.rádióaktív sugárzás, gammasugárzás, háttérsugárzás, Geiger-Müller, búbos kemence, kemence, kandalló, cserépkályha, téglakályha, csempekályha, vakolt kályha, takaréktűzhely, sparhelt, kenyérsütés, kenyérsütő, kenyértészta, kovász, grillsütő, grillező, bográcsozó, bogrács
 
 
 
 
Sugárzásmérő műszerek
 
A radioaktív sugárzás mérésének elvei, módszerei

A radioaktív sugárzást nem vagyunk képesek érzékszerveinkkel közvetlenül érzékelni, így szükségünk van bonyolult vagy kevésbé bonyolult eszközökre, felszerelésekre. A rendelkezésünkre álló eszközök, berendezések segítségével kapott közvetett megfigyelések értékes és pontos eredményeket szolgáltatnak számunkra.

A sugárzás mérésének elvei

A radioaktív sugárzást a környezetével létrehozott kölcsönhatások (az anyagban létrehozott elváltozások) alapján észleljük, mérjük. A mérőrendszer alapvetően két fő részből áll, a detektorból (érzékelőből) és a mérőberendezésből. A két fő rész nem feltétlenül szükséges, hogy egybeépített legyen (habár ez a jellemző), de még az sem fontos, hogy valamilyen közvetlen kapcsolat legyen közöttük.
Elképzelhető, hogy az érzékelés és a kiértékelés térben és időben külön történjen. Maga a sugárzás (részecske vagy energia) a detektorral lép kölcsönhatásba, a mérőberendezés a kölcsönhatás eredményeként létrehozott változást mérésre alkalmassá teszi és erre megfelelő egységén megjeleníti.
A sugárzások és a környezet atomjainak, molekuláinak kölcsönhatása leggyakrabban ionizációt hoz létre. Az ionizáció következménye lehet az anyag elektromos tulajdonságainak megváltozása, amely elektronikus mérőberendezéssel mérhető, így a megfelelő paraméterek figyelembevételével lehetőség nyílik a sugárzás mérésére is.
Az ionizáció során keletkezett ionok kölcsönhatása az anyaggal olyan gerjesztett atomokat, molekulákat hoz létre, amelyek látható vagy ultraibolya fotonokat bocsátanak ki.
Bizonyos fényérzékeny anyagokból a fotonok elektronokat váltanak ki, ezeket a fotoelektronokat a megfelelő elektronsokszorozó közbeiktatásával elektronikus mérőberendezéssel már észlelni tudjuk.
Az ionizáció következményeként gyakran előfordulhat, hogy az anyag kémiai átalakulása következik be. Ezek az átalakulások jól nyomonkövethetők lehetnek, így alkalmasak a folyamatot előidéző sugárzás mérésére.
Mivel a radioaktív sugárzással energiaközlés is történik, egy további kölcsönhatás eredménye az anyag felmelegedése. A radioaktív sugárzás által leadott energia az anyag termikus energiaszintjét növeli, amely alapjául szolgál egy következő mérési módszernek.
A bétasugárzás kivételével, a sugárzás többi résztvevője létrehozhat magátalakulást és a magreakció eredményeként az esetek jelentős részében a magreakció következtében a másodlagos részecske mellett radioaktív atommag keletkezik. A magreakciót kiváltó részecske észlelése történhet a reakcióban keletkezett új részecske vagy a radioaktív izotóp sugárzásának kimutatásával.
 
A sugárzás mérésének módszerei

A mérőberendezések aszerint különböztethetők meg egymástól, hogy a sugárzás és az anyag kölcsönhatása milyen közegben játszódik le és milyen változást eredményez.
A gázokban keltett ionizáció kimutatására és mérésére a gáztöltésű detektorok alkalmasak. A mérés úgy valósul meg, hogy két elektród között feszültségkülönbséget hoznak létre, a keletkezett ionokat összegyűjtik és elvezetik. Az így folyó ionizációs áramot mérik, melyek a kijelzőn megfelelő módon kalibrálva leolvashatók.
A félvezető detektorok az előbbihez hasonló elv szerint működnek, a sugárzás és az anyag kölcsönhatása során elektron-lyuk párok jönnek létre.
A szcintillációs detektorok esetében a sugárzás energiáját első lépésben fotonokká alakítják, majd a keletkezett fotonokkal fotokatódon elektronokat sokszoroznak. A kölcsönhatást végeredményben elektromos töltés jelzi.
Bizonyos gázokban vagy folyadékokban a megfelelő berendezésekben láthatóvá tehető a sugarak pályája.
Kémiai doziméterek és fotográfiai emulziók kémiailag reagálnak a sugárzásra. Meghatározott kémiai folyamatok játszódnak le.
A sugárzás elnyelődésével járó hőtermelés méréséhez precíziós kaloriméterek alkalmazhatók.
Az előbbiekben felsorolt módszerek közös jellemzője, hogy több együttesen ható ok miatt a radioaktív sugárzás energiájának csak egy részét mérik. Csak az a mennyiség mérhető, amely a detektorba bejutva jól érzékelhető fizikai vagy kémiai változást idéz elő. A legtöbb esetben ennek a részenergiának a mérése is elegendő.

A sugárzás mérésének detektorai

A legcélszerűbben használható detektortípust elsősorban a feladat természete határozza meg. A detektortípusok ismertetése előtt célszerű a detektorok néhány közös jellemzőjének az áttekintése. Az egyik ilyen tulajdonság a hatásfok. A hatásfok mértéke az, hogy az érzékeny térfogatban létrejött ionok hatására a detektor érzékeli-e a változást.
A forrás hiányában mért detektorjel a háttér. A mért háttérrel mindig módosítani kell a forrásra kapott detektorjelet. A detektor érzékenységét a hatásfok és a háttér határozza meg. Ahhoz, hogy a detektorban keltett ionok elérjék az elektródát, időre van szükség, ez alatt a detektor nem képes újabb jelet érzékelni. Ez az idő a holt idő, amely meghatározza a számlálási sebességet.

Gáztöltésű detektorok
A gáztöltésű detektorok működésének az a lényege, hogy a sugárzás hatására az érintett gázban ionok keletkeznek, és ezeknek az ionoknak a töltését a detektorban elhelyezett és feszültség alatt lévő két elektródon összegyűjtik. Az így kapott elektromos jel erősíthető és mérhető. Attól függően, hogy mekkora az alkalmazott feszültség, különböztethetjük meg a működési módokat. A detektor elektródáira kapcsolt feszültséget növelve elérhető az az állapot, amikor az összes töltés összegyűjthető az elektródokon, ebben az esetben az ionoknak nincs idejük a rekombinálódásra. Ez a működési mód telítési tartomány jellemző az ionizációs kamrákra.
Nagyobb detektorfeszültségnél a sugárzás által keltett ionok (ún. primer ionok) az elektromos térerősség következtében annyira felgyorsulnak, hogy az ütközések következtében további ionizációt hoznak létre. Az anódon összegyűjtött öszszes töltés arányos a sugárzás által leadott energiával, azaz a primer ionok számával. Ebben az esetben proporcionális működési módról beszélünk, a detektort pedig proporcionális számlálónak nevezzük.
Tovább növelve a detektor feszültségét, az anódon összegyűjtött elektronok száma függetlenné válik a primer ionok számától, ezt a tartományt a Geiger-Müller (GM) tartománynak nevezzük, és a detektor elnevezése Geiger-Müller számláló. A számlálók érzékenysége nő az érzékeny térfogat növelésével, de attól is függ, hogy a sugárzás milyen felületű abszorpciós együtthatójú ablakon át jut a detektor érzékeny terébe.

Ionizációs kamra
A fentebb említett három detektortípus közül az elsőben a sugárzás által keltett ionizációt a kamra jól szigetelt, néhány 100 V-ra feltöltött belső elektródjának kisülésére használják fel. A kisütöttség mértéke közvetlenül megállapítható az elektro-
szkópként működő aranyfüstlemez kitéréséből. A lemez elmozdulásának sebessége arányos az intenzitással. A pozitív ionok lassúsága miatt ezek a detektorok egyedi események észlelésére alkalmatlanok, de sugárszint mérésére megfelelnek.

Proporcionális számlálók
A proporcionális tartományban üzemelnek. A detektorok jól használhatók az alfa vagy béta sugárzás mérésére. A proporcionális számláló cső alakú, a katód fémcső, az anód fémszál.

Geiger-Müller számlálók
A hengeres számlálócsövek GM üzemmódban működnek. A működés során nagy és állandó impulzus keletkezik, függetlenül a primer ionizáció nagyságától. Jól használható béta sugárzás mérésénél, mivel a béta részecskék energiája változó. A részecske, bejutva az érzékeny térbe, függetlenül az energiájától, egyenlő nagyságú impulzust kelt.
A GM csövek az esetek nagy részében zártak, az ionizációs kamrákon és a proporcionális számlálókon állandóan gáz áramlik keresztül.
A gáztöltésű detektorok elsősorban alfa és béta részecskék számlálására alkalmasak. Kevésbé alkalmasak gamma-sugárzás mérésére (a gáz elnyelő képessége kicsi), speciális gázzal töltve a gamma számlálás hatásfoka javul.

Félvezető detektorok
Detektoronként szilárd anyag felhasználása több előnnyel is jár. Teljesebbé válik a részecskék abszorpciója (a nagyobb sűrűség következtében), az ionizáció hatásfoka is nagyobb, ugyanakkora energia hatására az ionpárok képződése megsokszorozódik. Előnye még, hogy kis térfogatúak és a holtidejük is kicsi. E detektorok csak alacsony hőmérsékleten üzemeltethetők, mert az elektrongerjesztés termikusan is létrejöhet. A detektor alfa, béta, gamma részecskék kimutatására és detektálására alkalmas.

Szcintillációs detektorok
A detektor nagy térfogatú szcintillátor, amely fényvezetőn át illeszkedik az elektronsokszorozóhoz. Különösen alkalmasak gamma-sugárzás detektálására, valamint lágy béta-sugárzás mérésére.

Radiofotolumineszcens detektorok
Ez a típusú detektor is a szilárdtest dózismérők családjába tartozik. A lényege, hogy a detektort ért dózisok arányában, a sugárzás hatására lumineszcencia centrumok keletkeznek az anyagban. Ezek a centrumok tartósan megmaradnak.
Kiértékelésük úgy történik, hogy a besugárzott kristályt UV-fény hatásának tesszük ki, melyre a lumineszcencia centrumok számának arányában látható hullámhosszú és intenzitású gerjesztett fény keletkezik. Ezek a detektorok elsősorban a gamma-dozimetriában használatosak.

Termikusan stimulált exoelektron emissziós detektorok
Szintén szilárdtest alapanyagú érzékelők. Lényege, hogy a kristályos anyagban a szennyeződések következtében hibahelyek keletkeznek és ezekben az ionizáló sugárzás hatására keletkezett elektronok megkötődnek.
Kiértékelésük úgy történik, hogy az anyagot kifűtve az elektroncsapdákban lévő elektronok kilépnek az anyagból és kis energiájú exoelektronok formájában jelentkeznek. Az exoelektronok és a detektort ért sugárzás között lineáris kapcsolat áll fenn.

Aktivációs detektorok
A neutronsugárzás hatására bekövetkező magreakciókat használja fel dózismérésre. A neutronsugárzás hatására a lejátszódó magreakciók következtében radioaktív izotópok keletkeznek. A keletkezett radioaktív izotópok aktivitásméréséből következtetni lehet a neutronsugárzás mennyiségére.

Kémiai reakció elvén működő detektorok
Ebben az esetben a sugárzás hatására lejátszódó kémiai reakciók szolgálnak a mérés alapjául. Az ionizáló sugárzás hatására egyes ionok töltése megváltozik arányos mértékben a sugárzással, és ezt használják fel a mérésre.

Optikai elven működő detektorok
A működés lényege, hogy egyes anyagok a sugárzás hatására sűrűségüket megváltoztatják, illetve elszíneződnek.
Kiértékeléskor denzitométerrel az optikai sűrűség változását, koloriméterrel pedig a színváltozást mérik meg, ebből lehet következtetni a sugárzás intenzitására.

Filmdetektorok
Az ionizáló sugárzás hatására a fényérzékeny film elfeketedik. A feketedés mérésére fotométert használnak. A kiértékelés lényege, hogy a sugárzás hatásának kitett filmet etalonnal hasonlítják össze.

Termolumineszcens detektorok
Ha valamely szigetelőt ionizáló sugárzás hatásának tesszük ki, a sugárzás hatására felszabadult elektronok egy része az anyag rácsszerkezetében fellelhető hibahelyeken bentreked. Ez az állapot nagyon hosszú ideig is fennmarad. A hibahelyeken lévő elektronok egy része spontán módon, míg a nagyobb része csak kifűtés hatására szabadul ki. A stabilizálódott elektronok hőt termelnek, ez fény formájában emittálódik. Az említett fényt fotoelektron-sokszorozóval mérhetjük. Az ilyen detektorok általában ideálisnak mondhatók, a legtöbb ionizáló sugárzás mérésére alkalmasak.

Nyomdetektorok
A nehéz ionizáló részecskék az arra alkalmas szigetelőanyagban jól definiálható nyomokat hagynak, amelyek különböző maróanyagok segítségével láthatóvá válnak.
 A felületegységen észlelhető nyomokból következtetni lehet a dózis mértékére.
 
 
 
Gáfor Béla
kenyersutokemence@gmail.com
36 30 312 3128