Методы измерения ионизирующих излучений можно условно разделить на три основные категории:
Каждый из этих методов имеет свои особенности, преимущества и ограничения, и выбор конкретного подхода зависит от задач измерения, типа излучения, необходимой точности и условий проведения измерений.
К этой категории относятся:
Ионизационные камеры работают в режиме, при котором создаваемые ионы полностью собираются электродами без усиления тока. Это обеспечивает высокую линейность и точность измерений, особенно при измерении большой мощности дозы. Камеры могут быть заполнены воздухом, азотом, аргоном или другими инертными газами. Они широко используются в дозиметрии, калибровке источников и медицинской физике.
Пропорциональные счётчики работают в области напряжений, где происходит усиление ионизационного тока за счёт лавинного умножения, но амплитуда сигнала пропорциональна энергии первичной ионизации. Это позволяет оценивать энергетический спектр излучения. Применяются для спектрометрии α- и β-излучения.
Счётчики Гейгера-Мюллера характеризуются тем, что даже одна ионизационная пара инициирует полный разряд. Их преимущества — простота конструкции, высокая чувствительность. Недостаток — отсутствие информации о типе и энергии излучения. Используются в переносных дозиметрах и радиометрах.
Используются для точного измерения экспозиционной и поглощённой доз. Камеры с переменным потенциалом позволяют определять характеристики электрического поля и, соответственно, параметры ионизации с большей точностью. Они особенно важны в медицинской физике для обеспечения точности лучевой терапии.
Сцинтилляционные детекторы основаны на способности некоторых веществ (органических или неорганических кристаллов) испускать свет при взаимодействии с ионизирующим излучением. Сигнал света преобразуется в электрический импульс с помощью фотоумножителя (ФЭУ).
Выбор сцинтиллятора определяется типом измеряемого излучения, требуемой чувствительностью и разрешающей способностью.
Сцинтилляционные спектрометры обладают высоким энергетическим разрешением и чувствительностью, но требуют сложной калибровки и защиты от помех.
Полупроводниковые детекторы — это устройства, в которых ионизирующее излучение вызывает появление электронно-дырочных пар. Наиболее распространённые материалы: кремний (Si) и германий (Ge).
Детекторы на основе Ge(Li) и HPGe обладают высоким энергетическим разрешением, что делает их незаменимыми в γ-спектроскопии.
Преимущества:
Недостатки:
Применяются в спектрометрии, радиохимии, медицинской физике (особенно при анализе изотопного состава), а также в контроле окружающей среды.
Фотоплёнка изменяет свою оптическую плотность в зависимости от поглощённой дозы. После проявления можно визуально или оптическими приборами оценить степень почернения.
В кристаллах (обычно LiF, CaF₂, Al₂O₃) под действием излучения формируются ловушки для электронов. При нагреве эти электроны освобождаются и испускается свет, интенсивность которого пропорциональна дозе.
Преимущества:
Применение:
Активационный анализ основан на регистрации продуктов ядерных реакций, вызванных облучением образца нейтронами или протонами. В образце накапливаются радиоактивные изотопы, активность которых затем измеряется.
Используется:
При высоких мощностях дозы можно измерить тепловой эффект, вызванный поглощением излучения. Калориметры применяются преимущественно в стандартизации и метрологии, поскольку позволяют получить первичные дозиметрические величины без промежуточных детекторов.
Калориметрические методы имеют высокую точность, но ограничены по применимости из-за сложности конструкции и чувствительности к внешним тепловым воздействиям.
Прямые методы — измеряют физическую величину, непосредственно связанную с дозой (например, ионизационный ток, энергия, поглощённая в веществе).
Косвенные методы — основаны на изменениях свойств вещества, вызванных облучением (оптические, химические, люминесцентные методы).
Выбор метода определяется не только физическими характеристиками излучения, но и требованиями к точности, скорости регистрации, чувствительности, возможностям повторного использования дозиметров.
Методы измерения ионизирующих излучений в медицинской физике — основа обеспечения радиационной безопасности пациентов и персонала, ключевой элемент радиотерапии и радиодиагностики. Надёжность, точность и воспроизводимость измерений являются краеугольными камнями эффективного использования радиационных технологий в медицине.