ПРЕДИСЛОВИЕ

Наша биосфера всю свою историю находилась и находится во взаимодействии с ионизирующими излучениями. Под ионизирующими излучениями (радиацией) понимают поток частиц или квантов электромагнитного излучения, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации и возбуждению его атомов и молекул. К ним относятся потоки электронов, позитронов, протонов, a-частиц, нейтронов, рентгеновское и g-излучение. Сюда же следует отнести потоки дейтронов, тритонов и других ионов или частиц – компонентов космического излучения или ускоренных на ускорителях до высоких энергий.

Рис.1 Шкала длин волн.

Длины волн электромагнитного излучения простираются в широком диапазоне (Рис.1). В данной лекции нас будут интересовать волны с длиной волны 10 нм и меньше, т.е. бы будем заниматься проблемой регистрации волн и частиц с энергией выше 20 кэВ.

Качественный и количественный анализ ионизирующих излучений необходим в различных областях науки и техники: ядерной физике, физике элементарных частиц, радиохимии, технике радиоактивных индикаторов, радиационной химии, радиационном материаловедении, дефектоскопии в сельском хозяйстве, медицине, экологии, геологии, атомной энергетике, в технологиях ядерно-топливного цикла, дозиметрии и радиационной безопасности, в практике обитаемых космических полётов и т. д. и т.п. Поэтому методы измерения ядерных излучений постоянно и весьма активно развиваются.

Методы регистрации радиоактивных излучений могут быть классифицированы по характеру взаимодействия излучения с веществом и по способам их измерения. Заряженные ядерные частицы могут быть обнаружены по их ионизирующему действию. Нейтральные частицы, например нейтроны и гамма-кванты, непосредственно не производят ионизации, однако, взаимодействуя с ядрами, могут вызвать образование вторичных заряженных частиц.

Работа детекторов излучения основана на взаимодействии излучений с веществом детектора. Энергия излучения, поглощённая непосредственно или с помощью специальных устройств, вызывает в цепи детектора излучения электрический ток, прохождение которого регистрируется измерительными схемами. В некоторых случаях результаты взаимодействия излучения с веществом могут наблюдаться, например, по потемнению фотоплёнки, свечению фосфоров. Однако в радиометрической практике наиболее широко применяются простые и надёжные детекторы излучения, позволяющие использовать электрические схемы регистрации.

Для получения необходимой информации о составе и характеристиках радиации, её преобразуют чаще всего с помощью соответствующих приборов в электрические сигналы, которые затем измеряют, сортируют и регистрируют радиометрической аппаратурой. Радиометрические приборы состоят из детекторов, в которых происходит преобразование энергии излучения в электрическую или др. сигналы, и регистрирующих устройств. Детекторы могут быть ионизационными, сцинтилляционными, трековыми и другими в зависимости от того, на каком из эффектов основано их действие. По агрегатному состоянию рабочего тела различают газонаполненные, жидкостные, твердотельные детекторы; по типу регистрируемого излучения-детекторы a-частиц, b-частиц, g-квантов, нейтронов. Существуют два метода измерения излучений ионизационными детекторами. Первый состоит в измерении среднего значения постоянного тока интегрирующей ионизационной камеры посредством электрометрического усилителя. Этот метод наиболее простой. Второй метод заключается в счёте числа импульсов, вырабатываемых соответствующим детектором под действием излучения. Этот метод намного более чувствителен. Кроме того, рабочий сигнал импульсных камер, пропорциональных и сцинтилляционных счётчиков содержит информацию двух видов: число импульсов говорит об интенсивности радиации, амплитуда импульсов – об энергии частиц. Амплитуда импульсов измеряется посредством многоканальных анализаторов. Развитие импульсных ускорителей частиц привело к разработке специальных быстродействующих счётных установок. Необходимость детального изучения ядерных процессов потребовало создание координатных детекторов (камера Вильсона, пузырьковая камера и др.).

В данном небольшом курсе лекций мы попытались отразить все существующие на сегодня методы регистрации ионизирующих излучений. Начнём рассмотрение с традиционных детекторов радиации: ионизационных детекторы (ионизационные камеры, пропорциональные счётчики, счётчики Гейгера-Мюллера), сцинтилляционные и черенковские счётчики, полупроводниковые детекторы) в плане их применения для регистрации a-, b- и g-излучений. Затем перейдём к довольно специфическим методам регистрации нейтронов. Важнейшую составляющую системы регистрации (усилители, дискриминаторы, счётные устройства, анализаторы и т.п. мы рассмотрим весьма коротко). Более подробно мы остановимся на спектроскопии ядерных излучений, в том числе – нейтронов. Изложение будет касаться основных компонентов радиометрических устройств, но мы также упомянем некоторые приборы, выпускаемые в настоящее время серийно. Вторая часть курса посвящена технике авторадиографии. Здесь основное внимание будет уделено использованию фотоматериалов для целей макро- и микро (трековой) авторадиографии, но всё же будут упомянуты и альтернативные методы авторадиографии (применение плёночных полимерных трековых детекторов, окрашиваемых плёнок и др.). Третья часть курса посвящена координатным детекторам элементарных частиц (камера Вильсона, пузырьковая камера, искровая камера и др.) и методу калориметрии. Четвёртая часть посвящена радиометрии, т.е. совокупности методов измерений активности радионуклидов в радиоактивных источниках – твёрдых, жидких или газообразных. Здесь существенное внимание уделено методам достоверной регистрации нестационарных концентраций движущихся флюидов.

Данный курс лекций читается в тандеме с курсами: «Радиоактивность и радиация» и «Обработка результатов радиометрии и радиохимического эксперимента». Материалы для них можно найти на том же сайте httm//profbeckman.narod/ru/.

СОДЕРЖАНИЕ

(Тексты в формате PDF)

Лекция 1. ДЕТЕКТОРЫ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ: ионизационные детекторы и черенковские счётчики

Для получения необходимой информации о радиоактивном распаде, ионизирующее излучение преобразуют чаще всего с помощью соответствующих детекторов в электрические сигналы, которые затем измеряют, сортируют и регистрируют радиометрической аппаратурой.

Детектор (индикатор) излучения – объект, позволяющий обнаружить наличие ионизирующего излучения путем непосредственного взаимодействия с веществом этого объекта.

Применяемые типы детекторов рассчитаны на регистрацию различных видов излучения (альфа- и бета-частиц, рентгеновского и гамма-излучения, нейтронов, протонов и т.п.) в широком диапазоне их энергии. Обычно они используются для определения состава излучения и измерения его интенсивности, измерения спектра энергий частиц, изучения процессов взаимодействия быстрых частиц с атомными ядрами и процессов распада нестабильных частиц.

В небольшой серии лекции мы рассмотрим наиболее широко используемые детекторы a-, b- , g- и нейтронного излучения, акцентируя внимание на принципах их действия и характеристиках. Здесь мы ограничимся ионизационными детекторами и черенковскими счётчиками. Использование для целей детектирования других эффектов, сопровождающих прохождение излучений через вещество будет рассмотрено в последующих лекциях. Термолюминисцентные детекторы будут описаны в цикле лекций, посвящённых дозиметрии ионизирующих излучений.

1. ИОНИЗАЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Информативность любого радиохимического эксперимента опыта напрямую определяется возможностями тех детекторов, которые в нём используются.

Общие требования к детектирующей аппаратуре сводятся к определению типа частицы (идентификации) и её кинематических характеристик (энергии, импульса и др.). Часто тип частицы известен заранее и задача упрощается.

Основными характеристиками детектора являются – эффективность (вероятность регистрации частицы при попадании её в детектор), временнoе разрешение (минимальное время, в течение которого детектор фиксирует две частицы как отдельные) и мёртвое время или время восстановления (время, в течение которого детектор после регистрации частицы либо вообще теряет способность к регистрации следующей частицы, либо существенно ухудшает свои характеристики). Если детектор определяет энергию частицы и (или) её координаты, то он характеризуется также энергетическим разрешением (точностью определения энергии частицы) и пространственным разрешением (точностью определения координаты частицы).
1.1 Газонаполненные детекторы ионизационного типа
1.2 Ионизационная камера
Ионизационная камера, прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа
1.2.1 Принципы работы и основные характеристики
1.2.2 Конструкция ионизационной камеры
1.2.3 Токовые камеры
1.2.4 Импульсные камеры
1.3 Пропорциональный счётчик
Пропорциональный счётчик, газоразрядный прибор для регистрации ионизирующих излучений, создающий сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии регистрируемой частицы, теряемой в его объеме на ионизацию
1.4 Счётчик Гейгера-Мюллера
Счётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера) - газонаполненный счётчик заряженных элементарных частиц, электрический сигнал с которого усилен за счёт вторичной ионизации газового объёма счётчика и не зависит от энергии, оставленной частицей в этом объёме

2. ЧЕРЕНКОВСКИЙ ДЕТЕКТОР
Черенковский счётчик, прибор для регистрации заряженных частиц и g-квантов, в котором используется излучение Черенкова-Вавилова

Лекция 2. ДЕТЕКТОРЫ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ: сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы

В данной лекции мы продолжим рассмотрение современных методов детектирования радиоактивных излучений, испускаемых радионуклидами. Здесь мы удили внимания сцинтилляционным счётчикам, полупроводниковым, диэлектрическим и кристаллическим детекторам, пузырьковым детекторам нейтронов, а также химическим и калориметрическим методам измерения ионизирующих излучений

1. СЦИТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЁТЧИКИ
   Сцинтилляционный счётчик - прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, g-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
   1.1 Принцип работы сцинтилляционного счётчика
   1.2 Сцинтилляции и сцинтилляторы
   1.3 Светопреобразователи
   1.4 Фотоэлектронные умножители
   1.5 Конструкции сцинтилляционных счётчиков
   1.6 Шумы сцинтилляционного счётчика
   1.7 Свойства сцинтилляционных счётчиков
   1.8 Применение сцинтилляционных счётчиков

2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

3. ДИЭЛЕКТИРИЧЕСКИЕ ДЕТЕКТОРЫ

4. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР

5. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

6. КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Лекция 3. ИЗМЕРЕНИЕ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ: регистрация нейтронов
Нейтроны (особенно – тепловые) не относятся к ионизирующим излучениям, поэтому их регистрация стандартными методами радиометрии невозможна – приходится изобретать особые приёмы, причём нейтроны разной энергии регистрируются разными способами.

В данной лекции мы рассмотрим различные методы регистрации потоков нейтронов (как быстрых, так и тепловых). Будут представлены и лабораторные и промышленные методы. Спектроскопия нейтронов будет обсуждена в одной из последующих лекций.

1. ПРИНЦИП РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ

2. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ

3. ИОНИЗАЦИОННЫЕ КАМЕРЫ

4. ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ СЧЁТЧИКИ

5. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ СЧЁТЧИКИ

6. КОМБИНИРОВАННЫЕ УСТРОЙСТВА

7. КАМЕРА ДЕЛЕНИЯ

8. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ГАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

9. АКТИВАЦИОННЫЙ МЕТОД (МЕТОД РАДИОАКТИВНЫХ ИНДИКАТОРОВ)

10. РАДИОХИМИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ МЕТОД РЕГИСТРАЦИИ НЕЙТРОНОВ

11. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРИБОРЫ 

Лекция 4. ЯДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

2. КОМПОНЕНТЫ ЯДЕРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
   Электрические схемы радиометрических приборов представляют собой определённые сочетания соответствующим образом соединённых деталей, предназначенных преимущественно для преобразования параметров электрических сигналов, поступающих в схемы от детекторов ядерных излучений.
   Коротко остановимся на основных компонентах радиометрической аппаратуры. В состав радиометрического прибора обычно входят:
   - детектор ионизирующего излучения с источником электропитания (здесь энергия ионизирующего излучения преобразуется в электрический сигнал);
   - блок преобразования электрических сигналов (здесь осуществляется изменение амплитуды, формы, количества, длительности электрических сигналов и их анализ, т.е. приведение полученных с детектора электрических сигналов к виду, удобному для их расшифровки и регистрации);
    - регистрирующее и показывающее устройство (здесь регистрируются преобразованные электрические сигналы, и выдаётся информация о параметрах ионизирующего излучения, попавшего на детектор).
   2.1 Усилители
   2.2 Цифровые процессоры сигналов
   2.3 Дискриминаторы
   2.4 Анализаторы импульсов
   2.5 Пересчётные схемы
   2.6 Измерители скорости счёта
   2.7 Схемы совпадений
   2.8 Схемы антисовпадений
   2.9 Время-амплитудный конвертор
   2.10 Аналого-цифровые преобразователи
   2.11 Режекция наложений
   2.12 Мёртвое время
   2.13 Оптимальная скорость регистрации
   2.14 Линейные ворота (линейный пропускатель)
   2.15 Устройства временного согласования сигналов

Лекция 5. СПЕКТРОМЕТРИЯ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Под понятием «спектр» (лат. spectrum от лат. spectare - смотреть) понимают совокупность значений и/или их распределение по какому-либо параметру, которую может принимать наблюдаемая величина. Обычно термин употребляется для характеристики распределения потока электромагнитного излучения или частиц по длинам волн или энергии. Спектроскопия – раздел физики, посвященный изучению спектров взаимодействия излучения и материи (в том числе, электромагнитного излучения, радиации, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц.
Ядерная спектроскопия - раздел ядерной физики, посвященный изучению дискретного спектра ядерных состояний - определение энергии, спина, чётности, изотопического спина и др. квантовых характеристик ядра в основном в возбуждённых состояниях. Значение этих данных необходимо для выяснения структуры ядер и получения сведений о силах, действующих между нуклонами. Установление перечисленных характеристик производится путём измерения энергий, интенсивностей, угловых распределений и поляризаций излучений, испускаемых ядром либо в процессе радиоактивного распада, либо в ядерных реакциях. Получение спектроскопических данных по исследованию радиоактивного распада часто называется спектроскопией радиоактивных излучений, причём различают a-, b- и g-спектроскопии в соответствии с типом излучений.
Арсенал технических средств современной ядерной спектроскопии чрезвычайно разнообразен. Он включает в себя магнитные спектрометры для измерения энергий заряженных частиц, кристалл-дифракционные спектрометры для измерения энергий g-излучения, различные детекторы ядерных излучений, позволяющие регистрировать и измерять энергию частиц и g-квантов по эффектам взаимодействия быстрых частиц с атомами вещества (возбуждение и ионизация атомов). Среди спектрометрических приборов этого типа большое значение приобрели твердотельные детекторы сочетающие сравнительно хорошее энергетическое разрешение с высокой «светосилой».
Благодаря появлению полупроводниковых детекторов и развитию ускорительной техники, а также применению ЭВМ стало возможным создание автоматизированных измерительных комплексов, позволяющих получить большие объёмы систематизированной прецизионной информации о свойствах ядер. Методы ядерной спектроскопии применяются практически во всех ядерных исследованиях, а также за пределами физики (в биологии, химии, медицине, технике). В данной лекции мы рассмотрим различные методы спектроскопии ядерных излучений, включая нейтроны.

1. СПЕКТРЫ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СПЕКТРОМЕТРЫ

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЕКТРОМЕТРОВ

3. СПЕКТРОМЕТРЫ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
   3.1 Измерение спектра методом анализа амплитуд импульсов
   3.2 Спектрометрия тяжёлых заряженных частиц
   3.3 Спектрометрия b-излучения

4. СПЕКТРОМЕТРИЯ g-ИЗЛУЧЕНИЯ
   4.1 Магнитные g-спектрометры
   4.2 Сцинтилляционный g-спектрометр
   4.3 Полупроводниковые g-спектрометры
   4.4 Альтернативные методы g-спектрометрии

Лекция 6. СПЕКТРОМЕТРИЯ НЕЙТРОНОВ
По аналогии с классической оптической техникой нейтронную спектроскопию можно разделить на спектроскопию испускания и поглощения. Первая изучает нейтроны, которые испускаются в ядерных реакциях или рассеиваются на образце, помещенном в интенсивный нейтронный пучок. К спектроскопии поглощения относится изучение полных нейтронных сечений методом пропускания или, несколько шире, все работы по определению сечений, а также эксперименты по нейтронной дифракции, которые аналогичны классическому рентгеноструктурному анализу. Единственной общей чертой экспериментов общего типа является измерение длины волны или энергии используемых нейтронов. Техника, применяемая для измерения энергии нейтронов, различна в разных диапазонах. При низких энергиях (Е_n<1 эВ) для монохроматизации или анализа пучков широко используется явление дифракции нейтронов.
Энергию быстрых нейтронов (Е_n>1 МэВ) можно определять измерением энергии заряженных частиц - продуктов реакций, вызванных нейтронами, например в реакции ³Не(n,р)T или в упругом выбивании протонов. Можно также проводить эксперименты с нейтронами, испускаемыми в реакциях типа ⁷Li (n,a)⁷Ве с монохроматическими заряженными частицами. В этом случае энергия нейтронов фиксирована. Однако существует техника, позволяющая прецизионно измерять энергии нейтронов практически по всему интересующему интервалу энергии (от 10^-2 до 10⁸ эВ), а именно метод времени пролета, когда нейтроны посылаются короткими импульсами и измеряется время их пролета на известном расстоянии. Имея достаточную интенсивность, можно всегда произвольно улучшить точность этих измерений, увеличивая пролетную базу, и, более того, с помощью многоканальных временных анализаторов одновременно измерять тысячи различных значений энергии нейтронов.
В данной лекции мы рассмотрим основные методы спектроскопии нейтронов и существующие типы нейтронных спектрометров.

1. НЕЙТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

2. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР НЕЙТРОНОВ С КРИСТАЛЛОМ СТИЛЬБЕНА

3. СПЕКТРОМЕТР НЕЙТРОНОВ ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЁТА

4. ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ

5. УСКОРИТЕЛЬ КАК ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСОВ НЕЙТРОНОВ

6. РАЗРЕШЕНИЕ СПЕКТРОМЕТРА ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЁТА

7. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ НЕЙТРОНОВ ПО ФОРМЕ ИМПУЛЬСА. ДИСКРИМИНАЦИЯ НЕЙТРОН-ГАММА

8. МЕТОДИКИ ПО ВРЕМЕНИ ЗАМЕДЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ
   8.1 Спектрометры по времени замедления в свинце ((СВЗ)
   8.2 Спектрометрия нейтронов по времени замедления в графите

9. СПЕКТРОМЕТР НЕЙТРОНОВ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

10. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПЕКТРОМЕТРЫ НЕЙТРОНОВ

Лекция 7. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Современная ядерная индустрия выпускает радиометры и спектрометры, непосредственно годные к эксплуатации. Радиометрические приборы изготавливают в стационарном (для установки в определённом месте) и в переносном исполнении. В свою очередь каждая из этих групп подразделяется на приборы с сетевым, батарейным или комбинированным электропитанием. Радиометрическая аппаратура часто предназначена для регистрации определённого вида излучения. Радиометрический прибор, предназначенный для измерения параметров нескольких видов излучений называется универсальным. Например, бета-гамма радиометр, альфа-бета радиометр и т.п. универсальность прибора достигается соответствующими особенностями в электрической схеме и использованием сменных детекторов.
Выпускаются также промышленные радиометрические приборы, представляющие собой соответствующим образом оформленные комбинации радиометра с источником ионизирующего излучения, предназначенные для выявления скрытых дефектов в промышленной продукции, определения состава материалов, измерения их плотности, толщин, определения уровней наполнения различных объёмов и т.п. Радиометрический прибор измеряет в этом случае результат взаимодействия излучения источника с контролируемым объектом, что даёт необходимую информацию об этом объекте. Иногда выходной блок такого прибора соединяется с исполнительными механизмами и автоматикой, контролирующими или регулирующими те или иные параметры объекта (толщину проката, уровень заполнения бункера, состав твёрдой или жидкой смесей и т.п.).
Каждый радиометрический прибор снабжается описанием – инструкцией и паспортом, где отмечаются основные возможности и назначение прибора. Все радиометрические приборы должны проходить систематическую проверку и аттестацию. Измерения можно проводить только с помощью прибора, находящегося в рабочем состоянии. Состояние прибора называется рабочим, если его характеристики соответствуют величинам, указанным в техническом паспорте.
В данной лекции мы будут приведены некоторые примеры оборудования для регистрации радиоактивного и спектроскопии излучения, выпускаемого в России.

1. ДЕТЕКТОРЫ

2. БЛОКИ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

3. ПЕРЕСЧЁТНЫЕ УСТРОЙСТВА

4. РАДИОМЕТРЫ

5. АНАЛИЗАТОРЫ

6. СПЕКТРОМЕТРЫ
   6.1 Альфа-излучение
   6.2 Бета-излучение
   6.3 Гамма-излучение
   6.4 Нейтроны

7. СПЕКТРОМЕТРЫ НА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

8. СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ И МОНИТОРИНГА НА БАЗЕ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Лекция 8. АВТОРАДИОГРАФИЯ
Фотографические материалы достаточно широко применяются для регистрации ядерных излучений.
Ядерное излучение, как и свет, воздействует на фотоэмульсию. Это свойство является физической основой авторадиографии – метода, позволяющего качественно или количественно оценить распределение радиоактивного изотопа в изучаемом объекте по фотографическому действию на чувствительный материал (обычно это фотоэмульсия с повышенной чувствительностью к излучению).
Метод авторадиографии позволяет достаточно точно устанавливать характер распределения радиоактивных веществ и места их локализации в самых разнообразных объектах: в животных и растительных тканях, в сплавах металлов, минералах и т.д. Фотографический метод позволяет определить величину радиоактивности образца по плотности потемнения фотоэмульсии, вызываемого действием излучения за определённое время, что важно, например, в дозиметрии. В пределах возможности метода лежит и количественная оценка концентрации радиоактивного изотопа в образце, а также, что может быть ещё важнее, определить эволюцию распределения радионуклида в пространстве и времени.
В настоящей лекции мы рассмотрим два варианта техники авторадиографии: макроавторадиографии и электронно-микроскопической авторадиографии, и приведём примеры использования фотографического метода регистрации излучений в радиохимии.

1. АВТОРАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД

2. МАКРОАВТОРАДИОГРАФИЯ
   2.1 Сущность метода
   2.2 Фотоэмульсии
   2.3 Фотоматериалы
   2.4 Условия применения метода
   2.5 Разрешающая способность метода
   2.6 Компьютерная обработка авторадиограмм
   2.7 Применение метода макроавторадиографии

3. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКАЯАВТОРАДИОГРАФИЯ

4. АКТИВАЦИОННАЯ АВТОРАДИОГРАФИЯ

Лекция 9. МИКРОАВТОРАДИОГРАФИЯ И АЛЬТЕНАТИВНЫЕ ВАРИАНТЫ АВТОРАДИОГРАФИИ
Микроавторадиография - вариант авторадиографии, требующий использование для анализа авторадиограммы оптического микроскопа, причём с большими степенями увеличения (возможными только при применении иммерсионных жидкостей). Для повышения разрешающей способности микроавторадиографии часто приходится прибегать к электронному микроскопу. В случае применения для этих целей фотоэмульсий, регистрируются или отдельные проявленные зёрна (при детектирования мягких b-излучателей) или треки - проявленные зёрна, плотно лежащие друг за другом на прямолинейном отрезке, следы, оставленные a-частицами, ускоренными протонами или более тяжёлыми ионами. В последнем случае фотоэмульсионную микроавторадиграфию можно рассматривать как частный случай трекового детектирования, позволяющего делать выводы о свойствах ионизирующих частиц по их следам (трекам), оставляемым при их прохождении через определённую среду (твёрдую, паро-газовую и т.п.). К трековым детекторам относят камеры Вильсона, диффузионные камеры, искровые (газонаполненные) камеры, фотоэмульсионные трековые детекторы и их комбинации между собой и с другими детекторами.
Фотоэмульсионная микроавторадиография в области радиометрии обычно используется для регистрации a-излучения, причём используются толстослойные материалы (толщина фотослоя больше пробега a-частиц в фотоматериале, что, кстати, создаёт большие трудности с из проявлением, поскольку проявитель с большим трудом проникает в такой слой) и регистрируются треки a-частиц, т.е. микроавторадиография работает в режиме трековой авторадиографии. Микроавторадиография применяется также для исследования процессов деления ядер, регистрации атомов отдачи и в сфере активационной аторадиографии.
В последнее годы явно проявилось стремление микрорадиографии отказаться от фотоматериалов, процессов проявления, микроскопа и других аксессуаров традиционной микроавторадиографии. Распределение зёрен серебра измеряют методом рентгеновского микроанализа, используют окрашиваемые под действием излучения полимерные плёнки, применяют трековые полимерные плёночные детекторы, микроканальные пластины (в том числе – спектроскопического типа) и др.
Замечание. Большинство из перечисленных здесь детекторов относится к типу самостоятельных детекторов, к которым относятся объекты, способные длительное время сохранять результаты воздействия ионизирующих излучений в доступной для наблюдения форме. Примерами таких детекторов могут служить термолюминисцентные детекторы, фотографические эмульсии, вещества меняющие окраску, состав и другие сопутствующие параметры под действием излучений.
В данной лекции мы сначала рассмотрим традиционные варианты фотоэмульсионной микро (трековой) авторадиографии, а затем перейдём к альтернативным вариантам

1. МИКРОРАДИОГРАФИЯ
   1.1 Сущность метода
   1.2 Фотоматериалы для микроавторадиографии
   1.3 Условия применения метода
   1.4 Анализ авторадиограмм
   1.5 Трековая томография
   1.6 Применение микроавторадиографии в материаловедении

2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ АВТОРАДИОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ
   2.1 Применение локального рентгеновского микроанализа
   2.2 Окрашиваемые полимерные плёнки
   2.3 Трековые плёночные полимерные детекторы
   2.4 Микроканальные пластины

3. ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Лекция 10. ДЕТЕКТОРЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Для регистрации высокоэнергетических частиц, в принципе, используются те же типы детекторов, что и для радиоактивных излучений. Однако сверхвысокие энергии, характерные для мира элементарных частиц, малые времена жизни и электронейтральность некоторых их них, часто требуют специальных методов регистрации, особенно в плане определения параметров развития физических процессов в пространстве и времени.
Ионизационные, сцинтилляционные, черенковские, полупроводниковые и фотографические детекторы мы уже рассмотрели. В данной лекции мы остановимся на калориметрическом способе регистрации, камере Вильсона, пузырьковой, дрейфовой и искровой камерах и других координатных методах регистрации субядерных частиц.

1. ДЕТЕКТОРЫ ЧАСТИЦ

2. КАЛОРИМЕТРЫ

3. МИКРОСТРИПТОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

4. КАМЕРА ВИЛЬСОНА

5. ДИФФУЗИОННАЯ КАМЕРА

6. ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА

7. ИСКРОВАЯ КАМЕРА

8. МНОГОПРОВОЛОЧНАЯ ПРОПОРЦИОНАЛЬНАЯ КАМЕРА

9. ДРЕЙФОВАЯ КАМЕРА

10. МИКРОКАНАЛЬНЫЕ ПЛАСТИНЫ

11. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ МНОГОСЛОЙНОГО ДЕТЕКТОРА

12. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

13. ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ КАМЕРА

14. СХЕМЫ СОВПАДЕНИЙ

15. НЕЙТРИНО

Лекция 11. РАДИОМЕТРИЯ
Лабораторные радиометрические методы применяются для определения содержания радиоактивных элементов в пробах руд, горных пород, минералов, вод и газов. В зависимости от вида регистрируемого ионизирующего излучения радиометрические методы разделяются на a-, b- и g - методы.
Радиометрия (от лат. radio - излучаю и греч. metreo-измеряю - совокупность методов измерений активности (числа распадов в единицу времени) нуклидов в радиоактивных источниках.
Родоначальниками радиометрии можно считать Э. Резерфорда и Х. Гейгера, впервые в 1930 осуществивших с помощью искрового счётчика определение числа a-частиц, испускаемых в 1 сек 1 г радия, т.е. измеривших удельную активность препарата. В данной лекции мы рассмотрим методы определения абсолютной и относительной радиоактивности твёрдых (и в меньшей степени – жидких) препаратов. Способам измерения радиоактивных газов посвящена следующая лекция

1. РАДИОМЕТРИЧЕСКИ МЕТОДЫ

2. РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕПАРАТЫ
   2.1 Образцовые препараты
   2.2 Способы приготовления радиоактивных препаратов

3. ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ ПРЕПАРАТОВ
   3.1 Выбор детектора
   3.2 Оптимальные условия регистрации излучения
   3.2.1 Счётчик Гейгера-Мюллера
   3.2.2 Сцинтилляционный счётчик

4. ОПРЕДЕЛЕНИ АБСОЛЮТНОЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ
   4.1 Абсолютная радиоактивность
   4.2 Параметры, влияющие на скорость счёта
   4.2.1 Разрешающее время
   4.2.2 Фон
   4.2.3 Эффективность счётчика
   4.2.4 Геометрический коэффициент
   4.2.5 Поглощение излучения
   4.2.6 Самоослабление излучения
   4.2.7 Отражение излучения
   4.2.8 Учёт схемы распада
   4.3 Связь между регистрируемой и абсолютной активностью
   4.4 Относительные измерения радиоактивности

5. СКРИННИНГ РАДИОАКТИВНЫХ ОБРАЗЦОВ

Лекция 12. РАДИОМЕТРИЯ ГАЗОВ
Радиометрия газов имеет ряд особенностей по сравнению с рассмотренной в предыдущей лекции радиометрией твёрдых препаратов. Данную лекцию мы посвятим методам регистрации инертных радиоактивных газов (⁴¹Ar, ⁸⁵Kr, ¹³³Xe и др.), трития, СО₂, СН₄ и паров, меченных ¹⁴С и или тритием, как в стационарном, так и нестационарных режимах. При этом уделим внимание способам достоверной регистрации нестационарных смесей радиоактивных газов. Проблему анализа газов со сложными схемами распада мы проиллюстрируем на примере радиометрического обнаружения и количественного детектирования изотопов радона (т.е. опишем эманационные методы радиометрии). Кроме того, будут рассмотрены методы регистрации паров радиоактивных веществ, склонных к конденсации в детекторе и прилегающих трубопроводах (например, измерение паров воды, меченой тритием).
Другая группа препаратов, требующая газовую радиометрию, связана с проблемой измерения концентраций веществ, меченных изотопами, испускающими излучения с низкой энергией (³Н, ¹⁴С и др.). Сами по себе эти вещества находятся в твёрдой или жидкой форме, однако самопоглощение излучения в изготовленных из них препаратов настолько велико, что определение удельной активности связано с большими погрешностями. Приходится такие объекты сжигать, переводя метку в газообразное состояние (в виде водорода, паров воды, СО₂, метана, ацетилена и т.п.), и регистрировать методами радиометрии. Такими веществами являются биологические препараты, образцы древесины (определение возраста), органические вещества, меченные тритием или радиоактивным углеродом. В данной лекции мы рассмотрим использование счётчиков внутреннего наполнения (тупиковых и проточных), радиохроматографов и радиомасс-хроматографов для анализа сложных смесей радиоактивных газов и паров, образующихся при пиролизе органических веществ.

Рис. 1. Камеры различной формы, используемые для измерения b-активности инертных газов (например, ³⁵Kr): а - камера малого объема с одним или двумя торцовыми счетчиками Гейгера-Мюллера 1,б - камера малого объема (сцинтилляционный кристалл 2 высверливают для получения некоторого свободного объема) с фотоумножителем 3, в - проточный счетчик Гейгера-Мюллера (4 и 5 - положительный и отрицательный электроды в счетчике Гейгера-Мюллера, 6 - держатель электродов).

Рис. 2. Проточный пропорциональный счётчик для нестационарной спектроскопии смесей радиоактивных газов с различными схемами распада: 1 – вход смеси радиоактивных газов; 2 – контакт для анодного напряжения; 3, 9 – тефлоновые втулки; 4, 7 – накидные гайки; 5 – катод; 6 – анод: 8 – пружина; 10 – выход газовой смеси. 

1. РАДИОМЕТРИЯ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ

2. ДОСТОВЕРНОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ГАЗОВ

3. РАДИОМЕТРИЯ ИЗОТОПОВ РАДОНА
   3.1 Регистрация радона (²²²Rn)
   3.2 Определение торона и актинона
   3.3 Анализ изотопов радона при их совместном присутствии
   3.4 Определение радона по продуктам его распада
   3.4.1 Метод фильтров
   3.4.2 Адсорбционные методы мониторинга радона
   3.5 Промышленные приборы для мониторинга радона
   3.5.1 Радиометры
   3.5.2 Радиометры аэрозолей радона и торона
   3.5.3 Мониторы радона и аэрозолей дочерних продуктов радона в воздухе

4. РАДИОАКТИВНОСТЬ МЯГКИХ b-ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
   4.1 Измерение трития
   4.2 Органические вещества
   4.3 Радиоуглеродный анализ
   4.4 Пары воды
   4.5 Экспрессный анализ смесей радиоактивных газов и паров
   4.6 Промышленные приборы

5. ГАЗО-ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Лекция 13. РЕГИСТРАЦИЯ НЕЙТРИНО
Данная лекция посвящена регистрации самой трудноуловимой частицы – нейтрино. Казалось бы нейтрино ни с какого бока не должно интересовать радиохимиков. Однако это не так: во-первых, при регистрации нейтрино широкое распространение нашли как раз радиохимические методики, а во-вторых, некоторая разработанная в ходе регистрации нейтрино радиометрическая аппаратура находит всё большее распространение в практике радиохимического эксперимента.

1. СВОЙСТВА НЕЙТРИНО

2. ОТКРЫТИЕ НЕЙТРИНО

3. РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ НЕЙТРИНО
   3.1 Нейтрино и антинейтрино
   3.2 Мюонное нейтрино
   3.3 Тау-нейтрино

4. ЛЕПТОННЫЕ ЧИСЛА НЕЙТРИНО
   4.1 Три поколения нейтрино
   4.2 Спиральность и четность нейтрино
   4.3 Определение массы и магнитного момента нейтрино

5. ИСТОЧНИКИ НЕЙТРИНО
   5.1 Реликтовые нейтрино
   5.2 Реакторные нейтрино
   5.3. Солнечные нейтрино
   5.4 Нейтрино от коллапсирующих звёзд
   5.5. Космические нейтрино высоких энергий
   5.6 Ускорительные нейтрино

6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕЙТРИНО

7. СПОСОБЫ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НЕЙТРИНО
   7.1 Особенности детектирования нейтрино
   7.2 Хлорный детектор (радиохимический способ)
   7.3 Галлиевый детектор (радиохимический способ)
   7.4 Черенковский детектор (реакции рассеяния на электронах)
   7.5 Сцинциляционной детектор (реакции рассеяния на электронах)

8. ПОИСК СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО

Рекомендованная литература

1. Руководство к практическим занятиям по физическим основам радиохимии (ред. Ан.Н.Несмеянов)//Изд-во Химия, 1971.

2. К.Б.Заборенко, Б.З.Иофа, В.Б.Лукьянов, И.О.Богатырёв//Метод радиоактивных индикаторов в химии//Из-во «Высшая школа», М. 1964

3. Радиоактивные индикаторы: основы метода//Под ред.В.Б.Лукьянова// Из-во «Высшая школа», М. 1985

4. В.И. Баранов, А.С.Сердюкова, Л.В.Горбушина и др.//Лабораторные задачи по радиометрии//Атомиздат, М.1966

5. А.П.Цитович//Ядерная электроника//Изд-во Наука, М. 1967

6. В.Е.Левин, Л.П.Хамьянов//Измерение ядерных излучений//Атомиздат, М. 1969

7. В.И.Коробков, В.Б.Лукьянов//Методы приготовления препаратов и обработка результатов измерений радиоактивности//Атомиздат, 1973

8. Справочник по ядерной физике//Перевод с английского под ред. Л.А.Арцимовича//Из-во Физ-мат. Литературы, М. 1963

9. В. Прайс//Регистрация ядерного излучения//Издатинлит, 1955

10. В.Б. Лукьянов//Измерение и идентификация бета-радиоактивных препаратов//Госатомиздат, 1963

11. А.А.Санин//Электронные приборы ядерной физики//Физматгиз, 1961.

12. В.И.Калашников, М.С.Козодаев//Детекторы элементарных частиц//"Наука" М. 1966.

13. А.И.Абрамов и др. "Основы экспериментальных методов ядерной физики." М. Атомиздат, 1977.

14. В.П.Зрелов. //Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике высоких энергий//М., Атомиздат, 1968.

15. Ю.К.Акимов//Детекторы ядерных излучений на основе пластических сцинтилляторов//ЭЧАЯ, 1994, т.25, №2, 497-542.

16. Ю.К.Акимов//Детекторы ядерных излучений на основе неорганических сцинтилляторов//ЭЧАЯ, 1994, т.25, №1, 229-284.

17. Ю.К.Акимов и др.//Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике// Энергоатомиздат, 1989.

18. Ю.А.Будагов и др.//Ионизационные измерения в физике высоких энергий//Атомиздат, 1988.

19. Ю.В. Заневский//Пропорциональные и дрейфовые камеры// М., Атомиздат, 1979.

20. Ю.В.Заневский//Методика бесфильмовых камер в физике высоких энергий (обзор)

21. М.Н. Медведев//Сцинтилляционные детекторы// М., Атомиздат, 1977.

22. М.Н.Медведев//Детекторы ядерного излучения на основе электроннооптических усилителей света//УСФН, т.90, №1 (1977) 143.

23. The Particle Detector BriefBook

24. Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов, Э.И.Кэбин//Частицы и ядра. Эксперимент//М. Из-во МГУ, 2005

25. Э.Кэбин//Ядерная электроника для пользователей//Интернет-ресурс.

26. В.А.Москалев, Сергеев, В.Г.Шестаков//Измерение параметров пучков заряженных частиц//М., Изд-во МГУ, 1980

27. Ф.М.Караваев//Измерения активности нуклидов//М., 1972

28. В. В.Сидоренко, Ю.А.Кузнецов, А.А. Оводенко//Детекторы ионизирующих излучений//. Справочник, Л., 1984;

29. В.К.Ляпидевский//Методы детектирования излучений, М., 1987