В чем измеряется гамма излучение

Как пользоваться дозиметром?

Человек, который беспокоится о своем здоровье, состоянии окружающей среды и хочет знать показатели радиоактивности в любой нужный момент, покупает для этих целей дозиметр. Однако на практике в первое время могут возникать вопрос: «Как проверить уровень радиации правильно и максимально точно?» Ведь можно оказаться в разных ситуациях и преследовать разнообразные задачи, потому от понимания показаний дозиметра может зависеть жизнь.

То, чем измеряют радиацию понятно всем интересующимся данным вопросом – это дозиметры, которые могут быть бытовыми и профессиональными. Популярный прибор для измерения радиактивности RADEX рекомендован для использования в быту, хотя имеет характеристики, которыми обладают профессиональные приборы. Он обладает всеми нужными функциями и имеет абсолютно понятный процесс измерения. Как говорится, с ним точно не прогадаете.

Перед тем, как на практике проверить измеритель радиации, нужно знать показатели, на которые следует ориентироваться. К ним относятся доза и мощность дозы (МЭД). Разберем подробнее, как пользоваться дозиметром, чтобы узнать эти параметры и правильно проанализировать их.

Доза и мощность дозы

Мощность дозы – это характеристика, которая позволяет оценить скорость ионизации вещества под действием излучения. Это скорость, с которой накапливается доза и становится опасной для здоровья или жизни. Измеряется данный параметр в мк3в/ч (микрозивертах за час). Это системная единица измерения.

При измерении мощности дозы с помощью дозиметра или индикатора радиоактивности нужно помнить, что ионизирующее излучение имеет динамический характер, потому показания дозиметра в одних и тех же условиях не всегда показывают одинаковую величину. Именно для этого советуем проверять уровень мощности дозы за 3-5 заходов, не выключая прибор. Что можно понять после измерения мощности дозы? Зная этот параметр, определяют насколько долго можно находиться в анализируемой местности без вреда для здоровья. Чем больше будет ее величина, то и доза будет быстрее накапливаться в определенном месте, предмете и т. д. Превышение порогового значения уровня мощности дозы (уровень которого можно устанавливать индивидуально), в дозиметрах или индикаторах радиоактивности RADEX сопровождается звуковым и вибро сигналом.

Как пользоваться дозиметром для измерения дозы?

Если нужно провести измерение дозы излучения, для начала необходимо обнулить показания накопленной дозы дозиметра и положить включенный дозиметр в карман. В каких случаях нужно измерять дозу в быту? Например, в путешествиях по незнакомым местам. Дозу можно назвать естественным фоном, который всегда присутствует в минимальных количествах в окружающей среде. Максимально допустимая доза для человека в год составляет 2500 мк3в (или 2.5 м3в). Однако бывают места и с 8 м3в либо 10 м3в, в таком случае человеку находиться там опасно для здоровья. Вот почему измерение дозы радиации так важно: можно и не подозревать о радиоактивности местности и подвергаться риску.

Особенности измерения альфа, бета и гамма излучений

Теперь разберем разновидности излучений, которые можно измерять с помощью дозиметра или индикатора радиоактивности. Для человека в быту интерес представляют альфа, бета и гамма излучения. Только некоторые приборы могут похвастаться чувствительностью к трем видам излучений. К сожалению, в большинстве дозиметров, чтобы измерить альфа- или бета- излучение, необходимо проводить предварительные процедуры или замеры радиации. Из всей массы дозиметрических приборов, нужно выделить дозиметр RADEX RD1008, который может одновременно измерять два вида излучений, бета- и гамма . В приборе RADEX RD1008 применяются два датчика радиации, один БЕТА-2 чувствителен к альфа-, бета- и гамма излучениям, а второй БЕТА-2М только к гамма- излучению.

Следует помнить, что наиболее опасным считается гамма излучение. При этом и обнаружить его легче. Чтобы проверить на радиацию объект или предмет правильно и максимально точно, нужно прибор подносить как можно ближе к объекту, почти вплотную. Необходимо также следить, чтобы дозиметр не “испачкался”, например, если пыль или другой мелкодисперсный объект исследований будет с повышенным уровнем радиоактивности, и он попадёт незаметно на корпус дозиметра, тогда показатели будут неверными.

Как же определить альфа излучение? Измерение уровня радиации альфа- излучения удобнее всего осуществлять с помощью прибора RADEX RD1008, поскольку в нем предусмотрен датчик радиации, который чувствует альфа- излучение. Для этого нужно воспользоваться самой обычной бумагой, сначала произвести измерения накрыв объект листком бумаги, а потом провести измерение того же объекта без бумаги. Дело в том, что бумага останавливает альфа частицы. Если в ходе измерения вы выявили большую разницу в полученных показателях, то это означает наличие существенного количества альфа частиц в образце.

Как быстро найти радиоактивный предмет?

Если прибор фиксирует повышенный уровень радиации, значит, есть и источник радиации. Как выявить радиоактивный предмет? Для поисковой задачи идеально подходит дозиметр RADEX ONE, поскольку у него есть специальный режим измерения СРМ, в котором фиксирует количество радиоактивных частиц, а не делает пересчеты и не просчитывает среднее значение. Поэтому прибор быстро реагирует на малейшие изменения показателей радиоактивности, при попадании в аномальную зону. Наиболее удобно проводить измерение радиации с включенным звуковым сигналом в режиме поиска. Для того чтобы его включить, следует:

1. зайти в меню, выбрать нужный режим, в данном случае это будет «CPM»;
2. подтвердить функцию с помощью кнопки «выбор».

Искать место расположения источника излучения нужно перемещая включенный прибор над поверхностью исследуемого объекта. При этом ориентироваться стоит на частоту звуковых сигналов (в настройках меню: порог – отключен, звонок – включен). Чем ближе вы приближаетесь к источнику, тем частота будет возрастать, а по мере удаления – убывать.

Определяем уровень радиации в продуктах питания

Что касается продуктов питания, то источниками радиоактивного излучения могут быть дикорастущие ягоды, грибы и растения. За счет особой пористой структуры именно грибы способны особенно быстро накапливать радиацию в больших количествах. Всем грибникам необычайно важно иметь дозиметр при каждом походе в лес.

Если выявлено превышение дозы хотя бы на 50% больше естественного фона, то лучше пройти мимо. Подобные измерения можно производить на рынке или в магазине. Для определения уровня радиации продуктов питания, нужно только приблизить включённый дозиметр к объекту исследования на расстояние около 1 см. Если приходится иметь дело с жидкостью, то исследование нужно проводить над открытой поверхностью жидкости. Нужно следить, чтобы вода не попала на прибор. Для этого можно использовать полиэтиленовый пакет, но не больше одного слоя.

Измерение радиации в доме или квартире

Жилье является тем местом, где мы проводим большую часть жизни. Потому не помешает проверить квартиру на радиацию перед ее покупкой. Да и в процессе проживания нужно регулярно производить измерения, т.к. мы регулярно приносим в дом новые объекты, которые потенциально могут быть радиоактивными. Важно, чтобы фон в квартире или доме не превышал естественный фон, более чем на 0.2-0,3 мк3в/час.

Многие задаются вопросом: «Как проверить уровень радиации в квартире?». Нужно обойти с прибором квартиру, держать дозиметр при этом ближе к стенам или полу. Если обнаружите увеличение его показаний более чем на 0.2-0,3 мк3в/час, остановитесь и попробуйте приближать дозиметр к подозрительному месту и относить его в середину комнаты. Если и при этом показания будут увеличиваться у стены и уменьшаться по мере удаления, значит стена со скрытым источником излучения. Важно провести измерения в разных местах, ведь помимо стен, излучать радиацию могут различные старинные вещи, мебель и другие предметы. Например, подносить дозиметр к стенам в частном доме, где имеется печь из кирпича, нужно на некотором расстоянии от нее. Дело в том, что кирпич может давать повышенный уровень радиоактивности (почти в 2 раза). И чтобы провести измерение правильно, нужно отдалить дозиметр от печки на 40-50 см и постепенно приближать.

Особенности измерений на улице или в походе

Не менее важно проводить замеры на улице, ведь источниками радиации могут быть осадки и воздух. Также есть риски повышения уровня радиоактивности, если наблюдается ветер со стороны промышленных предприятий. В условиях мегаполиса излучение может происходить из самых разных источников, порою непредсказуемых. Например, во время транспортировки радиоактивных веществ, в некоторых местах в воздухе можно также выявить повышенную дозу радиации.

Чем могут помочь дозиметры RADEX в туристических походах? На какие места нужно обращать внимание при поиске места для ночевки? Если вы находитесь в горной местности, то источниками радиации могут быть разные минералы или растения. Перед тем, как разбить лагерь, лучше произвести замеры радиации в нескольких местах.

• Полезная информация
• Вопросы и ответы
• Конвертор единиц

Немножко про радиацию

Я уже привык к тому, что для большинства людей радиация — область мифологии, а не науки. Но тут наткнулся на эту запись, в которой уже типа профессионал объясняет безумную опасность советских датчиков дыма. После этого решил, что стоит таки заняться просветительством.

Вред радиации

Каков ответ на вопрос «вредна ли радиация»? Такой же, как и на вопросы «вредна ли температура?» или «вреден ли свет?». Вредно не само явление, а выход его численных параметров за оптимальные для жизни пределы. Многочисленные опыты на животных показали небольшое увеличение средней продолжительности жизни, усиление иммунитета и т.д. при некотором дополнительном, относительно природного, облучении. Они же показали уменьшение всех этих параметров при дальнейшем увеличении дозы радиации. Разумеется, не было никакой универсальной для всех видов животных дозы, дающей оптимальный результат, у всех она разная. Никто не знает, какой уровень радиации был бы идеальным для человека, т.к. для этого пришлось бы поставить контролируемые опыты на десятках тысяч людей.

Зато известно другое: к разным факторам человек имеет разную чувствительность. Так, например, человек хорошо себя чувствует при температуре 300 К (27 °C), но если изменить её всего на 10%, до -3 °C или 57 °C, то без защитного снаряжения (соответствующей одежды) лишь немногие тренированные люди смогут выжить. Если изменить её на 20%, до -33 °C или 87 °C, то ни один человек без защиты долго не выживет. А вот плавное изменение освещённости в 10-20 раз человек не замечает вообще. Разница между ярким искусственным освещением и освещённостью на улице в солнечный день — около 1000 раз… Разумеется, в полной темноте человек хоть и может выживать, но с большим трудом, а слишком яркое освещение уже вызовет проблему с температурой. Но в общем и целом допустимый диапазон изменений — многие тысячи раз.

Какова чувствительность человека к радиационному облучению? Достаточно низкая. Природный уровень радиации в разных уголках планеты меняется крайне значительно. Если в среднем по всей Земле человек получает дозу 2,4 мЗв в год, то в некоторых местах — лишь 1 мЗв, а в других — 10, а то и 15-20 с лишним. Но никаких достоверных данных, показывающих, что этот разброс оказывает влияние на здоровье, не обнаружено. Так, например, повышенным дозам облучения подвергаются жители Швейцарии, которая славится высокой продолжительностью жизни своих граждан. Ещё больше дозы радиации получают космонавты — около 0,5 мЗв в… день! Т.е. за месяц они получают столько, сколько жители самых радиоактивных уголков планеты за год.

Конечно, это не повод лезть на экскурсию под саркофаг четвёртого энергоблока ЧАЭС. Там вы за минуту получите дозу больше, чем за месяц на МКС, а такое облучение совершенно достоверно оказывает крайне неблагоприятное влияние на продолжительность жизни. Но и бояться всего и вся тоже не стоит.

Единицы измерения радиации

В прошлом разделе я всюду использовал единицу «мЗв». Это — «миллизиверт». Давайте разберёмся, что это такое, и какие вообще единицы измерения тут есть.

Начнём с того, что на слуху — рентгена (Р). В рентгенах измеряется только исключительно рентгеновское и гамма-излучение. Этой единицей измеряют так называемую экспозиционную дозу, т.е. то, сколько ионов рождает излучение в сухом воздухе. Она предельно удобна при измерениях с помощью ионизационной камеры, т.к. этот тип датчика измеряет именно количество ионов (точнее — их суммарный заряд). Дозу в рентгенах можно получить напрямую, в то время как все остальные дозы измеряются опосредованно, оставляя простор для ошибок измерений. Но, с другой стороны, эта доза не указывает напрямую то, какой вред излучение наносит человеку, да и для бета- и альфа-излучения с прочими нейтронами ею пользоваться нельзя, она для них не определена.

Следующая единица — это рад. Рад — это единица поглощённой дозы любого излучения. Т.е. то, сколько энергии ионизирующего излучения поглотила единица массы вещества. Рад равен 100 эрг на 1 грамм или 0,01 Дж на 1 кг. Также в радах измеряется керма. Керма — это сколько кинетической энергии получают заряженные частицы вещества при поглощении этим веществом ионизирующего излучения, не несущего заряд (гамма, нейтроны). В большинстве случаев поглощённая доза и керма весьма точно совпадают, так что не забивайте себе этим голову. Если воздух поглотит 0,88 рад гамма-излучения, то в нём появится ионов на 1 Р. Можно условно сказать, что 1 Р = 0,88 рад, а 1 рад гамма-излучения равен 1,14 Р. Впрочем, т.к. всё равно воздух неточно соответствует тканям человека, да и ткани есть разные, плюс погрешность дозиметров редко бывает меньше 20%, обычно считают 1 Р = 1 рад. Недостатком рада, а точнее — поглощённой дозы, является то, что она не учитывает существенно разное действие на организм различных видов излучения.

Следующая единица — это биологический эквивалент рада (бэр). Бэр — это единица эквивалентной дозы. Т.е. тут учитывается, что быстрые нейтроны при той же энергии нанесут в 10, а альфа-частицы — в 20 раз больше вреда организму, чем гамма- или бета-излучение. Соответствующие коэффициенты есть (или могут быть получены) для абсолютно любых видов ионизирующего излучения. Также в бэрах измеряется эффективная доза, в которой учитывается различная чувствительность разных органов. Если человек облучается полностью равномерно, то эквивалентная и эффективная доза совпадают, но в случае, если какие-то части тела облучаются сильнее, а какие-то слабее, могут быть заметные различия. Так, например, руки выдерживают весьма большие дозы, а вот спинной мозг очень чувствителен к облучению. В бэрах также измеряется амбивалентный эквивалент дозы — такая «сферическая доза в вакууме». Без шуток, она определена для 30 см шара строго нормированного состава, используется для всяких тестов, моделирования и т.д.

Далее у нас идёт грей (Гр). Грей — это аналог рада в системе СИ. 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Ну и, наконец, зиверт (Зв). Это — аналог бэра в СИ. 1 Зв = 100 бэр. Соответственно, мЗв, который я использовал в первом разделе, равен 0,001 Зв или 0,1 бэр.

Кроме дозы есть ещё активность радиоактивного вещества. Т.е. то, сколько распадов в нём происходит за определённое время. Активность измеряют либо в кюри (Ки), либо в беккерелях (Бк). Кюри — активность одного грамма радия-226, очень большая величина. Беккерель — один распад в секунду, очень малая величина. 1 Ки = 37 ГБк.

Чтобы было проще ориентироваться, приведу некоторые числа:
— уровень гамма-радиации в моей комнате примерно 7 мкР/ч, 0,07 мкГр/ч и 0,07 мкЗв/ч (мощности соответственно экспозиционной, поглощённой и эквивалентной доз). Уровень гамма-радиации на отделанных гранитом платформах Московского метро примерно вдвое выше (плюс доза альфа-облучения лёгких от повышенного уровня радона);
— единовременная доза, при которой может начаться лучевая болезнь — 100 Р, 1 Гр и 1 Зв;
— активность природного радиоактивного калия-40 в банане составляет примерно 20 Бк, в килограмме бананов — 130 Бк.

Приборы измерения радиации

В принципе есть огромное количество разных приборов и методов измерения радиации, но я тут расскажу только о том, с чем в принципе может столкнуться человек, не работающий в соответствующих направлениях.

В магазинах вы можете встретить «индикаторы радиоактивности», «дозиметры» и «дозиметры-радиометры».

Первые — это приборы, которые не проходят сколько-нибудь существенных испытаний и вообще на точность измерений не претендуют. Почти всегда они сделаны на базе счётчика Гейгера типа СБМ-20. Реже — на базе миниатюрного СБМ-21 или на базе чувствительных к альфа-излучению счётчиков, например Бета-1 или Бета-2. Многие считают, что такие приборы могут занижать показания. Некоторые «профессионалы» заявляют, что при низкой энергии гамма-излучения, на уровне 30-100 кэВ, приборы на СБМ-20 и СБМ-21 занижают в разы, а ниже вообще не фиксируют. Мой же опыт показывает, что всё с точностью до наоборот: при низкой энергии гамма-излучения (опыты ставились с 59 кэВ) они в разы завышают свои показания. Конечно, гамма-излучение совсем низкой энергии они не зафиксируют, но оно и не представляет большой опасности, т.к. поглощается ещё в коже. Бета-1 и Бета-2 фиксируют все виды излучения, причём ещё сильнее завышают показания при низкой энергии гамма-излучения.

Дозиметром честный производитель обычно называет прибор, точности измерения которым уделялось какое-никакое внимание. Чаще всего они тоже сделаны на базе СБМ-20, но тот уже закрыт специальным съёмным фильтром, который ослабляет гамма-излучение низкой энергии и полностью поглощает бета-излучение. Это позволяет точно измерить уровень гамма-излучения в широком диапазоне энергий. Также эти приборы обычно умеют интегрировать показания за длительное время, показывая не только мощность дозы, но и саму дозу. Приборы по-лучше содержат датчики Бета-1, Бета-2 или другие со слюдяным окном для бета-излучения низкой энергии и альфа-излучения, тоже оснащены фильтрами. Совсем дорогие приборы могут использовать полупроводниковые или сцинтилляторные датчики, которые имеют огромную чувствительность к гамма-излучению и не просто фиксируют частицы, а измеряют их энергию. Это позволяет максимально точно измерить дозу, а некоторые модели даже умеют определять изотопы, которые вызывают облучение. Впрочем, полупроводники и сцинтилляторы могут сыграть злую шутку: у них чувствительность очень сильно зависит от энергии, так что измерять её не просто можно, а обязательно нужно. И нужно качественно учесть зависимость чувствительности от энергии. Если такой датчик воткнули в прибор только для громкой надписи «сцинтилляторный», то точность измерений у него может быть хуже, чем у дешёвых индикаторов радиоактивности.

Дозиметр-радиометр — это прибор, который кроме дозы гамма-излучения измеряет ещё и поток бета-частиц (при соответствующих датчиках — и альфа). Два предыдущих пункта тоже фиксируют бета-излучение (дозиметры — при снятом фильтре), но они продолжают пересчитывать показания в рентгены или зиверты, как если бы это было гамма-излучение. Результат получается абсолютно неправильным: если для гамма-излучения вероятность фиксации частицы счётчиком Гейгера прямо пропорциональна его энергии в довольно широком диапазоне (где-то от 0,3 до 1,5 МэВ), причём этот диапазон расширяется фильтрами вниз где-то до 0,03-0,05 МэВ, то для бета-излучения ничего подобного нет. В первом приближении выше определённой границы энергии датчик фиксирует почти все бета-частицы, а ниже — ни одной. Аналогично и с альфа-излучением (если счётчик его в принципе фиксирует). Радиометру же можно «сказать», что ты сейчас измеряешь бета-излучение, и тогда он будет пересчитывать показания в число частиц на квадратный сантиметр площади сечения датчика в единицу времени. Сначала измеряешь с фильтром, чтобы выяснить гамма-фон, потом без него, вычитаешь из второго первое — и вот поток бета-частиц. Для альфа всё тоже самое, только там ещё добавляется второй фильтр, который задерживает его, но пропускает бета-частицы. Иногда он встроен, иногда надо самому брать подручный, типа листа бумаги.

Есть ещё программные дозиметры для смартфонов, использующие закрытую непрозрачным материалом фотокамеру в роли эрзац детектора. Они реально работают, но по моему опыту ждать от них точности не приходится, могут ошибаться в разы в любую сторону.

Стоит также отметить, что при небольших уровнях радиации показания всех приборов оказываются не слишком точными: они фиксируют за цикл измерения лишь порядка десятка частиц, так что статистическая погрешность становится сравнимой с измеряемой величиной. Если сейчас прибор показывает 0,07 мкЗв/ч, а через минуту — 0,14 мкЗв/ч, это абсолютно не значит, что уровень радиации возрос в два раза. Скорее всего он как был 0,10 мкЗв/ч, так и остался.

Ещё замечание на счёт собственно измерений: нужно их проводить так, чтобы датчик прибора можно было считать точечным. Т.е. либо источник радиации, либо расстояние от него до датчика должно быть в разы больше самого датчика. Если вы тыкаете каплей радиевой краски на кончике тумблера в центр какой-нибудь Бета-2, то в разных точках датчика уровень радиации отличается на несколько порядков. Что датчик в таких условиях измеряет — «одному Богу известно». Измерения «на поверхности» допустимы либо для больших источников (загрязнённый грунт, например), либо когда мы не стремимся именно измерить, а лишь с максимальной чувствительностью зафиксировать факт наличия излучения.

Индикатор радиоактивности на месте радиоактивного заражения

Профессиональный сцинтилляторный дозиметр на месте радиоактивного заражения (уровень радиации — цифры внизу)

Программный дозиметр. В данном конкретном случае в 3-4 раза занижает показания

Радиация в быту

Какие источники радиации можно встретить в быту? Самые разные.
Например, всё, что содержит много калия, калийные удобрения, диетическая соль с добавкой калия и т.д., радиоактивно из-за содержания природного калия-40. Человек, кстати, тоже радиоактивен, т.к. калий — неотъемлемый элемент организма.
Если же брать источники по-серьёзнее, то это — торированные сварочные электроды (например, марки WT-20), некоторые старые объективы с добавкой оксида тория в стекло, некоторые старые часы и прочие приборы с радиевой подсветкой шкалы (сейчас подсветка уже не работает из-за выгорания люминофора, радий же сохраняется тысячи лет), ионизационные датчики дыма на америции-241, старые ионизационные датчики дыма на плутонии-239 (оружейного качества, кстати) и т.д.
До тех пор, пока всё это остаётся целым и невредимым, оно, как правило, опасности не представляет. Проблемы могут возникнуть только при разрушении приборов, т.к. в этом случае частички альфа-активных материалов могут попасть в лёгкие и там создать сильное локальное облучение. Риск раковых заболеваний при этом сильно возрастает. Кстати, рак лёгких у курильщиков в заметной степени вызван тем же: табак содержит альфа-активный полоний-210, тот самый, которым Литвиненко отравили.

Также эти все вещи совершенно законно использовать без специальных разрешений: лишь однажды мне попался манометр, уровень излучения которого выходил за допустимые для безлицензионного использования пределы (1 мкЗв/ч на расстоянии 10 см от поверхности), но он был от истребителя МИГ-21. Впрочем, законы у нас в стране выполняются не-очень… «Специалисты» запросто могут заявить, что всё, что имеет уровень радиации более 30 мкР/ч прямо на поверхности, необходимо изымать. А судьи не очень-то разбираются в таких тонкостях, как нормы радиационной безопасности… Имеется как минимум один прецедент, когда у человека суд отобрал объектив, и не посадили только потому, что он про его радиоактивность не знал. По всем официальным нормам этот объектив можно было использовать.

Реально большую опасность представляют только промышленные источники радиации, действующие рентгеновские аппараты и неконтролируемые аварийные выбросы. К счастью, столкнуться с ними простому человеку не так-то просто. Хотя история прецеденты знает…

Плутониевый источник из датчика дыма РИД-1. Тот самый, про который рассказывают страшилки в статье, спровоцировавшей написание этого текста. Пока цел, существенной опасности не представляет.

Относительно безопасный прибор с радиевой подсветкой

Большое скопление относительно безопасных приборов может быть уже не таким безопасным

Редкий пример прибора с радиевой подсветкой, в десяток с лишним раз выходящий за допустимые пределы

Промышленный источник, который может представлять реальную опасность

Заражённая местность

Результат неконтролируемого аварийного выброса полвека назад

Активная зона ядерного реактора

• радиация
• радиоактивность
• дозиметр
• дозиметр-радиометр
• дозиметр для смартфона

Радиация вокруг нас (ликбез)

Слово радиация, в переводе с английского «radiation» означает излучение и применяется не только в отношении радиоактивности, но целого ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Поэтому в отношении радиоактивности следует применять принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и Нормами радиационной безопасности понятие «ионизирующее излучение».

ионизирующее излучение ( ИОНИЗИРУЮЩАЯ РАДИАЦИЯ )?

Ионизирующее излучение — излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое при взаимодействии с веществом непосредственно или косвенно вызывает ионизацию и возбуждение его атомов и молекул. Энергия ионизирующего излучения достаточно велика, чтобы при взаимодействии с веществом, создать пару ионов разных знаков, т.е. ионизировать ту среду в которую попали эти частицы или гамма кванты.

Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны.

Что такое радиоактивность?

Радиоактивность – самопроизвольное превращение атомных ядер в ядра других элементов. Сопровождается ионизирующим излучением. Известно четыре типа радиоактивности:

• альфа-распад – радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается альфа-частица;
• бета-распад — радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается бета-частицы, т.е электроны или позитроны;
• спонтанное деление атомных ядер — самопроизвольное деление тяжелых атомных ядер (тория, урана, нептуния, плутония и других изотопов трансурановых элементов). Периоды полураспада у спонтанно делящихся ядер составляют от нескольких секунд до 1020 для Тория-232;
• протонная радиоактивность — радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускаются нуклоны (протоны и нейтроны).

Что такое изотопы?

Изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый электрический заряд атомных ядер и потому занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева одинаковое место. Например: 55Cs131, 55Cs134m, 55Cs134, 55Cs135, 55Cs136, 55Cs137. Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые – самопроизвольно распадающиеся путем радиоактивного распада, так называемые радиоактивные изотопы. Известно около 250 стабильных, и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить Pb206, Pb208 являющийся конечным продуктом распада радиоактивных элементов U235, U238 и Th232.

ПРИБОРЫ ДЛЯ измерения радиации и радиоактивности.

Для измерения уровней радиации и содержания радионуклидов на различных объектах используются специальные средства измерения:

• для измерения мощности экспозиционной дозы гамма излучения, рентгеновского излучения, плотности потока альфа и бета-излучения, нейтронов, используются дозиметры различного назначения;
• для определения вида радионуклида и его содержания в объектах окружающей среды используются спектрометрические тракты, состоящие из детектора излучения, анализатора и персонального компьютера с соответствующей программой для обработки спектра излучения.

В настоящее время в магазинах можно купить различные виды измерителей радиации различного типа, назначения, и обладающие широкими возможностями. Для примера приведём несколько моделей приборов, которые наиболее популярные в профессиональной и бытовой деятельности:

РАДЭКС МКС-1009 — профессиональный дозиметр-радиометр, был разработан для радиационного контроля денежных купюр операционистами банков, в целях исполнения «Инструкция Банка России от 04.12.2007 N 131-И «О порядке выявления, временного хранения, гашения и уничтожения денежных знаков с радиоактивным загрязнением»».

RADEX RD1503+ — лучший бытовой дозиметр от ведущего производителя, данный портативный измеритель радиации зарекомендовал себя временем. Благодаря простому использованию, небольшому размеру и низкой цене, пользователи назвали его народным, рекомендуют его друзьям и знакомым, не боясь за рекомендацию.

СРП-88Н (сцинтилляционный радиометр поиска) – профессиональный радиометр предназначен для поиска и обнаружения источников фотонного излучения. Имеет цифровой и стрелочный индикаторы, возможность установки порога срабатывания звукового сигнализатора, что значительно облегчает работу при обследовании территорий, проверки металлолома др. Блок детектирования выносной. В качестве детектора используется сцинтилляционный кристалл NaI. Автономный источник питания 4 элемента Ф-343.

ДБГ-06Т – предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) фотонного излучения. Источник питания гальванический элемент типа «Корунд».

ДРГ-01Т1 — предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) фотонного излучения.

ДБГ-01Н – предназначен для обнаружения радиоактивного загрязнения и оценки с помощью звукового сигнализатора уровня мощности эквивалентной дозы фотонного излучения. Источник питания гальванический элемент типа «Корунд». Диапазон измерения от 0.1 мЗв*ч-1 до 999.9 мЗв*ч-1

РКС-20.03 «Припять» — предназначен для контроля радиационной обстановки в местах проживания, пребывания и работы.

Дозиметры позволяют измерять:

• величину внешнего гамма-фона;
• уровни загрязнения радиоактивными веществами жилых и общественных помещений, территории, различных поверхностей
• суммарное содержание радиоактивных веществ (без определения изотопного состава) в продуктах питания и других объектах внешней среды (жидких и сыпучих)
• уровни загрязнения радиоактивными веществами жилых и общественных помещений, территории, различных поверхностей;
• суммарное содержание радиоактивных веществ (без определения изотопного состава) в продуктах питания и других объектах внешней среды (жидких и сыпучих).

Как выбрать измеритель радиации и другие приборы для измерения радиации вы можете прочитать в статье «Бытовой дозиметр и индикатор радиоактивности. как выбрать?«

Какие виды ионизирующего излучения существуют?

Виды ионизирующего излучения. Основными видами ионизирующего излучения, с которыми нам чаще всего приходится сталкиваться являются:
Альфа-излучение
Бета-излучение
Гамма-излучение
Рентгеновское излучение

Конечно существуют и другие виды излучения (нейтронное), но с ними мы сталкиваемся в повседневной жизни значительно реже. Различие этих видов излучения заключается в их физических характеристиках, в происхождении, в свойствах, в радиотоксичности и поражающем действии на биологические ткани.

Источники радиоактивности могут быть природными или искусственными. Природные источники ионизирующего излучения это естественные радиоактивные элементы находящиеся в земной коре и создающие природный радиационный фон, это ионизирующее излучение приходящее к нам из космоса. Чем больше активность источника (т.е. чем больше в нем распадается атомов за единицу времени), тем больше он испускает за единицу времени частиц или фотонов.

Искусственные источники радиоактивности могут содержать радиоактивные вещества полученные в ядерных реакторах специально или являющиеся побочными продуктами ядерных реакций. В качестве искусственных источников ионизирующего излучения могут быть и различные электровакуумные физические приборы, ускорители заряженных частиц и др. Например: кинескоп телевизора, рентгеновская трубка, кенотрон и др.

Альфа-излучение (α -излучение) — корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц (ядер гелия), испускаемых при радиоактивном распаде, ядерных превращениях. Ядра гелия имеют значительную массу и запас энергии до 10 Мэв (мегаэлектрон-вольт). Обладая незначительным пробегом в воздухе (до 50 см) представляют наибольшую опасность для биологических тканей при попадании на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, при попадании внутрь организма в виде пыли или газа (радий-222). Токсичность альфа-излучения определяется очень высокой плотностью ионизации, т.е. альфа-частица расходует весь запас энергии на создание на небольшом отрезке пути пробега очень большого количества пар ионов противоположного знака.

Бета-излучение (β -излучение) — корпускулярное электронное или позитронное ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, которое возникает при превращениях ядер или нестабильных частиц (например, нейтронов). Характеризуется граничной энергией спектра Еb , или средней энергией спектра.

Поток электронов (бета-частиц) способен проходить в воздухе расстояние до нескольких метров (в зависимости от энергии), в биологических тканях величина пробега бета-частицы измеряется несколькими сантиметрами. Бета-излучение, как и альфа-излучение, наибольшую опасность представляет при контактном облучении, т.е при попадании внутрь организма, на слизистые оболочки и при загрязнении кожных покровов.

Рентгеновское излучение (Тормозное). Рентгеновское излучение по своим физическим свойствам аналогично гамма-излучению, но природа его совсем другая. Оно образуется в рентгеновской трубке в результате торможения электронов на вольфрамовой мишени. Энергия рентгеновского излучения не может быть больше величины напряжения поданного на трубку. Это электромагнитное излучение с длиной волны 10-5-10-2 нм. Излучается при торможении быстрых электронов в веществе (непрерывный спектр) и при переходах электронов из внешних электронных оболочек атома на внутренние (линейчатый спектр). Источники – рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы (например бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

Что такое источник излучения?

Источник ионизирующего излучения (источник излучения) — объект, который содержит радиоактивное вещество, или техническое устройство, которое создает или в определенных условиях способно создавать ионизирующее излучение.

Что такое радионуклиды?

Радионуклиды. Радиоактивные вещества ( уран-238, радий-226, торий-232 и др.) и изотопы стабильных химических элементов, отличающиеся массовым числом и неустойчивым состоянием атомов (стронций-90, цезий-134 и 137, америций-241) называются радионуклидами.

Что такое период полураспада?

Период полураспада. Продолжительность существования радиоактивного элемента, т.е. пока он не превратится в стабильный химический элемент, ( конечный распада продуктом любого радионуклида) характеризуется периодом полураспада – интервалом времени, в течение которого число ядер данного радионуклида уменьшается в два раза. Это означает, что уровень радиоактивного загрязнения территории составляющий 4 Кюри/км.кв , для радионуклида с периодом полураспада 30 лет (цезий-137) через 30 лет будет составлять 2 Кюри/км.кв, через следующие 30 лет эта остаточная активность уменьшиться снова в два раза и будет составлять 1 Кюри/км.кв, через следующие 30 лет (т.е через 90 лет от момента заражения) 0,5 Кюри/км.кв и т.д.

В каких единицах измеряется радиоактивность?

Мерой радиоактивности радионуклида в соответствии с системой измерений СИ, является его активность, которая измеряется в Беккерелях (Бк). Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Кроме того, в качестве меры радиоактивности широко используется не системная величина Кюри (Ки) и ее производные (милликюри, микрокюри и т.д.). Численно 1 Кюри = 3.7*1010 Бк, а 1 Бк = 0.027нКи (наноКюри). Содержание активности в единице массы вещества характеризуется удельной активностью, которая измеряется в Бк/кг (л).

В каких единицах измеряется ионизирующее излучение (рентгеновское и гамма)?

Мерой воздействия ионизирующего излучения является экспозиционная доза и измеряется она в Рентгенах (Р) и его производных (млР, мкР), а количественную сторону его характеризует мощность экспозиционной дозы,, которая измеряется в Рентгенах/сек (Р/сек.) и его производных (млР/час, мкР/час, мкР/сек).

Рентген – это доза рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при которой на 0.001293 г воздуха образуются ионы с суммарным зарядом в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.

Эквивалентная доза – она равна произведению поглощенной дозы на средний коэффициент качества ионизирующего излучения (Например: коэффициент качества гамма-излучения составляет 1, а альфа-излучения – 20).

Единица измерения эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена) и его дольные единицы: миллибэр (мбэр) микробэр ( мкбэр) и т.д., 1 бэр = 0,01 Дж/кг-1. Единица измерения эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт, Зв,

1Зв=1Дж/кг-1= 100 бэр.

1 мбэр = 1*10-3 бэр; 1 мкбэр = 1*10-6 бэр;

Поглощенная доза — количество энергии ионизирующего излучения которое поглощено в элементарном объеме, отнесенной к массе вещества в этом объеме.

Единица поглощенной дозы – рад и его дольные значения, 1 рад = 0,01 Дж/кг.

Единица поглощенной дозы в системе СИ – грей, Гр, 1Гр=100рад=1Дж/кг-1

Доза – это сокращенное название эквивалентной дозы — мощности экспозиционной дозы умноженной на время экспозиции, единица измерения бэр.

Мощность дозы – сокращенное название мощности эквивалентной дозы.

Мощность эквивалентной дозы – это отношение приращения эквивалентной дозы за интервал времени к этому интервалу времени, единица измерения бэр/час, Зв/час.

В каких единицах измеряется альфа- и бета-излучение?

Количество альфа- и бета-излучения определяется как величина плотности потока частиц с единицы площади, в единицу времени a-частиц*мин/см2, b-частиц*мин/см2.

Что вокруг нас радиоактивно?

Практически все что нас окружает, да и сам человек. Радиоактивность в определенной мере является естественной средой обитания человека, если она не отличается от естественных уровней. На планете имеются участки территории со значительно повышенным уровнем радиационного фона, в нашем понимании, однако каких-либо серьезных отключений в состоянии здоровья населения не наблюдается, ибо это для них естественная среда обитания. Таким участок территории, например, является штат Керала в Индии.

Для правильного понимания, и что более важно, для правильной оценки, появляющихся иногда в печать устрашающих цифр, следует различать :

• Естественную, природную радиоактивность;
• Техногенную, т.е. изменение радиоактивности среды обитания под воздействием человека ( добыча ископаемых, выбросы и сбросы промышленных предприятий и много другое).

Как правило избавиться от элементов природной радиоактивности практически невозможно. Как можно избавиться от К40, Ra226, Th232, которые повсеместно распространены в земной коре и присутствуют практически во всем что нас окружает, да и в нас самих? А уменьшить влияние этих факторов на человека в наших с Вами силах.

Наглядным примером воздействия радиационных факторов (радиоактивности) на человека могут служить данные вклада различных факторов в суммарную годовую дозу человека, приведенные в книге А.Г. Зеленкова «Сравнительное воздействие на человека различных источников радиации», 1990 г.Диаграмма 1 Из всех природных радионуклидов наибольшую опасность для здоровья человека представляют продукты распада природного урана (U-238) — радий (Ra-226) и радиоактивный газ радон (Ra-222).

Основными поставщиками радия-226 в окружающую природную среду являются предприятия занимающиеся добычей и переработкой различных ископаемых материалов:

• добыча и переработка урановых руд;
• добыча нефти и газа; угольная промышленность;
• промышленность строительных материалов;
• предприятия энергетической промышленности и др.

Радий-226 хорошо поддается выщелачиванию из минералов содержащих уран, этим его свойством объясняется наличие значительных количеств радия в некоторых видах подземных вод (радоновых применяемых в медицинской практике), в шахтных водах. Диапазон содержания радия в подземных водах колеблется от единиц до десятков тысяч Бк/л. Содержание радия в поверхностных природных водах значительно ниже и может составлять от 0.001 до 1-2 Бк/л. Существенной составляющей природной радиоактивности является продукт распада радия-226- радий-222 (Радон). Радон – инертный, радиоактивный газ, наиболее долгоживущий (период полураспада 3.82 дня) изотоп эманации *, альфа-излучатель. Он в 7.5 раза тяжелее воздуха, поэтому преимущественно накапливается погребах, подвалах, цокольных этажах зданий, в шахтных горных выработках, и т.д. * — эманирование– свойство веществ содержащих изотопы радия (Ra226, Ra224, Ra223), выделять образующиеся при радиоактивном распаде эманацию(радиоактивные инертные газы).

Считается, что до 70% вредного воздействия на население связано с радоном в жилых зданиях (см. диаграмму). Основным источником поступления радона в жилые здания являются (по мере возрастания значимости):

• водопроводная вода и бытовой газ;
• строительные материалы (щебень, глина, шлаки, золошлаки и др.);
• почва под зданиями.

Распространяется радон в недрах Земли крайне не равномерно. Характерно его накопление в тектонических нарушениях, куда он поступает по системам трещин из пор и микротрещин пород. В поры и трещины он поступает за счет процесса эманирования, образуясь в веществе горных пород при распаде радия-226.

Радоновыделение почвы определяется радиоактивностью горных пород, их эманированием и коллекторными свойствами. Так, сравнительно слаборадиоактивные породы, оснований зданий и сооружений могут, представлять большую опасность, чем более радиоактивные, если они характеризуются высоким эманированием, или рассечены тектоническими нарушениями, накапливающими радон. При своеобразном «дыхании» Земли, радон поступает из горных пород в атмосферу. Причем в наибольших количествах – из участков на которых имеются коллекторы радона (сдвиги, трещины, разломы и др.), т.е. геологические нарушения. Собственные наблюдения за радиационной обстановкой в угольных шахтах Донбасса показали, что в шахтах, характеризующихся сложными горно-геологическими условиями (наличие множественных разломов и трещин в угле вмещающих породах, высокая обводненность и др.) как правило, концентрация радона в воздухе горных выработок значительно превышает установленные нормативы.

Возведение жилых и общественно-хозяйственных сооружений непосредственно над разломами и трещинами горных пород, без предварительного определения радоновыделения из почвы, приводит к тому, что в них из недр Земли поступает грунтовый воздух, содержащий высокие концентрации радона, который накапливается в воздухе помещений и создает радиационную опасность.

Техногенная радиоактивность возникает в результате деятельности человека в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование радионуклидов. К техногенной радиоактивности относится добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание каменного угля и углеводородов, накопление промышленных отходов и многое другое. Уровни воздействия на человека различных техногенных факторов иллюстрирует представленная диаграмма 2 (А.Г. Зеленков «Сравнительное воздействие на человека различных источников радиации», 1990 г.)

Что такое «черные пески» и какую опасность они представляют?

Черные пески представляют собой минерал монацит — безводный фосфат элементов ториевой группы, главным образом церия и лантана (Ce, La)PO4, которые замещаются торием. Монацит содержит до 50-60% окисей редкоземельных элементов: окиси иттрия Y2O3 до 5%, окиси тория ThO2 до 5-10%, иногда до 28%. Удельный вес монацита составляет 4.9-5.5. С повышением содержания тория уд. вес возрастает. Встречается в пегматитах, иногда в гранитах и гнейсах. При разрушении горных пород включающих монацит, он накапливается в россыпях, которые представляют собой крупные месторождения.

Такие месторождения наблюдаются и на юге Донецкой области.

Россыпи монацитовых песков находящиеся на суше, как правило не вносят существенного изменения в сложившуюся радиационную обстановку. А вот месторождения монацита находящиеся у прибрежной полосы Азовского моря (в пределах Донецкой области) создают ряд проблем особенно с наступлением купального сезона.

Дело в том, что в результате морского прибоя за осенне-весенний период на побережье, в результате естественной флотации, скапливается значительное количество «черного песка», характеризующегося высоким содержанием тория-232 (до 15-20 тыс. Бк*кг-1 и более), который создает на локальных участках уровни гамма-излучения порядка 300 и более мкР*час-1. Естественно , отдыхать на таких участках рискованно, поэтому, ежегодно проводится сбор этого песка, выставляются предупреждающие знаки, закрываются отдельные участки побережья. Но все это не позволяет предотвратить нового накопления «черного песка».

Позволю высказать по этому поводу личную точку зрения. Причиной, способствующей выносу «черного песка» на побережье, возможно является тот факт, что на фарватере Мариупольского морского порта постоянно работают земснаряды по расчистке судоходного канала. Грунт, поднятый со дна канала, сваливается западнее судоходного канала, в 1-3 км от побережья (см. карту размещения мест свалки грунта), и при сильном волнении моря, с накатом на прибрежную полосу, грунт содержащий монацитовый песок выносится на побережье, где обогащается и накапливается. Однако все это требует тщательной проверки и изучения. И если это как, то снизить накопление «черного песка» на побережье, возможно, удалось бы просто переносом места свалки грунта в другое место.

Основные правила выполнения дозиметрических измерений.

При проведении дозиметрических измерений, прежде всего, необходимо строго придерживаться рекомендаций изложенных в технической документации на прибор.

При измерении мощности экспозиционной дозы гамма-излучения или эквивалентной дозы гамма-излучения необходимо соблюдать следующие правила:

• при проведении любых дозиметрических измерений, если предполагается их постоянное проведения с целью наблюдения за радиационной обстановкой, необходимо строго соблюдать геометрию измерения;
• для повышения достоверности результатов дозиметрического контроля проводится несколько измерений (но не менее 3-х), и вычисляется среднее арифметическое;
• при выполнении измерений на территории выбирают участки вдали от зданий и сооружений (2-3 высоты); -измерения на территории проводят на двух уровнях, на высоте 0.1 и 1.0 м от поверхности грунта;
• при измерении в жилых и общественных помещениях, измерения проводятся в центре помещения на высоте 1.0 м от пола.

При измерении уровней загрязнения радионуклидами различных поверхностей необходимо выносной датчик или прибор в целом, если выносного датчика нет, поместить в полиэтиленовый пакет (для предотвращения возможного загрязнения), и проводить измерение на максимально возможно близком расстоянии от измеряемой поверхности.

• Полезная информация
• Вопросы и ответы
• Конвертор единиц

Радиация: Будни радиохимической лаборатории

В этой статье я вернусь к теме радиации, затронутой в своем посте о счетчике Гейгера.

… В конце восьмидесятых, начале девяностых годов люди часто ходили на рынок с дозиметром, выбирая с его помощью «чистые», как они думали, овощи и фрукты. Иногда и сейчас в тематических пабликах и форумах встречается вопрос: какой дозиметр купить, чтобы ходить на рынок за продуктами. И если в сообществе есть компетентные люди, они дадут правильный ответ: никакой. И объяснят, что дозиметром радиоактивность продуктов питания обнаруживается только при уровнях, многократно превышающих предельные, дозиметр не отличит безвредную активность калия-40 от эквивалентной по показаниям дозиметра, но убийственной при регулярном потреблении активности стронция-90, а альфа-активные и очень радиотоксичные плутоний с америцием и вовсе не увидит, а для оценки пригодности продукта к употреблению необходимо исследование в специальной лаборатории.
В настоящий момент я как раз в такой лаборатории работаю. Мы не занимаемся санитарно-гигиеническими измерениями. Наша задача – это исследование радиоактивности природной среды – в основном, морской воды, осадков. Нас интересует не факт превышения нормативов, а сами уровни содержания радионуклидов в природных объектах, формы, в которых они присутствуют, их распределение и миграция. К счастью, пока содержание радионуклидов в окружающей среде в большинстве случаев очень мало. И я хотел бы рассказать, как мы эти низкие уровни обнаруживаем, а заодно развеять некоторые расхожие мифы.

На КДПВ — Новая Земля, где я побывал в позапрошлом году в рамках экспедиции на научно-исследовательском судне «Мстислав Келдыш» в Арктику.

Альфа, бета, гамма, крибле, крабле, бумс

Уникальным свойством радиоактивного распада, как источника аналитического сигнала является то, что мы легко регистрируем единичный акт распада – то есть то, что произошло с одним атомом. Поэтому измерение радиоактивности часто превосходит по чувствительности любые другие аналитические методы. Только очень долгоживущие элементы – уран-238 и 235, торий, иногда нептуний – чувствительнее определять химически.

Как все, наверное, знают, при радиоактивном распаде излучаются альфа-частицы – ядра гелия-4, бета-частицы – электроны и иногда позитроны, гамма-кванты, и в редких случаях – нейтроны, «осколочные» ядра и протоны. Иногда, впрочем, бывает, что вроде бы не излучается ничего: наоборот, ядро захватывает электрон. Но и в этом случае не обходится без радиации: электронная оболочка атома, перестраиваясь, испускает характеристическое рентгеновское излучение.

Проще всего, если интересующий нас изотоп является гамма-излучателем. Гамма-излучение редко существует отдельно от всех прочих – только при переходе долгоживущих ядерных изомеров в основное состояние ядра. Как правило, оно возникает при альфа- и бета-распаде, из-за того, что после распада новому ядру нужно сбросить излишек энергии. За счет проникающей способности, гамма-излучение обычно легко покидает пределы очень толстого образца, что невозможно в случае альфа-излучения и не всегда возможно, когда речь идет о бете. А еще у гамма-излучения есть хорошая черта: его спектр линейчатый, и он однозначно идентифицирует испустивший его нуклид.

Увы, далеко не все радионуклиды – эффективные источники гамма-излучения. У кого-то гамма-квант излучается в 0,0001% всех распадов, у кого-то вовсе распад происходит сразу в основное состояние дочернего ядра и никакой гаммы от него не дождешься. Поэтому приходится смотреть еще и на альфа- и бета-излучения.

Еще со школы мы знаем, что альфа-излучение задерживается листком бумаги. Я скажу больше: оно задерживается парой сантиметров воздуха, а главное — оно задерживается самой пробой. И если мы попытаемся обнаружить альфа-излучение, поднеся к ней датчик снаружи, то в него попадут только альфа-частицы, испущенные самым верхним слоем вещества, толщиной в доли микрона или единицы микрон. Аналогичная проблема и с регистрацией бета-излучения. Если оно жесткое (как у стронция-90), оно способно преодолеть несколько миллиметров пробы. А бета-лучи трития еще меньше «пробивают», чем альфа-частицы, и не могут преодолеть никакое окно. Даже бета-частицы углерода-14 или никеля-63 с трудом проходят сквозь тонкую слюду счетчика Гейгера или светонепроницаемую фольгу, закрывающую сцинтилляционный детектор.
Потом я расскажу, что с этой непроницаемостью делают и как с ней справляются.

Но сначала — о гамма-спектрометрии

Про гамма-спектрометрию наверняка упомянут в любой дискуссии на тему «проверки грибов дозиметром». Это и понятно: метод в рамках решения задачи «определить цезий-137 на уровне ПДК» относительно прост аппаратурно (вплоть до домашних «наколенных» вариантов) и достаточно экспрессен (то есть дает быстрый результат).

Гамма-спектрометрия основана на том, что гамма-излучение, возникающее при радиоактивном распаде данного конкретного изотопа, представляет собой поток практически моноэнергетических гамма-квантов. То есть на спектре излучения мы видим узкую линию, либо несколько линий. И этот спектр — характеристический, по нему можно надежно идентифицировать радионуклид.

Если оптическое излучение или даже рентген можно разложить в спектр с помощью некоего диспергирующего элемента — призмы или дифракционной решетки (для рентгена в качестве последней служит кристаллическая решетка, например, графита), то единственный способ получить спектр гамма-излучения — это измерять энергию каждого из зарегистрированных его квантов. Способов такого измерения достаточно много, существуют, например, различные способы, при которых гамма-квант «конвертируется» в электрон с почти такой же энергией, а затем поток электронов раскладывают в спектр по энергиям в магнитном поле. Но такие методы бывают применимы в экспериментальной ядерной физике — но не в рутинных измерениях. Обычно для измерения энергии гамма-квантов служит какой-либо пропорциональный детектор ионизирующего излучения.

Счетчик Гейгера-Мюллера, например, таким детектором не является. Поглотив квант гамма-излучения америция-241, он сформирует импульс, который ничем не будет отличаться от такого же импульса, который счетчик Гейгера выдаст в ответ на квант гамма-излучения кобальта-60, несмотря на то, что энергии этих двух квантов отличаются в 23 раза. А вот сцинтилляционный счетчик напротив, свойством пропорциональности обладает — интенсивность вспышки света, а значит, и амплитуда импульса на аноде фотоэлектронного умножителя определяется величиной поглощенной в кристалле энергии.

Сцинтилляционный гамма-спектрометр, таким образом, представляет просто сцинтилляционный детектор — кристалл сцинтиллятора, например, йодистого натрия, активированного таллием, к которому приставлен ФЭУ. Импульсы с ФЭУ подаются на особый прибор, называемый многоканальный анализатор (часто встречается англоязычная аббревиатура MCA). По сути, это АЦП, но с рядом специфических требований (в частности, предельно малая дифференциальная нелинейность, которая в обычных применениях мало кого волнует). Принцип его действия — он измеряет величину (его амплитуду, или же интеграл под этим импульсом) каждого импульса и «раскладывает» эти импульсы по «кучкам» в соответствии с их величиной. Этих «кучек» — каналов — обычно от 256 до 4096 и больше. По сути, MCA работает, подобно функции, вызываемой с каждым новым импульсом:

unsigned int spectrum[4096] = ; // В этот массив набирается спектр void mca(unsigned int magnitude) // С каждым новым импульсом измеряем его < // амплитуду в интервале от 0 до 4095 spectrum[magnitude]++; // и вызываем вот эту функцию, которая инкре- return; // ментирует соответствующий элемент массива. >

А потом, когда наберется достаточно много импульсов, можно построить график, который и становится визуальным отображением гамма-спектра. Примерно такой:

Это я привел очень показательную картинку, которая демонстрирует, что все вроде просто, а вместе с тем — не очень. Дело в том, что это — спектр, зарегистрированный от источника моноэнергетического излучения. Но на нем — отнюдь не единственная «палка» на 662 кэВ. Мало того, что вместо палки мы имеем довольно расплывчатый «колокол». Слева от него мы имеем то, чего на самом деле нет (кроме самого левого зашкаленного пика — он существует в реальности). Увы, аппаратурный спектр не равен реальному.

Откуда берутся эти различия? Из физики процесса регистрации гамма-излучения.
Гамма-квант может поглотиться в кристалле-сцинтилляторе целиком, отдав ему всю энергию, которая превратится в кинетическую энергию фотоэлектронов, которые в конечном счете возбудят в кристалле вспышку люминесценции — сцинтилляцию. От таких квантов мы имеем пик справа, его мы называем фотопиком, потому что он относится к поглощению посредством фотоэффекта. А другой квант может и «пройти навылет», отдав ему только часть энергии. Причем — любую: от почти нулевой до некоторой предельной доли — в зависимости от того, под каким углом улетит провзаимодействующий с квантом электрон. Это эффект Комптона. И от него — вот это широкое плато слева от пика — комптоновский континуум. При больших энергиях мы увидим еще и такой эффект, как образование электрон-позитронных пар, из-за которых на спектре появятся пики одинарного и двойного вылета, отстоящие от фотопика вниз на 511 и 1022 кэВ, ну и сам пик 511 кэВ от гамма-излучения аннигиляции. Еще на фоне комтоновского континуума виден пик обратного рассеяния — это отраженное гамма-излучение от окружающих детектор предметов, за счет эффекта Комптона потерявшее часть энергии, а еще ниже мы видим характеристические рентгеновские линии от свинца защиты. Ну а крайняя левая линия — это тоже характеристическая рентгеновская линия, только от того бария, в который превратился цезий, распавшись. Да, это спектр цезия-137. И почти все, что мы видим на этом спектре — это отображение единственной спектральной линии. Будет две линии — каждая будет иметь такой же вид, а видеть мы будем их сумму. И да — вид каждой из таких линий зависит от ее энергии: с ростом ее сначала растет доля комптоновской составляющей и падает фотопик, потом появляются и растут эффекты рождения электрон-позитронных пар (пики вылета, аннигиляционный пик). Отсюда получаем приличную сложность обработки спектров.

Сцинтилляционный гамма-спектрометр — прибор, как я уже говорил, относительно несложный. Вплоть до того, что его может завести себе любая домохозяйка. На полном серьезе: выпускаются и продаются приборы ценой меньше тысячи долларов, которым все, что нужно для работы — компьютер с USB-портом и свинцовая защита. Внутри цилиндрического корпуса — все, и кристалл, и ФЭУ, и его источник питания, и АЦП. Интересующимся — гуглить про Atom Spectra. А тем, кто умеет держать в руках паяльник, вполне по силам сделать такой прибор самостоятельно — роль многоканального анализатора с успехом сыграет звуковая плата компьютера и специальная программа, например, BeckMoni, а можно на основе микроконтроллера, интегратора со сбросом и внешнего АЦП (встроенный имеет очень плохие параметры) сделать MCA, не уступающий тем, что делает тот же «Гринстар». Да и лабораторные приборы порой укладываются в ценник «до миллиона рублей» и (не считая свинцовой защиты) почти не занимают места на лабораторном столе (так, Kolibri от фирмы Green Star имеет размер 8х13х3 см и также работает от USB-порта). Недостаток у них один — низкая разрешающая способность.

Самые лучшие кристаллы NaI(Tl) дают спектральное разрешение по линии цезия-137 около 6%. Новый и очень дорогой сцинтиллятор — бромид лантана — это 3,2%. И эти цифры приводят к тому, что реальный спектр выглядит примерно вот так:

А в худшем — это будет такой невыразительный холм, на склоне которого еле-еле проглядывают отдельные бугорки, по которым еще как-то можно идентифицировать изотопы, но о количественном их определении речи не идет. И наши природные пробы на сцинтилляционном гамма-спектрометре так и выглядят. А спектр «в лучшем случае», к слову — это от камешка, от которого «Терра-П» заливалась трелью и показывала миллирентгены в час (гранит бы дал почти такую же картинку, только ждать набора спектра пришлось бы целый день, а этот спектр набрался за минуту).

Поэтому в большинстве случаев мы работаем на спектрометре с полупроводниковым детектором. По конструкции он напоминает германиевый pin-фотодиод, спрятанный от света, но доступный гамма-лучам. А по сути — это просто ионизационная камера. Только заполненная не газом, а нелегированным германием, к которому сделаны контакты в виде p-области с одной стороны и n-области с другой. Пролетевший через детектор (вернее, через область фотон рождает на своем пути электронно-дырочные пары, которые электрическим полем от подаваемого на кристалл полупроводника напряжения растаскиваются на электроды этой ионизационной камеры, что приводит к появлению короткого и очень слабого импульса тока, опять таки пропорционального энергии, поглощенной в кристалле полупроводника. Благодаря очень низкой энергии, необходимой на образование пары, и по ряду других причин, спектральное разрешение у ОЧГ или HPGE детектора — десятые доли процента. И спектральная линия на спектре действительно — линия (правда, ее спутники в виде комптоновского континуума, пиков вылета, обратного рассеяния и прочего — никуда не деваются).

Для иллюстрации — вот спектр не из моих работ и взят мною из интернета. Это суммарный спектр 89 образцов лосося, выловленного у берегов Британской Колумбии, показывающий, что эхо Фукусимы туда не дошло: обнаружены следы цезия-137, но нет «свежего» цезия-134, имеющего короткий период полураспада.

Видите, как много всяких слабых и мелких линий проявилось на спектре? Сцинтилляционный гамма-спектр не дал бы тут ровно ничего. В первую очередь потому что линия цезия-137 наложилась бы на линию 609 кэВ, относящуюся к висмуту-214, а линия цезия-134 даже и не попыталась бы разделиться с линией свинца-214.

Но ППД не работает при комнатной температуре и требует охлаждения жидким азотом, и в целом это — весьма дорогой прибор, который есть не в каждой лаборатории. Нам повезло — у нас есть своя собственная «Канберра», но часть образцов мы все равно меряем на кафедре радиохимии Химфака МГУ.

А вот сцинтилляционный спектрометр можно взять с собой в рейс на корабль. И даже сунуть в сумку и провести набор спектра гамма-фона на Новой Земле во время высадки.

Альфа-спектрометрия и немного про бета-лучи

Альфа-излучение радиоактивных изотопов тоже является моноэнергетичным и спектр его — характеристический. Поэтому спектрометрия альфа-излучения является очень ценным источником информации о радионуклидном составе. И в чем-то она — более простой метод, чем гамма-спектрометрия: альфа-частица всегда поглощается в детекторе нацело, поэтому аппаратурный спектр альфа-излучения совпадает с реальным с учетом ограниченного спектрального разрешения. Да и детектор прост, как три копейки: это либо тонкий сцинтиллятор, либо все тот же полупроводниковый детектор, который в варианте для альфа-излучения очень похож по строению на стандартный pin-фотодиод, с той только разницей, что толщина «мертвого» слоя на поверхности, включающего металл и p+-область имеют минимально возможную толщину (помним про проникающую способность альфа-частиц). Охлаждения ему не требуется, а так как альфа-частицы имеют энергии в несколько МэВ, электрон-дырочных пар с каждой из них выходит много и уровень сигнала не столь мал, как с HPGE, где приходится использовать весьма малошумящий предусилитель, охлаждаемый вместе с детектором.

Сложности здесь возникают только из-за все той же малой проникающей способности. Детектор вместе с образцом помещают в небольшую вакуумную камеру, которую откачивают до нескольких миллиметров ртутного столба, а образец делают очень тонким. Одним из методов является электроосаждение — в электролизную ячейку помещают азотнокислый раствор, содержащий альфа-активные изотопы, анод — платиновая проволочка, а катод — диск из нержавеющей стали. Предварительно раствор по максимуму очищают от всего лишнего с помощью колонки с ионообменной смолой. Полтора часа — и 10 миллилитров раствора превратились в пленку толщиной не более одной десятой микрона.

Что же касается бета-лучей, то их спектр не столь ярок и впечатляющ. Из-за того, что при каждом бета-распаде часть энергии (и притом какую придется часть) уносит антинейтрино, спектр бета-излучения сплошной, имеет вид широких горбов. Поэтому зачастую ограничиваются их счетом, предварительно выделив интересующий элемент химическим путем.

Тут, если излучение достаточно жесткое, его можно регистрировать и сцинтилляционным детектором, и полупроводниковым (похожим на тот, что для альфа-излучения, но потолще — а бывают и универсальные детекторы, как в «рабочей лошадке» радиохимической лаборатории — настольном альфа-бета радиометре УМФ-2000). А если нам достался, к примеру, тритий, то нет лучше варианта, чем взять и смешать пробу с жидким сцинтиллятором. Этот метод так и и называется — жидкостный сцинтилляционный счет. Он, кстати, и для альфы годится, и вообще является достаточно универсальным методом. Приборы, правда, опять-таки дорогие и сложные, у нас такого прибора нет, мы отдаем пробы либо в Радиохимическую лабораторию ГЕОХИ РАН, либо на кафедру радиохимии Химфака. Причиной является в первую очередь то, что энергия распада зачастую очень мала, так что в случае трития приходится вылавливать световые импульсы, составляющие всего десяток-другой фотонов. Здесь используется любимый ядерными физиками метод — метод совпадений. Фотоэлектронный умножитель даже в отсутствии света постоянно генерирует импульсы, соответствующие по амплитуде одному, а то и нескольку фотоэлектронов. Но вероятность того, что импульсы, превышающие одноэлектронный, совпадут сразу у трех ФЭУ в один момент времени, очень мала. А вот реальная вспышка сцинтилляции, даже если в ней было только 10-15 фотонов, даст совпадающий отклик сразу по всем трем каналам и будет зарегистрирована.

Пару слов о защите

Когда заходит речь о радиации, не обходится без разговора о защите от излучения. Нам об этом тоже приходится думать, но не чтобы защититься самим — уровни облучения от наших образцов исчезающе малы. Защищать нужно наши приборы, иначе внешний радиационный фон сведет на нет все попытки увидеть слабые потоки излучения. Чем меньше будет фон в защите, тем чувствительнее определение.

Проще всего — с альфа-излучением. Оно само ни через что не проходит, а энергия альфа-частиц резко отличается от фонового гамма-излучения, поэтому альфа-спектрометру защита особо и не требуется. Гамма-спектрометры и бета-счетчики помещают в массивную, обычно свинцовую защиту. Кстати, свинец для нее берется особенный. «Канберра», например, использует свинец, поднятый со дна моря, с мест кораблекрушений старинных судов. Во-первых, в этом свинце совсем нет радионуклидов антропогенного происхождения, а во вторых, в нем успел распасться свинец-210. Нам этот изотоп особенно важен, как «радиоактивные часы», позволяющие определять скорость накопления осадков на дне морей.

Для дополнительного снижения фона, в том числе и связанного с космическим излучением, внутренность защиты облицовывают медью, кадмием, пластиком. Это делается для того, чтобы убрать рентгеновскую флюоресценцию свинца, а также вторичные электроны.
А для особо низкофоновых измерений аппаратуру ставят в глубокий подвал или даже вырубленную в низкоактивных породах шахту. Это порой единственный способ многократно снизить уровень космических лучей, которые без задержки пролетают через десятки сантиметров свинца.

Что такое радиохимия

Обычная ситуация — это когда интересующего радионуклида так мало, что такой объем пробы, в котором содержится его минимально-детектируемая активность, в прибор не засунешь. Иногда в связи с габаритами прибора, а иногда — по принципиальным причинам (как в случае с альфа-активными изотопами: нужно превратить ведро пробы в пленку толщиной в доли микрона). Это — задача методов концентрирования.

Например, у нас есть в воздухе цезий-137. Ядерной войны еще не было, Чернобыль был давно, так что цезия-137 мало. и меньше беккереля на кубометр. То есть, в вашей комнате распад одного атома цезия-137 происходит несколько раз за час. Для гамма-спектрометрии нужно хотя бы беккерель набрать. Что делать? Берем пылесос, подключаем к нему специальный фильтр. Цезий будет в составе пыли и он на этот фильтр сядет. Прогнали через него тысяч десять кубометров воздуха, и полученную банку пыли можно засунуть в гамма-спектрометр.

Или другой вариант — для выделения того же цезия-137 из морской воды прогнать тысячу литров забортной воды через мочалку, пропитанную ферроцианидом кобальта, которая имеет свойство эффективно выделять цезий из воды.

Вы помните, как супруги Кюри добывали радий? Его соосаждали с сульфатом бария, многократно повторяя этот процесс и увеличивая концентрацию радия на каждом этапе. Примерно таким же способом — путем соосаждения, сорбции на ионообменных смолах и других сорбентах, электролиза и других методов мы концентрируем элемент, изотоп которого нас интересует, избавляясь от тех, что мешают (в том числе и своей радиоактивностью) и уменьшая объем пробы порой в миллионы раз.

Про один из методов концентрирования я уже рассказал, когда рассказывал про альфа-спектрометрию: из нескольких миллилитров азотнокислого раствора мы получили тончайшую пленку. А перед этим мы зачерпнули за бортом бочку морской воды, добавили туда хлорного железа, а затем осадили его аммиаком. Большая часть содержавшегося в воде плутония оказалась в осадке (соосаждение вообще часто используется в радиохимии — например, его используют для выделения стронция-90). Весь этот осадок вместе с небольшим количеством воды поместился в литровую бутылку, которую мы привезем на берег. А дальше уберем сначала лишнюю воду, потом растворим осадок и уберем оттуда железо с помощью одной ионообменной смолы, а потом уберем все остальное с помощью хроматографической колонки с другой ионообменной смолой, из которой плутоний пойдет в нужный момент времени. Вот так и появляются эти несколько миллилитров, из которых затем плутоний осаждается электролизом.

Была ли в XVII веке ядерная война?

Да, представьте себе — есть такая «теория», будто бы 200-300 лет назад случилась ядерная война и высокоразвитая цивилизация землян оказалась отброшенной в позднефеодальное-раннекапиталистическое общество. И она была не единственной: следы ядерного конфликта находят в древней Индии (Мохенджо-Даро), а еще общеизвестным является радиоактивность многих древних костей, что тоже является доказательством того, что ядерные взрывы гремели над древними цивилизациями.

Допустим, так и было. Что искать в качестве доказательств? Вы скажете «радиоактивное заражение» и будете неправы. Вернее, правы только частично.

Радиоактивность была и есть и безо всякой ядерной войны. Но радиоактивность от атомной бомбы — особая, в ней есть то, что позволяет отличить ее от природной безошибочно. Это особый радионуклидный состав.

Природная радиоактивность обусловлена совершенно определенными изотопами. Это калий-40, рубидий-87, уран и торий (с радиоактивными продуктами их распада) — в общем, изотопы, имеющие огромные периоды полураспада, позволившие им сохраниться еще с тех времен, когда не было ни Земли, ни Солнца. К ним добавляется немного так называемых космогенных изотопов — углерод-14, бериллий-7, натрий-22, тритий. Они образуются под действием космических лучей и постоянно воспроизводятся.

А вот радионуклиды, характерные для ядерного взрыва, совсем другие. В доядерную эру на Земле (не считая природных ядерных реакторов типа Окло) не было ни атома ни цезия-137, ни кобальта-60, ни рутения-106. Если они и возникли когда-то, во время вспышки Сверхновой, породившей вещество, из которого со временем образовались Солнце и планеты, то к нашей эпохе они бесследно исчезли. А спустя 200 лет наиболее долгоживущие из них сохранились бы. И мы бы нашли их — в виде отчетливых пиков активности в слоях донных осадков, какие мы видим сейчас в слоях 1950-60-х годов прошлого века, а также в слое 1986 года.

Мы бы их нашли и в Мохенджо-Даро, и в тех самых радиоактивных костях из каменного века. Но находим мы там лишь торий и уран. И продукты их распада — тот же радий.

Еще один миф: радиационный фон с момента открытия радиоактивности возрос в десятки раз. Вариант мифа с элементами теории заговора: чтобы это скрыть, в шестидесятых годах изымали радиометрические приборы из лабораторий и возвращали после перекалибровки.

Данный миф опровергается очень просто. С тех времен удивительно как, но в лабораторных залежах сохранились старые счетчики Гейгера в родных коробочках с паспортами. Типов МС-6, ВС-6 и т.п. И в них была вписанная от руки цифра «натурального фона». И если эти счетчики «запустить» сейчас, они выдадут практически те же значения фоновой скорости счета, что записана в паспорте.

И даже если предположить, что счетчики и паспорта тоже подменили — если бы в настоящий момент значительная доля фоновой радиации была обусловлена техногенной ее компонентой, то есть продуктами деления урана и плутония — на гамма-спектре фона мы бы имели отчетливые, возвышающиеся над всем остальным спектром, пики цезия-137 и других характерных нуклидов. Такую картину можно увидеть, если привезти гамма-спектрометр в Припять или хотя бы в некоторые районы Брянщины или Тульской области. А вот московские 8-12 мкР/ч обусловлены все теми же ураном, торием и калием, и на четверть — космическим излучением. И фона в 0,5-1 мкР/ч в Москве не было никогда.

Послесловие или еще раз про дозиметр на рынке

Предельно-допустимые уровни содержания радионуклидов в пищевых продуктах сильно различаются. Причиной различной радиотоксичности их является в первую очередь склонность к концентрированию в различных органах и тканях и к прочному закреплению в них. Так, у стронция-90, который накапливается в костях, рядом с костным мозгом и остается там почти что навечно, дозовый коэффициент более чем вдвое превышает таковой для равномерно распределяющегося по организму цезия-137. Поэтому если для цезия-137 предельно допустимой активностью для большинства продуктов являются значения 50-100 Бк/кг, то для радиостронция — вдвое меньшие. А вот для плутония-239 предельно допустимое поступление в организм измеряется в десятках беккерелей в год.

Поэтому — нет, дозиметр не поможет. И даже домашний гамма-спектрометр, который легко выявит загрязнение цезием-137 на предельно-допустимом уровне, «пропустит» загрязнение гораздо более опасными альфа-активными изотопами.