Вводные замечания

Человек не чувствителен даже к опасному уровню ионизирующего излучения. Мы совершенно не способны обнаруживать цепочки энергичных заряженных частиц, образующихся при взаимодействии фотонов, бета- или альфа-частиц с тканями организма. В самом деле, человечество неплохо жило, не обращая внимания на естественно возникающее ионизирующие излучения в течении большей части своей истории. И только четыре поколения назад таинственная люминесценция некоторых кристаллов привела к открытию рентгеновского излучения и излучения, испускаемого ураном, знаменуя наступление эры современной ядерной физики и радиологии.

Самые ранние устройства для детектирования радиации были не машинными. а человеческими. "Детектор" излучения, сидя в темноте, подсчитывал вспышки света, испускаемые сцинтилирующими материалами под действием ионизирующего излучения. И только в 1928 г. Г. Гейгер предложил электронное детектирующее радиацию устройство, которое обладало достаточной чувствительностью для обнаружения индивидуальных радиационных событий, лишенное человеческого субъективизма. Детектор Гейгера работал не с испускающими свет кристаллами, а непосредственно превращал электрические заряды, образующиеся в газовой среде при поглощении излучения в электрические сигналы.

Х-лучи (тормозное излучение), фотоны, альфа- и бета-частицы и нейтроны являются ионизирующими излучениями. При их прохождении через среду электроны отрываются от атомов среды вследствие взаимодействия радиации с веществом. Эти взаимодействия могут располагаться в пространстве с определенными интервалами, как в случае фотонов, так и, практически, непрерывно, как в случае альфа-частиц. Каждый свободный отрицательно заряженный электрон и атом, ставший после потери электрона положительно заряженным ионом, образуют пару ионов. Заряды электрона и положительного иона равны по абсолютной величине 1,6·10^-19 Кл, но противоположны по знаку, в то же как массы очень сильно отличаются.

Для отрыва электрона от атома радиация должна передать ему энергию, достаточную для преодоления энергии связи электрона в атоме. Для газов эта энергия, w, находится в интервале от 24 эВ (аргон) до 41 эВ (гелий), средняя энергия, необходимая для образования одной пары ионов в воздухе равна 34 эВ. Если взять 140 кэВ фотон, испускаемый радионуклидом ^99mTc, то при его поглощении в воздухе образуется 140000 эВ/(34 эВ/пара ионов) = 4118 пар ионов, что соответствует заряду 6,6·10^-16 Кл. Такой маленький заряд не легко зарегистрировать.

Рассмотрим цилиндрический контейнер, заполненный воздухом или похожим газом (рис. 2.1). Взаимодействие ионизирующего излучения с атомами газа приведет к образованию ионов. Если к объему приложено электрическое поле, то оно вызовет ускоренное движение электронов к положительному электроду (аноду) и положительных ионов к отрицательному электроду (катоду). Сила ускорения равна произведению напряженности электрического поля на заряд иона.

Рис. 2.1. Газонаполненные ионизационные детекторы излучения с электродами в плоской параллельной (а) и с цилиндрической концентрической геометриях (б)

Наиболее популярными расположениями электродов являются плоская параллельная (рис. 2.1,а) и цилиндрическая концентрическая (рис. 2.1,б) геометрии. Таким образом, вследствие ионизации газа в объеме детектора под действием радиации в электрической цепи, включающей такой детектор, возникает ток, который можно измерить с помощью подходящего прибора, например, электрометра (рис. 2,2).

Рис. 2.2. Упрощенная схема электрической цепи газонаполненного ионизационного детектора излучения

Измеряемый электрометром ток в цепи рис. 2.2 связан с количеством зарядов, образующихся в газе детектора в единицу времени, последнее же зависит от количества энергии, поглощаемым в газе в единицу времени при взаимодействии с падающим излучением.