Detectarea Si Masurarea Radiatiilor.pdf

CPSDN Detectarea si masurarea radiatiilor ionizante 1. Introducere

Detectorii de radiatii sint instrumente de masurare a particulelor incarcate, prin inregistrarea sau masurarea ionizarii provocate de acestea intr-un mediu ‘sensibil’, prin efecte electrice, chimice, fotografice, luminoase, de colorare, condensare, termice etc. Ce se masoara? Se masoara numar de particule (fluxuri, fluente), energia particulelor, energia transmisa mediului, se identifica particule, se determina traiectoria particulelor. Se pot face tot felul de clasificari, de exemplu, unii detectori inregistreaza evenimente in regim continuu, in regim de pulsuri, altii dau efecte cumulative, prin integrare sau vizualizeaza traiectorii. Cei mai raspinditi detectori sint cei care masoara semnale electrice. Semnalele obtinute pot sa fie pulsuri (raspuns individual pentru fiecare particula) sau semnal proportional cu numarul de particule ce intra in detector in unitatea de timp (curent ) sau un raspuns proportional cu numarul colectat intr-un interval de timp dat (semnal integral). Iata o clasificare schematica a principalelor tipuri de detectori cu semnal electric si particulele pe care le detecteaza, interactia pe care se bazeaza si tipul semnalului obtinut: Interactia Detectorul Particule detectate Semnalul Ionizarea gazului Camera de ionizare Puls, curent, integral α, p, d, β, n(f,α), X(e), γ(e) β, X(e), n(α,p), γ(e)

Puls

β, γ(e) cu α, p, d, ioni, n(f,α), X(e), γ(e) γ(e), β, ioni, n(p)

Puls

Contorul proportional Contor Geiger-Mueller Ionizarea solidului Fluorescenta

Detector semiconductori Detector cu scintilatie

Puls, curent Puls

2. Detectori cu gaz Un detector cu ionizare in gaz se prezinta ca o incinta umpluta cu gaz, in care zona sensibila este situata intre doi electrozi (fie in geometrie plana sau cilindrica, cu fir central) cu rol in colectarea sarcinilor formate prin ionizarea gazului. Particulele cu sarcina electrica si energie suficienta, care patrund in zona sensibila dintre electrozi, ionizeaza gazul. In mod normal, efectul de ionizare poate fi urmat de recombinare, dar daca se aplica electrozilor un cimp electric suficient de intens, recombinarea este impiedicata, ionii separati si colectati pe electrozi. Acesta este principiul de functionare al camerei de ionizare. Ce se intimpla in gaz depinde de tensiunea aplicata pe electrozi (de intensitatea cimpului electric) care produce accelerarea ionilor.

+ HV

ELECTRONICA

Fig. 1. Contor proportional cu gaz: o particula ionizanta patrunde din stinga: electronii sint colectati la anod(electrodul pozitiv), iar sarcinile pozitive sint accelerate spre catod.

Gazele utilizate in detectorii de ionizare trebuie sa aiba anumite proprietati de drift, timp de revenire etc, iar alegerea lor este determinata de regimul de lucru utilizat. Multiplicarea apare in gaze nobile la 1

CPSDN intensitati de cimp mai joase decit in gazele cu molecule complexe, ceea ce sugereaza ca partea principala a gazului de umplere trebuie sa fie un gaz nobil. Se utilizeaza mult Ar, de exemplu. Gazele nobile nu permit insa multiplicari prea mari si intra in descarcare, datorita emisiei de fotoni de energii mari. Acesti fotoni energetici pot fi absorbiti de un gaz de stingere organic, ca de exemplu isobutan, metan sau alcooluri. Un amestec clasic este, pentru contori proportionali, amestecul P10(90% Ar + 10% metan). Pentru aplicatii speciale se folosesc si alte amestecuri cu proprietati deosebite. Dozimetrie Detectorii de radiatie se utilizeaza in diferite domenii, cu scopuri de masurari de particule si a diferitelor proprietati, energie, pozitie, etc, dar cele mai raspindite aplicatii practice sint cele de dozimetrie. Se face dozimetrie de supraveghere a mediului, a zonelor de lucru cu radiatii, se masoara dozele absorbite individuale, se masoara doze de iradiere in terapie sau se masoara doze individuale pentru radioprotectie. O clasificare relativ simpla a aparaturii dozimetrice ar fi in: aparatura etalon (de obicei camere de ionizare de precizie sau alte metode speciale pentru radiatie X si gamma, de exemplu , aparatura de cimp, de radioprotectie (aparate de precizie mai joasa, care masoara de obicei in cimpuri necunoscute sau aproximativ cunoscute- debitmetre si dozimetre de cimp, relativ usor de utilizat) si dozimetre individuale (casete fotodozimetrice, stilodozimetre, TLD-uri). Aparatele de cimp cel mai frecvent intilnite (fiind si mai ieftine), cu precizie suficienta in majoritatea cazurilor sint cu contori, proportional sau Geiger-Mueller. Prin miniaturizarea electronicii si reducerea costurilor incep sa devina populare si accesibile si instrumente de mai mare precizie si mai compacte, utilizind scintilatori sau chiar semiconductori. Filmul fotodozimetric Caseta fotodozimetrica a fost (si mai este) detectorul preferat de supraveghere dozimetrica individuala, fiind utilizata si ca document de supraveghere. Filmul fotografic utilizat se innegreste pe masura expunerii la radiatie ionizanta, proportional cu doza absorbita in emulsie. Casetele dozimetrice contin de obicei un set de filtre din diferite substante (Cu, Sn, etc) citirea diferitelor cimpuri ‘imagine’ de innegrire decelind intre particule si energii intr-o oarecare masura. Se intrepreteaza rezultatele dupa curbe (de calibrare) de dependenta de doza de radiatie a densitatii de innegrire pe film. Unele casete dozimetrice au si cite o capsula dintr-un material termoluminescent, pentru o monitorizare mai complexa, de exemplu la neutroni. Detectori cu termoluminescenta (TLD) Detectorii cu termoluminescenta se bazeaza pe proprietatea radiatiilor nucleare de a determina excitarea si migrarea electronilor sau vacantelor dintr-un material cristalin, urmata de fixarea lor temporara, pentru un timp suficient de lung la temperaturi joase, pe nivele capcana adinci. Acesti purtatori sint ulterior eliberati, la temperatura inalta si se vor recombina cu emisie de lumina. Acesta este fenomenul de termoluminescenta. Materialele cu aceasta proprietate se numesc ‘fosfori’. Daca incalzirea detectorilor iradiati se face treptat, cu o rata constanta, intensitatea de luminescenta se modifica, prezentind una sau mai multe maxime, corespunzind distributiei capcanelor de adincime. Curba dependentei intensitatii luminoase cu temperatura, numita “curba de stralucire” permite estimarea numarului de purtatori captati, legata direct de numarul de purtatori excitati, deci si de doza absorbita. Ca masura a dozei se pot utiliza fie lumina integrala emisa prin incalzire sau inaltimea unui sau mai multor picuri din curba de stralucire. Dintre cele mai cunoscute substante utilizate ca TLD sint: CaSO4:Mn (sau Sm sau Dy), CaF2 natural sau dopat, CaF2:Mn, si LiF. TLD-urile se prezinta sub forma unor mici pastile si pot fi utilizate foarte usor in supravegherea dozimetrica individuala in casete, inele etc. Stilodozimetrele incep sa se utilizeze mai putin in ultimii ani, dar sint niste dispozitive relativ simple. Practic, acestea sint niste dozimetre integratoare care masoara ionizarea in gazul din tubul respectiv, care este masurat ca descarcarea unui electroscop, incarcat la o valoare nominala, inainte de expunerea la radiatii.

2

CPSDN

APARATURA DOZIMETRICA TIPURI DE DOZIMETRE - Dozimetre individuale - Dozimetre cu film - Stilodozimetre - Dozimetre termoluminiscente - Semnalizatoare de radiatii - Dozimetre electronice - Aparatura dozimetrica portabila - Debitmetre pentru radiatii X si/ sau gama - Contaminometre α ,β. - Debitmetre neutroni - Aparatura dozimetrica de laborator - Avertizoare de punct fix - Contaminometre personal - Analizoare IN CONTROLUL NEDISTRUCTIV CU RADIATII PENETRANTE SE UTILIZEAZA :

Dozimetre individuale - Dozimetre individuale / Dozimetrul cu film: Este format din: caseta fotodozimetrica si filmul dozimetric. Pentru utilizator este necesara achizitionarea casetei fotodozimetrice (ASR) si asigurarea unui contract cu un laborator acreditat ce CNCAN pentru asigurarea controlului dozimetric cu film(Asigura filmul dozimetric , interpretarea filmelor expuse si transmiterea fiselor dozimetrice) Dozimetrul cu film trebuie etalonat periodic. - Semnalizatoare de radiatii Indica prezenta radiatiilor nucleare dand un semnal optic si/sau sonor a carui intensitate este proportionala cu intensitatea radiatiilor (nu este un produs metrologic, ASR). - Dozimetre electronice Asigura masurarea continua a dozei incasate de purtator, este dotat cu praguri reglabile de avertizare (Hp10), poate masura si debitul echivalentului de doza. Conditii de utilizare: - ASR - BVM valabil (un an) Aparatura dozimetrica portabila Debitmetre pentru radiatii X si γ Asigura masurarea continua a debitului echivalentului de doza ambiental la locurile de munca. Conditii de utilizare - ASR - BVM valabil (un an) Pentru generatori de radiatii X se folosesc debitmetre cu camera de ionizare Pentru surse inchise se folosesc debitmetre cu contori proportionali sau contori GM Aparatura dozimetrica de laborator Avertizor punct fix utilizat. Pentru depozitul de surse si/sau laboratorul de lucru. Are unul sau mai multe praguri de avertizare optica si/sau sonora, poate fi dotat si cu instrument de masura al debitului . Conditii de utilizare: - ASR - BVM valabil (un an). 3

CPSDN .

4