. Über das Gerät und das Funktionsprinzip beim Zählen von Zellen (Triggern) können Sie im Buch von I. P. Bondarenko und N. V. Bondarenko „Grundlagen der Dosimetrie ionisierender Strahlung“ (Hrsg. „Higher School“, M., 1962) nachlesen. Um die über einen bestimmten Zeitraum empfangenen Strahlungsdosen zu messen, werden hauptsächlich zwei Methoden verwendet: 1) Messung des Entladungsgrads eines auf ein bestimmtes Potential geladenen Kondensators und 2) Änderung der Farbe einiger Lösungen unter dem Einfluss ionisierender Strahlung. Geräte für Die Messung der empfangenen Dosen wird als Dosimeter bezeichnet. Ein Einzeldosimeter ist ein Kondensator, dessen eine Elektrode der zentrale Stift und die zweite der Körper ist. Um herauszufinden, welche Strahlungsdosis das Gerät durchlaufen hat, werden die Anfangs- und Restladungen des Dosimeters mit einem speziellen Gerät gemessen. Ein Chemikaliendosimeter ist eine Ampulle, die mit einer bestimmten Lösung gefüllt ist. Unter dem Einfluss von Strahlung verändert sich die Farbe der Lösung. Das einfachste Dosimeter kann ein herkömmliches Laborelektroskop sein, dessen Skala auf Röntgen oder Milliröntgen vorkalibriert ist. Beim Aufladen beginnt sich ein solches Elektroskop unter dem Einfluss ionisierender Strahlung zu entladen. Anhand der Größe seiner Entladung kann man die Strahlendosis beurteilen. Autoren: A. Tsurikov, O. Kalinichenko
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