Dozymetr z włókna kwarcowego - Quartz fiber dosimeter
Dozymetr włókna kwarcowe , czasami nazywany siebie wskazujący dozymetr kieszeni (SIPD) lub siebie kieszeni odczytu dozymetr (SRPD) lub kwarcu elektrometru włókien (QFE) jest rodzajem promieniowania dozymetr , pióro podobne urządzenie, które mierzy skumulowana dawka jonizującego promieniowanie odbierane przez urządzenie, zwykle w ciągu jednego okresu pracy. Jest przypinany do ubrania osoby, zwykle do kieszeni na piersi w celu narażenia całego ciała, w celu pomiaru narażenia użytkownika na promieniowanie.
Obecnie jest zastępowany przez bardziej nowoczesne typy dozymetrów, takie jak elektroniczny dozymetr osobisty (EPD).
Posługiwać się
Podobnie jak w przypadku innych rodzajów osobistego dozymetru promieniowania , jest on noszony przez pracowników, którzy są zawodowo narażeni na promieniowanie, aby ich pracodawcy mogli prowadzić rejestr swojego narażenia, aby sprawdzić, czy jest ono poniżej prawnie określonych limitów. Działa poprzez pomiar spadku ładunku elektrostatycznego na przewodniku metalowym w komorze jonizacyjnej , w wyniku jonizacji powietrza w komorze przez promieniowanie. Został wynaleziony w 1937 roku przez Charlesa Lauritsena .
Dozymetr musi być okresowo doładowywany, aby przywrócić odczyt zerowej dawki po ekspozycji na promieniowanie. Zwykle jest odczytywany natychmiast po użyciu, a dawka jest rejestrowana w celu zarejestrowania ekspozycji użytkownika. W niektórych organizacjach posiadanie ładowarki jest ograniczone do fizyków medycznych, aby zapewnić dokładne rejestrowanie ekspozycji. Zawiera mikroskop o małej mocy i soczewkę oświetlającą, które umożliwiają bezpośredni odczyt ekspozycji w dowolnym momencie, kierując soczewkę oświetlającą na źródło światła i patrząc w mikroskop.
Urządzenie jest wrażliwe głównie na promieniowanie gamma i rentgenowskie , ale wykrywa również promieniowanie beta powyżej 1 MeV . Wykonano wersje wrażliwe na neutrony .
Dozymetry z włókna kwarcowego produkowane są w różnych zakresach. Zakresy narażenia zawodowego w czasie pokoju zwykle wynoszą do 500 mrem (5 mSv), co przekracza normalną roczną dawkę w USA wynoszącą 360 mrem (3,6 mSv). Mierniki opadu w czasie wojny mierzą do 500 rem (5 Sv), mniej więcej śmiertelną dawkę.
Urządzenie z włókna kwarcowego to starsza konstrukcja dozymetru. Ma te wady:
- Niska dokładność: Ze względu na analogową konstrukcję mechaniczną dokładność wynosi około 15%, mniej niż w przypadku innych dozymetrów.
- Błędy odczytu: Ponieważ można go odczytać tylko ręcznie, jest podatny na błędy odczytu przez ludzi.
- Mały zakres dynamiczny: Zasięg urządzenia jest ograniczony ładunkiem na elektrodzie. Po zakończeniu ładowania urządzenie przestaje rejestrować ekspozycję. Oznacza to, że nieoczekiwanie duże dawki promieniowania mogą szybko nasycić urządzenia zaprojektowane do monitorowania bardziej typowych ekspozycji na niski poziom.
Podatność na wilgoć jest rozwiązywana poprzez oddzielenie iglicy ładującej od komory jonowej niewielką szczeliną. Urządzenie jest mocno dociskane do ładowarki, zamykając szczelinę i umożliwiając zresetowanie dozymetru. Zwolnienie dozymetru odłącza pin ładowarki od komory jonowej, ale powoduje niewielką zmianę zera, która jest stosunkowo nieprzewidywalna.
Teoria operacji
Dozymetr z włókna kwarcowego jest wytrzymałą formą urządzenia zwanego elektroskopem Lauritsen . Składa się z zamkniętego, wypełnionego powietrzem cylindra zwanego komorą jonizacyjną . Wewnątrz znajduje się metalowy pasek elektrod, który jest przymocowany do terminala na końcu pióra w celu naładowania. Drugi koniec elektrody ma przymocowane do niej delikatne złocone włókno kwarcowe , które w spoczynku leży równolegle do elektrody. Końce komory są przezroczyste, a mikroskop skupia się na włóknie.
Podczas ładowania ładowarka przykłada do elektrody wysokie napięcie prądu stałego, zwykle około 150-200 woltów, ładując ją ładunkiem elektrostatycznym. Włókno kwarcowe o tym samym ładunku jest odpychane przez powierzchnię elektrody pod wpływem siły kulombowskiej i odgina się od elektrody. Po naładowaniu ładunek pozostaje na elektrodzie, ponieważ jest izolowana.
Gdy cząsteczka promieniowania jonizującego przechodzi przez komorę, zderza się z cząsteczkami powietrza, wybijając z nich elektrony i tworząc w powietrzu dodatnio i ujemnie naładowane atomy ( jony ). Jony o przeciwnym ładunku są przyciągane do elektrody i neutralizują część ładunku na niej. Zmniejszony ładunek na elektrodzie zmniejsza siłę działającą na włókno, powodując jego cofanie się w kierunku elektrody. Położenie światłowodu można odczytać przez mikroskop. Za włóknem znajduje się skala wyskalowana w jednostkach promieniowania, z punktem zerowym w pozycji światłowodu, gdy jest on w pełni naładowany.
Ponieważ każda cząsteczka promieniowania umożliwia wyciek pewnej ilości ładunku z elektrody, położenie włókna w dowolnym momencie reprezentuje skumulowane promieniowanie, które przeszło przez komorę od ostatniego ładowania. Ponowne ładowanie przywraca utracony ładunek i przywraca włókno do pierwotnego odchylonego położenia.
Ładowarka to małe pudełko, zwykle zasilane baterią. Zawiera obwód elektroniczny, który podnosi napięcie akumulatora do wysokiego napięcia potrzebnego do ładowania. Pudełko posiada uchwyt, który wymaga dociśnięcia końca dozymetru do elektrody ładującej . Niektóre ładowarki są wyposażone w lampkę oświetlającą elektrodę pomiarową, dzięki czemu pomiar, rejestracja i ładowanie mogą odbywać się jednym rutynowym ruchem.
Jednostki o większym zasięgu są wykonywane przez dodanie kondensatora umieszczonego między elektrodą a obudową. Kondensator przechowuje większą ilość ładunku na urządzeniu dla danego napięcia na elektrodzie. Ponieważ każda cząsteczka promieniowania umożliwia ucieczkę ustalonej ilości ładunku, do przemieszczenia włókna o określoną ilość potrzebna jest większa liczba cząsteczek promieniowania.
Kieszonkowa komora jonizacyjna
Wersja powyższego dozymetru bez możliwości samoodczytu, zwana kieszonkową komorą jonizacyjną lub po prostu komorą kieszonkową , była szeroko stosowana w II wojnie światowej i powojennych projektach rządowych i wojskowych, szczególnie w projekcie Manhattan . Składała się ona z prostej komory jonizacyjnej z elektrodą biegnącą przez środek, ale bez elektroskopu do odczytu. Zamiast tego ekspozycję odczytywano, podłączając urządzenie do oddzielnego precyzyjnego elektrometru /ładowarki, który mierzył spadek ładunku na elektrodzie i wyświetlał go na mierniku przed ponownym naładowaniem elektrody. Miały one tę zaletę, że były prostsze, bardziej wytrzymałe i tańsze niż typ elektrometru, ale miały wadę (uważaną za pożądaną w niektórych zastosowaniach wojskowych) polegającą na tym, że użytkownik nie mógł odczytać ekspozycji bez elektrometru/ładowarki. Nie są już używane.
Miernik szybkości
Podobnym urządzeniem, używanym z tą samą ładowarką, jest miernik prędkości . Jest to niedroga metoda pomiaru natężenia promieniowania przez osoby zajmujące się obroną cywilną . Po naładowaniu miernika częstości mierzy się szybkość zmian miernika częstości dla ekspozycji w czasie. Środki zazwyczaj jeden ciężki opad okres trzydziestu sekund, a światło Fallout w ciągu dziesięciu minut. Miernik częstości ma dwie wewnętrzne skale, które odczytują strumień promieniowania bezpośrednio w remach dla każdego okresu.