Творческое задание, страница 173 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Последствия Чернобыльской аварии: флора и фауна в очагае радиоактивного заражения.

2. Зоны отчуждения в РК: «Опытное поле», площадка «Дегелен», площадка «Балапан», «Сары-Узень», «Актан-Берли», «4», «4А», «Атомное» озеро, «Телькем-1», «Телькем-2». Их настоящее и будущее.

3. Виды радиометрических приборов, их назначение и принцип действия.

4. Самые большие ядерные полигоны мира.

5. Техника безопасности при транспортировке и хранению радиоактивных материалов.

Радиометрические приборы — это общее название для устройств, предназначенных для обнаружения и измерения характеристик ионизирующего излучения (альфа-, бета-, гамма-, рентгеновского и нейтронного). Они являются основой радиационного контроля и дозиметрии в науке, медицине, промышленности и для обеспечения экологической безопасности.

Приборы можно классифицировать по нескольким признакам. По измеряемой величине их делят на дозиметры (измеряют дозу или мощность дозы), радиометры (измеряют активность или плотность потока частиц) и спектрометры (измеряют энергетическое распределение излучения). По типу регистрируемого излучения — на приборы для альфа-, бета-, гамма-излучения или для нейтронов. По принципу действия детектора — на газонаполненные, сцинтилляционные и полупроводниковые.

Дозиметры

Назначение: Дозиметры предназначены для измерения дозы ионизирующего излучения (поглощенной, эквивалентной, экспозиционной) или мощности дозы, полученной объектом (например, человеком) за определенный промежуток времени. Они являются ключевым инструментом в обеспечении радиационной безопасности.

Принцип действия: Принцип действия дозиметра зависит от типа используемого детектора. Основная задача — преобразовать энергию ионизирующего излучения, поглощенную в чувствительном объеме детектора, в измеряемый сигнал (электрический ток, заряд, число вспышек света). Чаще всего в современных электронных дозиметрах используются ионизационные камеры, счетчики Гейгера-Мюллера или полупроводниковые детекторы. Для индивидуального дозиметрического контроля также применяются пассивные дозиметры (термолюминесцентные, фотопленочные), которые регистрируют накопленную дозу. В термолюминесцентных дозиметрах (ТЛД) доза определяется по интенсивности свечения, испускаемого при нагреве предварительно облученного кристалла.

Ответ: Дозиметры измеряют дозу или мощность дозы ионизирующего излучения, их работа основана на преобразовании энергии излучения в измеряемый сигнал с помощью различных типов детекторов.

Радиометры

Назначение: Радиометры предназначены для измерения активности радионуклида в источнике или образце (например, в пробах воды, почвы, продуктов питания), а также для измерения плотности потока ионизирующих частиц или фотонов. Используются для контроля радиоактивного загрязнения поверхностей, воздуха и других объектов окружающей среды.

Принцип действия: Радиометр измеряет число частиц или квантов, попадающих в детектор за единицу времени. Зная геометрию измерения и эффективность регистрации детектора, можно рассчитать активность источника. В качестве детекторов часто используются сцинтилляционные или газоразрядные счетчики. Сигнал с детектора поступает на счетное устройство, которое отображает результат в единицах активности (Беккерелях, Бк), в единицах скорости счета (имп/с) или в единицах плотности потока частиц (частиц/(см²·с)).

Ответ: Радиометры измеряют активность радионуклидов или плотность потока излучения путем подсчета числа зарегистрированных детектором частиц или квантов в единицу времени.

Спектрометры ионизирующих излучений

Назначение: Спектрометры позволяют не только обнаружить излучение, но и определить его энергетический состав (спектр). Это дает возможность идентифицировать радионуклиды, входящие в состав источника, так как каждый радионуклид имеет свой уникальный линейчатый или непрерывный спектр излучения.

Принцип действия: В основе работы спектрометра лежит детектор, в котором амплитуда выходного сигнала пропорциональна энергии, поглощенной от одной частицы или кванта. Детектор генерирует импульсы, которые поступают на многоканальный анализатор. Анализатор сортирует импульсы по их амплитуде и строит гистограмму — зависимость числа импульсов от их амплитуды (энергии). Полученный спектр позволяет определить наличие и количество конкретных радионуклидов. Наиболее распространенными для спектрометрии являются сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы из-за их хорошего энергетического разрешения.

Ответ: Спектрометры измеряют энергетическое распределение излучения, что позволяет идентифицировать радионуклиды. Их принцип действия основан на анализе амплитуд сигналов детектора, которые пропорциональны энергии поглощенных частиц.

Принципы действия основных типов детекторов

Эффективность и назначение радиометрического прибора во многом определяются типом установленного в нем детектора, преобразующего энергию излучения в электрический сигнал.

Счетчик Гейгера-Мюллера

Принцип действия: Это газонаполненный (газоразрядный) детектор. Он состоит из герметичного резервуара (обычно цилиндрического катода), заполненного инертным газом (например, аргоном) с примесью гасящего газа, и тонкой проволоки (анода) по оси цилиндра. Между анодом и катодом прикладывается высокое напряжение. Когда ионизирующая частица попадает в газовый объем, она создает на своем пути ионы и электроны. Под действием сильного электрического поля электроны ускоряются и вызывают лавинообразную ионизацию газа (газовый разряд). Этот разряд приводит к возникновению кратковременного импульса тока. Важная особенность: амплитуда импульса не зависит от энергии и типа начальной частицы, поэтому счетчик Гейгера может только считать количество попавших в него частиц, но не определять их энергию. Он обладает высокой чувствительностью, но неразборчив к энергии.

Ответ: Счетчик Гейгера-Мюллера работает в режиме газового разряда, где каждая попавшая в него ионизирующая частица вызывает лавинообразную ионизацию, генерируя стандартный по амплитуде электрический импульс для последующего счета.

Сцинтилляционный детектор

Принцип действия: В основе работы лежит явление сцинтилляции — способности некоторых веществ (сцинтилляторов) излучать свет при поглощении ионизирующего излучения. Сцинтиллятор (кристалл, пластик или жидкость) оптически соединен с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Когда ионизирующая частица поглощается в сцинтилляторе, она вызывает короткую световую вспышку, яркость которой пропорциональна поглощенной энергии. Фотоны света попадают на фотокатод ФЭУ и выбивают из него электроны. Затем система электродов (динодов) ФЭУ многократно умножает число этих электронов, создавая на выходе измеримый электрический импульс. Амплитуда этого импульса пропорциональна энергии исходной частицы, что позволяет использовать сцинтилляционные детекторы не только для счета частиц, но и в спектрометрии.

Ответ: Сцинтилляционный детектор преобразует энергию ионизирующего излучения в световую вспышку, которая затем с помощью фотоэлектронного умножителя преобразуется в электрический импульс, пропорциональный поглощенной энергии.

Полупроводниковый детектор

Принцип действия: Детектор представляет собой полупроводниковый диод (чаще всего из кремния Si или особо чистого германия HPGe) с p-n переходом или p-i-n структурой, к которому приложено обратное смещающее напряжение. В результате в кристалле образуется обедненная область, лишенная свободных носителей заряда. Когда ионизирующая частица или гамма-квант поглощается в этой области, он создает множество электронно-дырочных пар. Под действием электрического поля электроны и дырки движутся к противоположным электродам, создавая кратковременный импульс тока. Заряд этого импульса строго пропорционален энергии, поглощенной в детекторе. Для создания одной электронно-дырочной пары в полупроводнике требуется значительно меньше энергии (например, для Si $E \approx 3.6$ эВ) чем для создания пары ионов в газе ($E \approx 30$ эВ). Поэтому при поглощении одной и той же энергии в полупроводнике образуется в ~10 раз больше носителей заряда. Это обеспечивает очень высокое энергетическое разрешение (способность различать близкие по энергии частицы), что делает полупроводниковые детекторы незаменимыми в спектрометрии высокого разрешения.

Ответ: Полупроводниковый детектор регистрирует излучение путем генерации электронно-дырочных пар в обедненной области полупроводника; возникающий при их движении в электрическом поле импульс тока несет информацию об энергии поглощенной частицы.