विकिरण: साप्ताहिक रेडियोथेरेपी प्रयोगशाला

इस लेख में, मैं Geiger काउंटर पर अपनी पोस्ट में उठाए गए विकिरण के विषय पर लौटूंगा।

... अस्सी के दशक के उत्तरार्ध और शुरुआती नब्बे के दशक में, लोग अक्सर डॉसिमीटर के साथ बाजार में जाते थे, इसे "स्वच्छ" चुनते थे, जैसा कि वे सोचते थे, सब्जियां और फल। विषयगत सार्वजनिक स्थानों और मंचों में कभी-कभी और अब सवाल उठता है: भोजन के लिए बाजार जाने के लिए क्या खरीदना है। और अगर समुदाय में सक्षम लोग हैं, तो वे सही जवाब देंगे: कोई नहीं। और वे समझाएंगे कि खाद्य उत्पादों की रेडियोधर्मिता का पता सीमा से कई गुना अधिक स्तर पर केवल डॉसीमीटर द्वारा लगाया जाता है, डॉसिमिटर डोसमीटर की रीडिंग पर समतुल्य से हानिरहित पोटेशियम -40 गतिविधि को अलग नहीं करेगा, लेकिन स्ट्रोंटियम -90 गतिविधि की नियमित खपत के साथ हत्या, और अल्फा-सक्रिय और बहुत ही रेडियोटॉक्सिक प्लूटोनियम के साथ अमेरिका बिल्कुल नहीं देखेगा, और उपयोग के लिए उत्पाद की उपयुक्तता का आकलन करने के लिए, एक विशेष प्रयोगशाला में अनुसंधान आवश्यक है।
फिलहाल मैं ऐसी प्रयोगशाला में काम कर रहा हूं। हम स्वच्छता माप नहीं करते हैं। हमारा कार्य प्राकृतिक पर्यावरण की रेडियोधर्मिता का अध्ययन करना है - मुख्य रूप से समुद्र का पानी, वर्षा। हमारे हित क्या मानकों से अधिक होने के तथ्य नहीं हैं, बल्कि प्राकृतिक वस्तुओं में रेडियोन्यूक्लाइड्स के स्तर, स्वयं के रूप, जिसमें वे मौजूद हैं, उनका वितरण और माइग्रेशन। सौभाग्य से, जबकि ज्यादातर मामलों में पर्यावरण में रेडियोन्यूक्लाइड्स की सामग्री बहुत कम है। और मैं बताना चाहता हूं कि हमें ये निम्न स्तर कैसे मिलते हैं, और साथ ही साथ कुछ सामान्य मिथकों को दूर करते हैं।

केडीपीवी पर - नोवाया ज़म्लिया, जहां मैं पिछले साल से पहले आर्कटिक पोत मस्टीस्लाव क्लेडीश अनुसंधान पोत के एक अभियान के हिस्से के रूप में आया था।

अल्फा, बीटा, गामा, पालना, केकड़ा, बूम

एक विश्लेषणात्मक संकेत के स्रोत के रूप में रेडियोधर्मी क्षय की एक अनूठी संपत्ति यह है कि हम आसानी से एक क्षय घटना दर्ज करते हैं - अर्थात, एक परमाणु का क्या हुआ। इसलिए, रेडियोधर्मिता का माप अक्सर किसी भी अन्य विश्लेषणात्मक तरीकों की संवेदनशीलता में बेहतर होता है। केवल बहुत लंबे समय तक रहने वाले तत्व - यूरेनियम -238 और 235, थोरियम, कभी-कभी नेप्टुनियम - रासायनिक रूप से निर्धारित करने के लिए अधिक संवेदनशील होते हैं।

जैसा कि हर कोई जानता है, रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, अल्फा कण - हीलियम -4 नाभिक, बीटा कण - इलेक्ट्रॉन और कभी-कभी पॉज़िट्रॉन, गामा किरणें, और दुर्लभ मामलों में न्यूट्रॉन, "विखंडन" नाभिक और प्रोटॉन उत्सर्जित होते हैं। कभी-कभी, हालांकि, ऐसा होता है कि कुछ भी उत्सर्जित नहीं होता है: इसके विपरीत, नाभिक एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ता है। लेकिन इस मामले में, यह विकिरण के बिना नहीं कर सकता है: एक परमाणु का इलेक्ट्रॉन खोल, पुनर्निर्माण किया जा रहा है, विशेषता एक्स-रे विकिरण का उत्सर्जन करता है।

सबसे आसान तरीका है अगर हमारे लिए ब्याज की आइसोटोप एक गामा emitter है। गामा विकिरण शायद ही कभी अन्य सभी से अलग-अलग मौजूद होता है - केवल लंबे समय तक रहने वाले परमाणु आइसोमर्स के नाभिक की जमीन की स्थिति के संक्रमण पर। एक नियम के रूप में, यह अल्फा और बीटा क्षय के दौरान होता है, इस तथ्य के कारण कि क्षय के बाद, नए नाभिक को अतिरिक्त ऊर्जा खोने की आवश्यकता होती है। पैठ के कारण, गामा विकिरण आमतौर पर बहुत मोटे नमूने की सीमा को आसानी से छोड़ देता है, जो कि अल्फा विकिरण के मामले में असंभव है और बीटा में आने पर हमेशा संभव नहीं होता है। और गामा विकिरण की एक अच्छी विशेषता है: इसका स्पेक्ट्रम रैखिक है, और यह विशिष्ट रूप से उत्सर्जित न्यूक्लाइड की पहचान करता है।

काश, सभी रेडियोन्यूक्लाइड से दूर गामा विकिरण के प्रभावी स्रोत हैं। कुछ के लिए, गामा किरण को 0.0001% सभी डिसे में उत्सर्जित किया जाता है, किसी के लिए, क्षय तुरंत बेटी के नाभिक की जमीन की स्थिति में होता है और आपको इससे कोई गामा नहीं मिल सकता है। इसलिए, आपको अल्फा और बीटा विकिरण को देखना होगा।

स्कूल से, हम जानते हैं कि अल्फा विकिरण कागज के एक टुकड़े से देरी हो रही है। मैं और अधिक कहूंगा: यह हवा के एक सेंटीमीटर के एक जोड़े द्वारा विलंबित है, और सबसे महत्वपूर्ण बात - यह टूटने में देरी है। और अगर हम सेंसर को बाहर से लाकर अल्फा विकिरण का पता लगाने की कोशिश करते हैं, तो केवल पदार्थ के ऊपर की परत द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों, एक माइक्रोन या कुछ माइक्रोन की मोटाई, इसमें गिर जाएगी। इसी तरह की समस्या बीटा विकिरण के पंजीकरण के साथ है। यदि यह कठोर है (स्ट्रोंटियम -90 की तरह), तो यह नमूने के कई मिलीमीटर को पार कर सकता है। और ट्रिटियम बीटा किरणें अल्फा कणों की तुलना में "कम से कम" तोड़ती हैं, और किसी भी खिड़की को पार नहीं कर सकती हैं। यहां तक ​​कि कार्बन -14 या निकेल -63 के बीटा-कण शायद ही गीजर काउंटर की पतली अभ्रक या अंडकोश की थैली को ढंकने वाले डिटेक्टर से गुजरते हैं।
फिर मैं आपको बताऊंगा कि वे इस अभेद्यता के साथ क्या करते हैं और इसके साथ कैसे सामना करते हैं।

लेकिन सबसे पहले, गामा स्पेक्ट्रोमेट्री के बारे में

गामा-रे स्पेक्ट्रोमेट्री के बारे में संभवतः "डोसमीटर के साथ मशरूम की जांच" के विषय पर किसी भी चर्चा में उल्लेख किया गया है। यह समझ में आता है: "एमपीसी स्तर पर सीज़ियम -138 निर्धारित करने" की समस्या को हल करने की विधि हार्डवेयर में अपेक्षाकृत सरल है (घर में "घुटने-ऊंचे" विकल्प) और काफी अभिव्यंजक (यह एक त्वरित परिणाम देता है)।

गामा स्पेक्ट्रोमेट्री इस तथ्य पर आधारित है कि इस विशेष समस्थानिक के रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न गामा विकिरण लगभग मोनोएनेरगेटिक गामा किरणों की एक धारा है। यही है, विकिरण स्पेक्ट्रम पर हम एक संकीर्ण रेखा, या कई लाइनें देखते हैं। और यह स्पेक्ट्रम विशेषता है, इसका उपयोग रेडियोन्यूक्लाइड को मज़बूती से पहचानने के लिए किया जा सकता है।

यदि ऑप्टिकल विकिरण या यहां तक ​​कि एक्स-रे को कुछ फैलाने वाले तत्व का उपयोग करके स्पेक्ट्रम में विघटित किया जा सकता है - एक प्रिज्म या एक विवर्तन झंझरी (एक्स-रे के लिए, एक क्रिस्टल झंझरी, उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट बाद के रूप में कार्य करता है), तो एक गामा-विकिरण स्पेक्ट्रम प्राप्त करने का एकमात्र तरीका रिकॉर्ड किए गए प्रत्येक की ऊर्जा को मापना है। इसकी मात्रा। इस तरह के माप के लिए बहुत सारे तरीके हैं, उदाहरण के लिए, विभिन्न विधियां हैं जिनमें एक गामा क्वांटम को लगभग उसी ऊर्जा के साथ एक इलेक्ट्रॉन में "परिवर्तित" किया जाता है, और फिर चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा प्रवाह के अनुसार इलेक्ट्रॉन प्रवाह को स्पेक्ट्रम में विस्तारित किया जाता है। लेकिन ऐसे तरीके प्रयोगात्मक परमाणु भौतिकी में लागू होते हैं - लेकिन नियमित माप में नहीं। आमतौर पर, गामा किरणों की ऊर्जा को मापने के लिए एक आनुपातिक आयनीकरण विकिरण डिटेक्टर का उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, एक गीजर-मुलर काउंटर ऐसा डिटेक्टर नहीं है। एमरिकियम -241 गामा-रे क्वांटम को अवशोषित करने के बाद, यह एक नाड़ी उत्पन्न करेगा जो एक ही नाड़ी से अलग नहीं होगी जो कि एक गीगर काउंटर कोबाल्ट -60 गामा-रे क्वांटम के जवाब में देगा, इस तथ्य के बावजूद कि इन दोनों की ऊर्जा मात्रा 23 में भिन्न होगी बार। लेकिन झालर काउंटर, इसके विपरीत, आनुपातिकता का गुण होता है - प्रकाश की चमक की तीव्रता, और इसलिए फोटोइलेक्ट्रॉन गुणक के एनोड पर नाड़ी का आयाम क्रिस्टल में अवशोषित ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित होता है।

एक जगमगाहट गामा स्पेक्ट्रोमीटर, इसलिए, बस एक जगमगाहट डिटेक्टर है - एक झांकी का एक क्रिस्टल, उदाहरण के लिए, थैलियम सक्रिय सोडियम आयोडाइड, जिसके लिए एक पीएमटी जुड़ा हुआ है। पीएमटी दालों को एक विशेष उपकरण से खिलाया जाता है जिसे मल्टीचैनल विश्लेषक (अंग्रेजी संक्षिप्त नाम एमसीए अक्सर पाया जाता है) कहा जाता है। वास्तव में, यह एक एडीसी है, लेकिन कई विशिष्ट आवश्यकताओं के साथ (विशेष रूप से, एक अत्यंत छोटा अंतर गैर-अस्तित्व, जो सामान्य अनुप्रयोगों में किसी के लिए भी कम चिंता का विषय है)। इसकी कार्रवाई का सिद्धांत यह है कि यह प्रत्येक आवेग के परिमाण (इसके आयाम, या इस आवेग के तहत अभिन्न) को मापता है और इन आवेगों को उनके परिमाण के अनुसार "ढेर" में "विघटित" करता है। ये "ढेर" - चैनल - आमतौर पर 256 से 4096 या अधिक तक। अनिवार्य रूप से, MCA हर नए पल्स के साथ एक फ़ंक्शन की तरह काम करता है:

unsigned int spectrum[4096] = {0}; //      void mca(unsigned int magnitude) //       { //     0  4095 spectrum[magnitude]++; //     ,  - return; //    . } 

और फिर, जब पर्याप्त दालों को इकट्ठा किया जाता है, तो आप एक ग्राफ बना सकते हैं, जो गामा स्पेक्ट्रम का दृश्य प्रदर्शन बन जाता है। कुछ इस तरह:



यह मैं एक बहुत ही खुलासा करने वाला चित्र लाया, जो दर्शाता है कि सब कुछ सरल प्रतीत होता है, लेकिन एक ही समय में - बहुत नहीं। तथ्य यह है कि यह एक मोनोअनजेनिक विकिरण स्रोत से दर्ज एक स्पेक्ट्रम है। लेकिन यह 662 keV पर केवल "छड़ी" नहीं है। इतना ही नहीं, एक छड़ी के बजाय, हमारे पास एक बल्कि अस्पष्ट "घंटी" है। उसकी बाईं ओर हमारे पास कुछ ऐसा है जो वास्तव में मौजूद नहीं है (बाईं ओर की सबसे ऊंची चोटी को छोड़कर - यह वास्तविकता में मौजूद है)। काश, हार्डवेयर स्पेक्ट्रम वास्तविक के बराबर नहीं होता।

ये अंतर कहां से आते हैं? गामा विकिरण को पंजीकृत करने की प्रक्रिया की भौतिकी से।
गामा क्वांटम को पूरे स्किन्टिलेटर क्रिस्टल में अवशोषित किया जा सकता है, जिससे यह सारी ऊर्जा प्राप्त होती है, जो फोटोइलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा में बदल जाएगी, जो अंततः क्रिस्टल - स्किन्टिलेशन में ल्यूमिनेसिसेंस के एक फ्लैश को उत्तेजित करती है। इस तरह के क्वांटा से हमारे दाहिनी ओर एक चोटी होती है, हम इसे फोटोपेक कहते हैं , क्योंकि यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के माध्यम से अवशोषण को संदर्भित करता है। और एक अन्य क्वांटम "सही से गुजर सकता है", यह ऊर्जा का केवल एक हिस्सा देता है। और - कोई भी: लगभग शून्य से एक निश्चित सीमा अंश तक - उस कोण पर निर्भर करता है जिस पर क्वांटम के साथ बातचीत करने वाले इलेक्ट्रॉन दूर उड़ जाएंगे। यह कॉम्पटन प्रभाव है। और उससे - चोटी के बाईं ओर यह विस्तृत पठार - कॉम्पटन सातत्य । उच्च ऊर्जा पर, हम इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े के गठन के रूप में भी ऐसा प्रभाव देखेंगे, जिसके कारण स्पेक्ट्रम पर दिखाई देने वाली एकल और डबल-एमिशन चोटियां, जो फोटोकाप से 511 और 1022 केवी दूर होती हैं, और 511 केवीवी खुद गामा विकिरण से निकलती हैं। विनाश। कॉम्पटन सातत्य की पृष्ठभूमि के खिलाफ, एक बैकस्कैटरिंग चोटी दिखाई देती है - यह डिटेक्टर के आसपास की वस्तुओं से गामा विकिरण परिलक्षित होता है, जो कॉम्पटन प्रभाव के कारण कुछ ऊर्जा खो देता है, और यहां तक ​​कि हम सीसा संरक्षण के लिए विशेषता एक्स-रे लाइनों को देखते हैं। खैर, चरम बाईं रेखा भी एक विशेषता एक्स-रे लाइन है, केवल उस बेरियम से, जिसमें सीज़ियम बदल गया, टूट गया। हां, यह सीज़ियम -137 का स्पेक्ट्रम है। और लगभग सब कुछ जो हम इस स्पेक्ट्रम पर देखते हैं, वह एकल वर्णक्रमीय रेखा का प्रदर्शन है। दो लाइनें होंगी - प्रत्येक का एक ही रूप होगा, और हम उनका योग देखेंगे। और हां, इन पंक्तियों में से प्रत्येक की उपस्थिति इसकी ऊर्जा पर निर्भर करती है: इसमें वृद्धि के साथ, कॉम्पटन घटक का अंश पहले बढ़ जाता है और फोटोपेक गिर जाता है, फिर इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े (उत्सर्जन चोटियों, विनाशकारी चोटियों) के निर्माण के प्रभाव दिखाई देते हैं और बढ़ते हैं। यहां से हमें स्पेक्ट्रा के प्रसंस्करण की एक सभ्य जटिलता मिलती है।

एक जगमगाहट गामा स्पेक्ट्रोमीटर एक उपकरण है, जैसा कि मैंने पहले ही कहा है, अपेक्षाकृत सरल। इस बिंदु तक कि कोई भी गृहिणी इसे प्राप्त कर सकती है। सभी गंभीरता में: उपकरण एक हजार डॉलर से कम के लिए निर्मित और बेचे जाते हैं, जो आपको काम करने की आवश्यकता होती है, एक यूएसबी पोर्ट और लीड सुरक्षा वाला एक कंप्यूटर है। बेलनाकार शरीर के अंदर - सब कुछ, और क्रिस्टल, और पीएमटी, और इसके शक्ति स्रोत, और एडीसी। रुचि रखने वालों के लिए - एटम स्पेक्ट्रा के बारे में Google। और जो लोग अपने हाथों में टांका लगाने वाले लोहे को पकड़ सकते हैं, उनके लिए इस तरह की डिवाइस बनाना काफी संभव है - मल्टी-चैनल विश्लेषक की भूमिका कंप्यूटर साउंड कार्ड और एक विशेष कार्यक्रम द्वारा सफलतापूर्वक निभाई जाएगी, उदाहरण के लिए, बेकमोनी , या यह एक माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित हो सकता है, एक रीसेट और एक बाहरी एडीसी (एक अंतर्निहित) के साथ एक इंटीग्रेटर पर आधारित हो सकता है। बहुत खराब पैरामीटर) एक एमसीए बनाते हैं जो ग्रीनस्टार क्या करता है उससे हीन नहीं है। हां, और प्रयोगशाला उपकरण कभी-कभी मूल्य टैग में "एक लाख रूबल तक" और (लीड संरक्षण के अलावा) लगभग प्रयोगशाला बेंच पर जगह नहीं लेते हैं (उदाहरण के लिए, ग्रीन स्टार से कोलीब्री 8 x 13 x 3 सेमी और एक यूएसबी पोर्ट से भी काम करता है)। उनका एक दोष है - कम संकल्प।

NaI (Tl) के सर्वश्रेष्ठ क्रिस्टल लगभग 6% के सीज़ियम-137 लाइन के साथ एक वर्णक्रमीय रिज़ॉल्यूशन देते हैं। एक नया और बहुत महंगा स्किनटिलाटर - लैंथनम ब्रोमाइड - 3.2% है। और ये संख्या इस तथ्य की ओर ले जाती है कि वास्तविक स्पेक्ट्रम कुछ इस तरह दिखता है:



और सबसे खराब रूप से, यह एक ऐसी अनुभवहीन पहाड़ी होगी, जिसकी ढलान पर व्यक्तिगत रूप से ट्यूबरकल दिखाई देते हैं, जिसके द्वारा आइसोटोप को अभी भी पहचाना जा सकता है, लेकिन उन्हें परिमाणित करने का कोई सवाल ही नहीं है। और एक जगमगाहट गामा स्पेक्ट्रोमीटर पर हमारे प्राकृतिक नमूने उस तरह दिखते हैं। और स्पेक्ट्रम "सबसे अच्छा", एक कंकड़ से है, जिसमें से टेरा-पी में बाढ़ आ गई और प्रति घंटे मिलिरेगेन दिखाया गया (ग्रेनाइट लगभग एक ही तस्वीर देगा, केवल स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए पूरे एक दिन लगेगा, और यह स्पेक्ट्रम एक मिनट में टाइप किया गया)।

इसलिए, ज्यादातर मामलों में, हम एक अर्धचालक डिटेक्टर के साथ एक स्पेक्ट्रोमीटर पर काम करते हैं। डिजाइन के अनुसार, यह एक जर्मेनियम पिन फोटोडियोड से मिलता-जुलता है, जो प्रकाश से छिपा है, लेकिन गामा किरणों के लिए सुलभ है। लेकिन वास्तव में - यह सिर्फ एक आयनीकरण कक्ष है। केवल गैस से भरा नहीं है, बल्कि अनपेड जर्मेनियम के साथ, जिससे संपर्क एक तरफ पी-क्षेत्र के रूप में और दूसरी ओर एक एन-क्षेत्र के रूप में किया जाता है। डिटेक्टर के माध्यम से उड़ान भरने वाला एक फोटॉन (या इस क्षेत्र के माध्यम से, अपने रास्ते में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न करता है, जो इस आयनीकरण कक्ष के इलेक्ट्रोडों के अर्धचालक क्रिस्टल पर लगाए गए वोल्टेज से विद्युत क्षेत्र द्वारा फैलता है, जो एक छोटी और बहुत कमजोर वर्तमान नाड़ी की उपस्थिति की ओर जाता है, फिर से ऊर्जा के लिए आनुपातिक होता है) एक जोड़ी बनाने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता के कारण, और कई अन्य कारणों से, OCH या HPGE डिटेक्टर का वर्णक्रमीय संकल्प दसवां हिस्सा है cient और वास्तव में स्पेक्ट्रम में वर्णक्रमीय रेखा -। रेखा (हालांकि कॉम्पटन सातत्य प्रस्थान चोटियों, backscatter, और अन्य चीजों के रूप में उसके साथियों - दूर नहीं जा रहा है)।

समझाने के लिए, यह मेरे काम से एक स्पेक्ट्रम नहीं है और मैंने इंटरनेट से लिया है । यह ब्रिटिश कोलंबिया के तट से पकड़े गए सैल्मन के 89 नमूनों का कुल स्पेक्ट्रम है, जिसमें दिखाया गया है कि फुकुशिमा की गूंज वहां नहीं मिली: सीज़ियम -137 के निशान पाए गए थे, लेकिन अल्पकालिक जीवन के साथ "ताज़ा" सीज़ियम -133 नहीं था।



देखें कि स्पेक्ट्रम पर सभी प्रकार की कमजोर और छोटी रेखाएं कैसे दिखाई देती हैं? गामा-रे चिंतन स्पेक्ट्रम यहाँ बिल्कुल कुछ भी नहीं देगा। सबसे पहले, क्योंकि सीज़ियम -137 लाइन बिस्मथ -214 से संबंधित 609 केवीवी लाइन के साथ ओवरलैप होगी, और सीज़ियम -134 लाइन भी लीड -214 लाइन से अलग होने की कोशिश नहीं करेगी।

लेकिन पीपीडी कमरे के तापमान पर काम नहीं करता है और तरल नाइट्रोजन के साथ ठंडा करने की आवश्यकता होती है, और सामान्य तौर पर यह एक बहुत महंगा उपकरण है जो हर प्रयोगशाला में नहीं होता है। हम भाग्यशाली थे - हमारे पास अपना कैनबरा है, लेकिन हम अभी भी कुछ नमूनों को मास्को राज्य विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान विभाग, रेडियोमेकमिस्ट्री विभाग में मापते हैं।

लेकिन एक जहाज पर एक उड़ान के लिए एक जगमगाहट स्पेक्ट्रोमीटर लिया जा सकता है। और यहां तक ​​कि इसे एक बैग में डाल दिया और लैंडिंग के दौरान नोवाया ज़म्ल्या पर गामा-रे स्पेक्ट्रा का एक सेट ले।

अल्फा स्पेक्ट्रोमेट्री और बीटा किरणों के बारे में थोड़ा

रेडियोएक्टिव समस्थानिकों की अल्फा विकिरण भी मोनोअनैरोगैजिक है और इसके स्पेक्ट्रम की विशेषता है। इसलिए, अल्फा स्पेक्ट्रोमेट्री रेडियोन्यूक्लाइड रचना के बारे में जानकारी का एक बहुत ही मूल्यवान स्रोत है। और कुछ मायनों में, यह गामा स्पेक्ट्रोमेट्री की तुलना में एक सरल विधि है: एक अल्फा कण हमेशा डिटेक्टर में पूरी तरह से अवशोषित होता है, इसलिए, अल्फा विकिरण के वाद्य स्पेक्ट्रम वास्तविक के साथ मेल खाते हैं जो सीमित वर्णक्रमीय संकल्प को ध्यान में रखते हैं। और डिटेक्टर तीन पेनी के रूप में सरल है: यह या तो एक पतली स्किनलेटर या एक ही सेमीकंडक्टर डिटेक्टर है, जो अल्फा विकिरण के मामले में, मानक पिन फोटोडायोड की संरचना में बहुत समान है, एकमात्र अंतर यह है कि "मृत" परत की मोटाई है। धातु और पी + क्षेत्र सहित सतहों में सबसे छोटी संभव मोटाई होती है (अल्फा कणों की मर्मज्ञ क्षमता को याद रखें)। उसे शीतलन की आवश्यकता नहीं है, और चूंकि अल्फा कणों में कई MeV की ऊर्जा होती है, इसलिए उनमें से प्रत्येक से बहुत सारे इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े निकलते हैं और संकेत स्तर HPGE के साथ उतना कम नहीं होता है, जहां आपको डिटेक्टर के साथ मिलकर बहुत कम शोर वाली क्रिप्प्लिफ़ेर का उपयोग करना पड़ता है।

उसी छोटी मर्मज्ञ क्षमता के कारण कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं। डिटेक्टर और नमूने को एक छोटे वैक्यूम चैंबर में रखा जाता है, जिसे पारा के कई मिलीमीटर तक पंप किया जाता है, और नमूना बहुत पतला बनाया जाता है। तरीकों में से एक इलेक्ट्रोडोडिशन है - अल्फा-सक्रिय आइसोटोप युक्त एक नाइट्रिक एसिड समाधान इलेक्ट्रोलिसिस सेल में रखा गया है, एनोड एक प्लैटिनम तार है, और कैथोड एक स्टेनलेस स्टील डिस्क है। इससे पहले, आयन-एक्सचेंज राल के साथ एक कॉलम का उपयोग करके सभी अनावश्यक रूप से समाधान को अधिकतम रूप से साफ किया जाता है। डेढ़ घंटे - और 10 मिलीलीटर घोल एक माइक्रोन के दसवें से अधिक नहीं की मोटाई के साथ फिल्म में बदल गया।

बीटा किरणों के लिए, उनका स्पेक्ट्रम इतना उज्ज्वल और प्रभावशाली नहीं है। इस तथ्य के कारण कि प्रत्येक बीटा क्षय में, ऊर्जा का हिस्सा (और कौन सा भाग आवश्यक होगा) एंटीन्यूट्रिनो द्वारा दूर किया जाता है, बीटा विकिरण का स्पेक्ट्रम निरंतर होता है, व्यापक कूबड़ का रूप होता है। इसलिए, वे अक्सर अपने स्कोर तक सीमित रहते हैं, पहले रासायनिक साधनों द्वारा रुचि के तत्व का चयन करते हैं।

यहां, यदि विकिरण पर्याप्त रूप से कठिन है, तो इसे एक स्किन्टिलेशन डिटेक्टर और अर्धचालक के साथ पाया जा सकता है (अल्फा विकिरण के लिए इसके समान, लेकिन मोटा - और सार्वभौमिक डिटेक्टर हैं, जैसे कि रेडियोथेरेपी प्रयोगशाला के "वर्कहॉर्स" में - एक डेस्कटॉप अल्फा-बीटा रेडियोमीटर) UMF-2000)। और अगर, उदाहरण के लिए, हमें ट्रिटियम मिला, तो तरल स्किन्टिलेटर के साथ नमूना लेने और मिश्रण करने के लिए इससे बेहतर कोई विकल्प नहीं है। इस विधि को लिक्विड स्किन्टिलेशन काउंटिंग कहा जाता है। संयोग से, यह अल्फा के लिए उपयुक्त है, और सामान्य तौर पर एक काफी सार्वभौमिक विधि है। उपकरण, हालांकि, फिर से महंगे और जटिल हैं, हमारे पास ऐसा कोई उपकरण नहीं है, हम या तो GEOCHI RAS के रेडियोकार्बन प्रयोगशाला में या रसायन विज्ञान संकाय के रेडियोकेमिस्ट्री विभाग को नमूने देते हैं। कारण, सबसे पहले, कि क्षय ऊर्जा अक्सर बहुत कम होती है, इसलिए ट्रिटियम के मामले में, हल्के दालों को पकड़ना आवश्यक है जो केवल एक दर्जन या दो फोटोन बनाते हैं। यह परमाणु भौतिकविदों की पसंदीदा पद्धति का उपयोग करता है - संयोग की विधि। प्रकाश की अनुपस्थिति में भी एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब, लगातार एक या कई फोटोइलेक्ट्रॉन के आयाम में इसी तरह की दालों को उत्पन्न करता है। लेकिन एक समय में तीन पीएमटी में तुरंत एक इलेक्ट्रॉन से अधिक दालों के संयोग होने की संभावना बहुत कम होती है। लेकिन चकमक पत्थर की एक वास्तविक भड़क, भले ही इसमें केवल 10-15 फोटोन थे, सभी तीन चैनलों पर तुरंत एक प्रतिक्रिया देगा और रिकॉर्ड किया जाएगा।

सुरक्षा के बारे में कुछ शब्द

जब विकिरण की बात आती है, तो यह विकिरण सुरक्षा के बारे में बात किए बिना नहीं जाता है। हमें इस बारे में भी सोचना है, लेकिन खुद को बचाने के लिए नहीं - हमारे नमूनों से विकिरण का स्तर गायब है। हमारे उपकरणों को संरक्षित करने की आवश्यकता है, अन्यथा बाहरी विकिरण पृष्ठभूमि कमजोर विकिरण प्रवाह को देखने के सभी प्रयासों को शून्य कर देगी। रक्षा में पृष्ठभूमि जितनी छोटी होगी, परिभाषा उतनी ही संवेदनशील होगी।

सबसे आसान तरीका अल्फा विकिरण के साथ है। यह खुद कुछ भी नहीं करता है, और अल्फा कणों की ऊर्जा पृष्ठभूमि गामा विकिरण से तेजी से भिन्न होती है, इसलिए अल्फा स्पेक्ट्रोमीटर के लिए विशेष रूप से सुरक्षा की आवश्यकता नहीं होती है। गामा स्पेक्ट्रोमीटर और बीटा काउंटर को बड़े पैमाने पर रखा जाता है, आमतौर पर सीसा, ढाल। वैसे, उसके विशेष के लिए लीड लिया जाता है। उदाहरण के लिए, कैनबरा समुद्र के तल से उठाए गए सीसा का उपयोग प्राचीन जहाजों के जहाजों से करता है। सबसे पहले, इस लीड में मानवजनित उत्पत्ति के बिल्कुल रेडियोन्यूक्लाइड नहीं होते हैं, और दूसरी बात, इसमें सीसा -210 पहले से ही क्षय हो चुका है। यह आइसोटोप हमारे लिए "रेडियोधर्मी घड़ी" के रूप में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जो समुद्र के तल पर तलछट संचय की दर निर्धारित करने की अनुमति देता है।

कॉस्मिक रेडिएशन से जुड़े लोगों सहित पृष्ठभूमि को और कम करने के लिए, संरक्षण के अंदर तांबे, कैडमियम, प्लास्टिक के साथ लाइन में खड़ा किया गया है। यह सीसा के एक्स-रे प्रतिदीप्ति, साथ ही माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए किया जाता है।
और विशेष रूप से कम-पृष्ठभूमि माप के लिए, उपकरण को एक गहरी तहखाने में रखा जाता है या यहां तक ​​कि कम गतिविधि वाले चट्टानों में एक खदान को काट दिया जाता है। यह कभी-कभी ब्रह्मांडीय किरणों के स्तर को कम करने का एकमात्र तरीका है, जो बिना किसी देरी के दस सेंटीमीटर लेड के जरिए उड़ान भरते हैं।

रेडियोकैमिस्ट्री क्या है

सामान्य स्थिति यह है कि जब रेडियोन्यूक्लाइड ऑफ इंटरेस्ट इतना छोटा होता है कि इस तरह की एक नमूना मात्रा, जिसमें इसकी न्यूनतम पता लगाने वाली गतिविधि होती है, डिवाइस में नहीं जा सकती है। कभी-कभी डिवाइस के आयामों के संबंध में, और कभी-कभी - मूलभूत कारणों के लिए (जैसा कि अल्फा-सक्रिय आइसोटोप के साथ होता है: आपको एक नमूना बाल्टी को एक फिल्म में एक माइक्रोन मोटी के एक अंश में बदलने की आवश्यकता होती है)। यह एकाग्रता विधियों का कार्य है।

उदाहरण के लिए, हमारे पास हवा में सीज़ियम -137 है। कोई परमाणु युद्ध नहीं था, चेरनोबिल बहुत पहले था, इसलिए थोड़ा सीज़ियम -137 है। $$$10 ^ {- 4}$और प्रति क्यूबिक मीटर से कम बिकरेल। यही है, आपके कमरे में, प्रति घंटे कई बार एक सीज़ियम -137 परमाणु का क्षय होता है। गामा स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए, कम से कम becquerel टाइप किया जाना चाहिए। क्या करें? हम एक वैक्यूम क्लीनर लेते हैं, हम इसे एक विशेष फिल्टर कनेक्ट करते हैं। सीज़ियम धूल का हिस्सा होगा और यह इस फिल्टर पर बैठेगा। उन्होंने इसके माध्यम से दस हजार क्यूबिक मीटर हवा निकाली, और परिणामस्वरूप धूल को गामा स्पेक्ट्रोमीटर में बहाया जा सकता है।

या एक अन्य विकल्प - एक ही सीज़ियम -137 को समुद्री जल से अलग करने के लिए, कोबाल्ट फेरोसायनाइड में भिगोए गए वॉशक्लॉथ के माध्यम से एक हजार लीटर समुद्र के पानी को ड्राइव करें, जो पानी से कुशलतापूर्वक सीज़ियम को अलग करने के लिए जाता है।

क्या आपको याद है कि क्यूरी पति-पत्नी रेडियम का खनन कैसे करते हैं? यह बेरियम सल्फेट के साथ सह-उपजीवन था, इस प्रक्रिया को कई बार दोहराया गया और प्रत्येक चरण में रेडियम की एकाग्रता में वृद्धि हुई। लगभग उसी तरह से - कॉप्रेसेवग्रेशन के द्वारा, आयन-एक्सचेंज रेजिन और अन्य शर्बत, इलेक्ट्रोलिसिस और अन्य तरीकों पर शर्बत, हम उस तत्व को केंद्रित करते हैं जिसकी आइसोटोप में हम रुचि रखते हैं, उन लोगों से छुटकारा पा रहे हैं जो हस्तक्षेप करते हैं (इसकी रेडियोधर्मिता सहित) और कभी-कभी नमूना मात्रा को लाखों से कम करते हैं समय।

जब मैंने अल्फा स्पेक्ट्रोमेट्री के बारे में बात की, तो मैंने पहले से ही एकाग्रता विधियों में से एक के बारे में बात की: एक नाइट्रिक एसिड समाधान के कुछ मिलीलीटर से, हमें सबसे पतला फिल्म मिली। और इससे पहले, हमने समुद्री जल ओवरबोर्ड का एक बैरल स्कूप किया, फेरिक क्लोराइड जोड़ा, और फिर इसे अमोनिया के साथ अवक्षेपित किया। पानी में निहित प्लूटोनियम का अधिकांश तलछट में बदल जाता है (आमतौर पर रेडियोकैमिस्ट्री में कोप्रेग्युलेशन का उपयोग किया जाता है - उदाहरण के लिए, इसका उपयोग स्ट्रोंटियम -90 को अलग करने के लिए किया जाता है)। यह सब तलछट, पानी की एक छोटी मात्रा के साथ, एक लीटर की बोतल में रखी गई थी, जिसे हम अशौर लाएंगे। और फिर पहले हम अतिरिक्त पानी को निकालते हैं, फिर हम अवक्षेपण को भंग करते हैं और एक आयन-एक्सचेंज राल का उपयोग करके वहां से लोहा निकालते हैं, और फिर हम एक अन्य आयन-एक्सचेंज राल के साथ क्रोमैटोग्राफिक कॉलम का उपयोग करके बाकी सब को हटा देते हैं, जिससे प्लूटोनियम सही समय पर जाएगा। और इसलिए ये कुछ मिलीलीटर दिखाई देते हैं, जिसमें से प्लूटोनियम फिर इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उपजी है।

क्या 17 वीं शताब्दी में परमाणु युद्ध हुआ था?

हां, कल्पना कीजिए - ऐसा "सिद्धांत" है कि 200-300 साल पहले एक परमाणु युद्ध हुआ था और पृथ्वी के अत्यधिक विकसित सभ्यता को एक देर से सामंती-प्रारंभिक पूंजीवादी समाज में डाल दिया गया था। और यह एकमात्र ऐसा नहीं था: परमाणु संघर्ष के निशान प्राचीन भारत (मोहनजो-दारो) में पाए जाते हैं, और कई प्राचीन हड्डियों की रेडियोधर्मिता भी अच्छी तरह से ज्ञात है, जो इस बात का भी सबूत है कि प्राचीन विस्फोटों पर परमाणु विस्फोट हुए थे।

मान लीजिए कि यह था। सबूत के रूप में क्या देखना है? आप कहेंगे "रेडियोधर्मी संक्रमण" और आप गलत होंगे। बल्कि, वे केवल आंशिक रूप से सही हैं।

रेडियोधर्मिता बिना किसी परमाणु युद्ध के थी। लेकिन परमाणु बम से रेडियोधर्मिता विशेष है, इसमें कुछ ऐसा है जो इसे बिना किसी त्रुटि के प्राकृतिक से अलग करना संभव बनाता है। यह एक विशेष रेडियोन्यूक्लाइड रचना है।

प्राकृतिक रेडियोधर्मिता अच्छी तरह से परिभाषित समस्थानिकों के कारण है। ये पोटेशियम -40, रुबिडियम -87, यूरेनियम और थोरियम (उनके क्षय के रेडियोधर्मी उत्पादों के साथ) हैं - सामान्य तौर पर, आइसोटोप में विशाल आधा जीवन होता है जो उन्हें उस समय भी जीवित रहने की अनुमति देता है जब न तो पृथ्वी थी और न ही सूर्य। कुछ तथाकथित कॉस्मोजेनिक समस्थानिकों को उनके साथ जोड़ा जाता है - कार्बन -14, बेरिलियम -7, सोडियम -22, ट्रिटियम। वे कॉस्मिक किरणों के प्रभाव में बनते हैं और लगातार प्रजनन करते हैं।

लेकिन परमाणु विस्फोट की विशेषता रेडियोन्यूक्लाइड्स पूरी तरह से अलग हैं। पृथ्वी पर पूर्व-परमाणु युग में (ओक्लो के प्राकृतिक परमाणु रिएक्टरों की गिनती नहीं), न तो सीज़ियम -137 का परमाणु था, न ही कोबाल्ट -60, और न ही रूथेनियम -73। यदि वे सुपरनोवा के प्रकोप के दौरान एक बार उत्पन्न हुए, जिससे वह पदार्थ उत्पन्न हुआ जिससे सूर्य और ग्रह समय के साथ बनते हैं, तो हमारे युग से वे एक ट्रेस के बिना गायब हो गए थे। और 200 वर्षों के बाद, उनमें से सबसे लंबे समय तक जीवित रहे। और हम उन्हें ढूंढेंगे - नीचे तलछट की परतों में अलग-अलग गतिविधि चोटियों के रूप में, जो अब हम पिछली शताब्दी के 1950-60 के दशक की परतों में और साथ ही 1986 की परत में देखते हैं।

हमने उन्हें मोहनजो-दारो और पाषाण युग से उन्हीं रेडियोधर्मी हड्डियों में पाया होगा। लेकिन हम वहाँ केवल थोरियम और यूरेनियम पाते हैं। और उनके क्षय के उत्पाद एक ही रेडियम हैं।

एक और मिथक: रेडियोधर्मिता की खोज के बाद से विकिरण पृष्ठभूमि दस गुना बढ़ गई है। साजिश सिद्धांत के तत्वों के साथ मिथक का एक प्रकार: इसे छिपाने के लिए, साठ के दशक में रेडियोमेट्रिक उपकरणों को प्रयोगशालाओं से हटा दिया गया था और पुनरावृत्ति के बाद लौटा दिया गया था।

इस मिथक को बहुत सरलता से नकार दिया जाता है। तब से, यह आश्चर्यजनक है कि कैसे, लेकिन प्रयोगशाला में पुराने Geiger काउंटरों को पासपोर्ट के साथ अपने मूल बक्से में संरक्षित किया गया था। एमएस -6, बीसी -6 आदि प्रकार। और उनमें "प्राकृतिक पृष्ठभूमि" का हाथ से लिखा गया चित्र था।और अगर ये काउंटर अब "शुरू" किए जाते हैं, तो वे पृष्ठभूमि की गिनती की गति के लगभग समान मूल्यों को बाहर कर देंगे जो पासपोर्ट में दर्ज हैं।

और यहां तक ​​कि अगर हम मानते हैं कि काउंटर और पासपोर्ट भी बदल दिए गए हैं - अगर इस समय पृष्ठभूमि विकिरण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा अपने तकनीकी घटक के कारण था, अर्थात्, यूरेनियम और प्लूटोनियम के विखंडन उत्पाद - पृष्ठभूमि गामा स्पेक्ट्रम पर हम अलग होंगे, बाकी स्पेक्ट्रम से ऊपर उठते हुए , सीज़ियम -137 की चोटियों और अन्य विशेषता nuclides। इस तरह की तस्वीर को देखा जा सकता है यदि आप ग्रास्प स्पेक्ट्रोमीटर को पिपरियात में लाते हैं, या कम से कम ब्रायोस क्षेत्र या तुला क्षेत्र के कुछ क्षेत्रों में। लेकिन मॉस्को का 8-12 μR / h एक ही यूरेनियम, थोरियम और पोटेशियम के कारण होता है, और एक चौथाई - ब्रह्मांडीय विकिरण से। और मॉस्को में 0.5-1 mcR / h की पृष्ठभूमि कभी नहीं थी।

बाद में या फिर से बाजार पर डॉसिमिटर के बारे में

खाद्य पदार्थों में रेडियोन्यूक्लाइड का अधिकतम स्वीकार्य स्तर बहुत भिन्न होता है। उनकी विभिन्न रेडियोटॉक्सिसिटी का कारण मुख्य रूप से विभिन्न अंगों और ऊतकों में ध्यान केंद्रित करने और उनमें दृढ़ता से तय करने की प्रवृत्ति है। तो, स्ट्रोंटियम -90 में, जो हड्डियों में जमा हो जाता है, अस्थि मज्जा के बगल में और लगभग हमेशा के लिए रहता है, खुराक गुणांक दो बार से अधिक है जो पूरे शरीर में समान रूप से सीज़ियम -137 वितरित किया जाता है। इसलिए, यदि सीज़ियम -137 के लिए अधिकांश उत्पादों के लिए अधिकतम अनुमेय गतिविधि 50-100 Bq / किग्रा है, तो रेडियोस्ट्रोस्टियम के लिए यह आधा जितना है। लेकिन प्लूटोनियम -239 के लिए, शरीर में अधिकतम अनुमेय सेवन प्रति वर्ष डेस्क्राइबल्स के दसियों में मापा जाता है ।

इसलिए - नहीं, डॉसीमीटर मदद नहीं करेगा। और यहां तक ​​कि एक घर गामा स्पेक्ट्रोमीटर, जो आसानी से अधिकतम अनुमेय स्तर पर सीज़ियम -137 के साथ संदूषण का पता लगा सकता है, अधिक खतरनाक अल्फा-सक्रिय समस्थानिकों के साथ संदूषण को "मिस" करेगा।

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