Сущность датчиков ионизационного излучения и их классификация
Детекторы (датчики) ионизирующего излучения представляют собой чувствительные элементы электронных измерительных устройств, предназначенных для регистрации и определения величины ионизирующих излучений путем преобразования актов взаимодействия их с веществами рабочей среды прибора в электрические импульсы, которые уже непосредственно и регистрируются и которым дается количественная и качественная оценка с помощью соответствующей измерительной аппаратуры.
Классификация датчиков ионизационных излучений в зависимости от физического явления, определяющего сущность взаимодействия рабочего вещества с ионизирующими излучениями:
- Ионизационные датчики. Их работа основана на способности проходящих через среду излучений к ее ионизации.
- Сцинтилляционные детекторы. С их помощью регистрируются фотоны света, которые возникают в сцинтилляторе под действием на вещество ионизирующих излучений.
- Люминесцентные датчики. Принцип их действия основан на возникновении эффектов радиотермолюминесценции (ТЛД) и радиофотолюминесценции (ФЛД). Суть их работы заключается в поглощении и накапливании детекторами на молекулярных центрах фотолюминесценции энергии излучения, которую они способны потом высвечивать при нагревании (ТЛД) или при освещении ультрафиолетовым светом (ФЛД).
- Фотографические детекторы. В основе их действия лежит способность ионизирующих излучений к оказанию воздействия на чувствительный слой фотоматериалов, аналогичного видимому свету.
- Химические датчики. Принцип действия детекторов данного типа основан на определении выхода продуктов радиационно-химических взаимодействий (по изменению цвета или степени окраски), которые протекают под воздействием ионизирующего излучения. Данный метод широко применяется для регистрации радиации значительных уровней.
- Калориметрические датчики. В данном типе детекторов измеряется количество теплоты, которое выделяется в них в результате поглощения энергии ионизирующего излучения.
В зависимости от типа линейности преобразования датчиками энергии ионизирующих излучений в энергию регистрируемых прибором сигналов детекторы подразделяются на три основные группы:
- Спектрометрические датчики, которые регистрируют энергетический спектр ионизирующих излучений.
- Дозовые датчики, трансформирующие энергию излучений в количественные показатели.
- Датчики счетного типа, которые измеряют плотность потока излучения и активность его источников (количество распадов в изучаемом образце за единицу времени).
Примеры применения датчиков ионизирующего излучения в приборах медицинского назначения
Наиболее типичным примером применения датчиков ионизирующего излучения в медицине являются различные приборы, использующиеся с целью радиационной разведки и контроля радиационной ситуации.
Излучение радиоактивных веществ способствует ионизации веществ, взвешенных в среде, что приводит к ряду химических и физических изменений в этих веществах. Работа приборов радиационной разведки и контроля основана на обнаружении таких произошедших в среде изменений и количественном их измерении.
В зависимости от функционального предназначения все приборы, использующиеся для радиационной разведки, подразделяются на следующие основные группы:
- Рентгенметры. Такие приборы предназначены для измерения мощности дозы. Примерами могут служить, например, ДП-5, ДП-3, ДП-2.
- Индикаторы. Задачей приборов данного типа является фактическое обнаружение различных типов ионизирующих излучений, а также ориентировочная оценка их уровня. К таким приборам относятся ДП-63 и ДП-64.
- Дозиметры. Такие приборы служат с целью определения величины суммарной дозы облучения. К ним относятся, например, ДП- 22В, ДК-02, ДП-24, ИД-11, ИД-1.
- Радиометры. Предназначением приборов данного типа является обнаружение и определение величины радиоактивного заражения различных поверхностей. К таким приборам относятся радиометрическая установка ДП-100М, ДП-12, ДП-5, А. Б, В.
Другим примером использования датчиков ионизационного излучения для медицинских нужд является счетчик Гейгера-Мюллера.
Он представляет собой металлическую газоразрядную трубку, между анодом и катодом которой создается разность потенциалов. В результате движения ионов, которые образовались в газе под действием излучения, возникают электрические импульсы.
Затем производится качественный и количественный анализ возникших импульсов. По числу зарегистрированных импульсов судят об их количестве, а их амплитуда говорит о величине энергий ионизирующих частиц.
Широкое применение счетчик Гейгера нашел в лабораторной диагностике, с помощью него проводится автоматический подсчет форменных элементов крови, что значительно облегчает работу клиническим лаборантам, ведь до внедрения счетчиков в медицинскую практику, персоналу приходилось подсчитывать количество клеток крови вручную с помощью микроскопа.
Сцинтилляционные детекторы также нашли применение в медицинской практике. Суть их действия заключается в регистрации вспышек света, которые возникают при попадании ионизирующих излучений на вещество (сцинтиллятор).
При их взаимодействии (сцинтиллятора и ионизирующего излучения) возникает видимая люминесценция (световые сигналы), которые затем с помощью специальных фотоумножителей (чувствительных фотоэлектрических устройств) пропорционально трансформируются в электрические импульсы, которые далее обрабатываются с помощью специальной электроизмерительной техники.
В медицине данные датчики применяются, в частности, для проведения сцинтиграфических исследований.
Сцинтиграфия является методом функциональной визуализации, который заключается во введении радиоактивных изотопов в организм и получении в последующем двумерного изображения исследуемого органа или ткани путём определения излучения, которое они испускают.
Метод сцинтиграфии широко применяется для диагностики опухолевых заболеваний различной локализации, для исследования функционального состояния эндокринных желез, а также для дифференциальной диагностики и контроля эффективности лечения.
