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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE rayonnement radioactif. Comment le détecter ? Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Dosimètres Des dispositifs spéciaux aident à détecter à temps la contamination radioactive. Bien entendu, nous ne sommes pas capables de voir, d’entendre ou de « capter » une particule radioactive. Mais les appareils utilisent les propriétés du rayonnement radioactif pour produire des effets différents lors du passage d'une substance. Par exemple, sous l'influence d'un rayonnement radioactif, certaines substances commencent à briller, un certain nombre de solutions changent de couleur et des plaques photographiques s'illuminent. La méthode la plus courante pour détecter les émissions radioactives est leur capacité à ioniser divers gaz. Vous pouvez assembler vous-même l'appareil le plus simple (Fig. 1). Placez deux plaques métalliques dans une boîte en plastique ou un récipient en verre et appliquez-leur une tension à partir d'une source CC ou d'un redresseur. Connectez l'appareil de mesure au circuit. Prenez un redresseur qui vous permettrait de faire passer la tension de 0 à 400 V.
Tant qu’il n’y a pas d’ions dans l’air, l’air est un isolant, le circuit est ouvert et aucun courant ne le traverse. Si, sous l'influence d'un rayonnement radioactif, des ions chargés électriquement apparaissent entre les plaques, ils commencent immédiatement à se déplacer - du positif vers la plaque négative, du négatif - vers le positif, c'est-à-dire qu'un courant électrique commence à circuler entre les plaques. La quantité de courant dépend de deux raisons : de la force du rayonnement radioactif et de la tension que nous appliquons aux plaques. Si, avec le même rayonnement radioactif, nous augmentons progressivement la tension sur les plaques, puis mettons la lecture du microampèremètre sur le graphique, nous obtenons l'image présentée sur la figure 2.
Nous avons remarqué que dans la section OA, l'intensité du courant augmente proportionnellement contrainte de plaque ? En effet, la durée de vie de l'ion est très courte et à basse tension, certains ions n'ont pas le temps de "courir" vers les plaques - ils rencontrent des ions de signe opposé, se combinent avec eux (recombinent) et se transforment en atomes neutres. Plus la tension est élevée, plus les ions ont le temps de « courir » vers les plaques et, par conséquent, plus le courant est fort. Dans la section AB, la tension augmente, mais le courant n'augmente pas. Quelle est l'énigme ? C'est simple : tous les ions formés à partir du rayonnement radioactif ont réussi à « courir » vers les plaques, et il n'y a tout simplement pas d'autres ions. Ce courant est appelé courant de saturation et la zone sur le graphique est appelée zone « PLATO ». Dans la section BV, la tension augmente légèrement et le courant augmente fortement. La tension franchit ici la limite au-delà de laquelle commence la décharge gazeuse. Dans une décharge gazeuse, l'énergie qu'un ion gagne en se déplaçant vers la plaque devient immédiatement si grande que cet ion, tombant dans un atome voisin, le divise en 2 ions. Ceux-ci, à leur tour, brisent les deux atomes suivants, etc. Ainsi, il suffit qu'au moins une paire d'ions apparaisse entre les plaques, car l'ionisation instantanée de tout le gaz entre les plaques se produit. Bien entendu, les capteurs (ou, comme on dit, les détecteurs) utilisés dans les instruments dosimétriques sont différents de nos plaques primitives. Pour détecter de fortes doses de rayonnement radioactif, des appareils dotés de chambres d'ionisation sont utilisés. Que représente-t-elle ? Il s'agit d'une boîte en plastique remplie d'air et dont les parois sont recouvertes de graphite. Une électrode en forme de T est fixée à l'intérieur du boîtier (Fig. 3), et les parois servent de seconde électrode.
Les chambres d'ionisation fonctionnent dans la région de tension « plateau » (Fig. 2). Par conséquent, comme vous l'avez probablement deviné, le courant d'ionisation dépend fortement du volume de la chambre : plus la chambre est grande, plus elle contient d'ions. Pour des mesures précises, des appareils équipés de compteurs de décharges gazeuses sont utilisés. Chaque compteur possède une électrode positive - le fil central - et une électrode négative cylindrique qui l'entoure (Fig. 4). Le fil central est constitué d'un alliage spécial - le kovara. Électrode cylindrique - en acier d'une épaisseur d'environ 50 microns ou en verre avec une couche de cuivre déposée à sa surface.
Les compteurs sont remplis d'un mélange néon-argon additionné d'halogènes (chlore, brome) ou d'alcool. Les halogènes et les alcools hautement atomiques absorbent bien les quanta gamma et empêchent donc l'apparition de fausses décharges du compteur dues aux électrons secondaires assommés par les quanta gamma des parois du compteur. De tels compteurs sont également appelés auto-extinguibles. Les compteurs ont un taux de comptage, un « temps mort » et un facteur d'amplification des gaz. Le taux de comptage est le nombre de flashs (impulsions) par seconde. Les compteurs auto-extinguibles peuvent donner jusqu'à 5 XNUMX éclairs (décharges) par seconde. Le « temps mort » est le temps pendant lequel les ions positifs et négatifs « courent » vers leurs électrodes. À ce moment-là, toute nouvelle particule entrant dans le compteur ne sera pas enregistrée, puisque tout le gaz présent dans le volume du compteur est déjà ionisé. Le facteur d'amplification du gaz est un nombre indiquant combien de fois le nombre primaire d'ions est amplifié à la suite de l'ionisation par avalanche dans le compteur. Cela peut atteindre des dizaines de milliers. L'industrie produit une grande variété de compteurs ; par exemple, STS-2, STS-5 (acier, auto-extinguible), type AS et STS, extrémité - MST-17, insensible - SI-BG, etc. Les courants générés dans les chambres d’ionisation et les compteurs à décharge gazeuse sont si faibles qu’il est très difficile de les mesurer directement. Il faut pré-amplifier. L'amplificateur à tube le plus couramment utilisé. Pour mesurer dans ce cas, la tension de la haute résistance est appliquée à la grille de commande de la lampe triode (Fig. 5). La tension négative sur la grille est sélectionnée de telle sorte qu'en l'absence de courant traversant le compteur à décharge gazeuse, la lampe soit verrouillée. Si du courant circule dans le circuit du compteur, la tension sur la grille de la lampe diminuera jusqu'à une valeur telle que la lampe « s'ouvre » et que le courant la traverse. Plus le courant circulera dans le circuit du compteur, plus le courant circulera à travers la lampe, dans son circuit anodique. Mais le courant dans le circuit anodique est plusieurs fois supérieur au courant dans le circuit du compteur. Cela signifie qu'il peut déjà être mesuré avec un microampèremètre conventionnel.
Habituellement, plusieurs résistances à haute résistance de différentes tailles sont incluses dans le circuit. Ensuite, la plage de mesure s'élargit. De cette manière, seuls les courants totaux provenant d'une pluralité de décharges dans un compteur à décharge gazeuse sont mesurés. Si vous devez calculer avec précision le nombre de flashs, des compteurs mécaniques et des compteurs électroniques sont utilisés. Le taux de comptage d'un compteur à décharge gazeuse, comme déjà mentionné, est d'environ 5 100 impulsions par seconde, et celui d'un compteur mécanique n'est que de 1962 impulsions par seconde. Par conséquent, pour augmenter la résolution d'un compteur mécanique, des schémas de mise à l'échelle sont utilisés. Vous pouvez en savoir plus sur l'appareil et le principe de leur fonctionnement sur le comptage des cellules (déclencheurs) dans le livre de I. P. Bondarenko et N. V. Bondarenko "Fondements de la dosimétrie des rayonnements ionisants" (éd. "École supérieure", M., XNUMX). Pour mesurer les doses de rayonnement reçues pendant un certain temps, deux méthodes sont principalement utilisées : 1) mesurer le degré de décharge d'un condensateur chargé à un certain potentiel, et 2) changer la couleur de certaines solutions sous l'influence de rayonnements ionisants. mesurant les doses reçues sont appelés dosimètres. Un dosimètre individuel est un condensateur dont une électrode est la broche centrale et la seconde est le corps. Afin de savoir quelle dose de rayonnement a traversé l'appareil, les charges initiales et résiduelles du dosimètre sont mesurées à l'aide d'un appareil spécial. Un dosimètre chimique est une ampoule remplie d'une solution spécifique. Sous l'influence du rayonnement, la couleur de la solution change. Le dosimètre le plus simple peut être un électroscope de laboratoire classique, dont l'échelle est pré-calibrée en roentgens ou en milliroentgens. Étant chargé, un tel électroscope, sous l'influence d'un rayonnement ionisant, commencera à se décharger. Par l'ampleur de sa décharge, on peut juger de la dose de rayonnement. Auteurs : A.Tsurikov, O.Kalinichenko
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