在本文中，我将回到我在盖革柜台上发布的辐射话题。
……在八十年代末和九十年代初，人们常常带着剂量计去市场，他们选择了“干净”的蔬菜和水果。 有时并且现在在主题公共场所和论坛中出现了一个问题：要购买哪种剂量计才能进入食品市场。 如果社区中有胜任的人员，他们将给出正确的答案：没有。 他们将解释说，剂量计只能检测到食品中放射性的水平，而该水平要比限值高出许多倍。剂量计不能将无害的40钾活度与剂量计读数中的等效物区分开，而是通过定期消耗90锶，具有活泼性的α-活性和剧毒p来杀死。美国完全看不到，为评估产品的适用性，有必要在专门的实验室进行研究。
目前，我正在这样的实验室工作。 我们不进行卫生测量。 我们的任务是研究自然环境的放射性-主要是海水，降水。 我们感兴趣的不是超出标准的事实，而是自然物体本身中放射性核素的水平，其存在的形式，其分布和迁移。 幸运的是，尽管在大多数情况下环境中放射性核素的含量很小。 我想告诉我们如何找到这些低水平的东西，同时消除一些常见的神话。
在KDPV上-Novaya Zemlya，我是前一年去北极探险的Mstislav Keldysh研究船的一部分。
Alpha，Beta，Gamma 、,碎，螃蟹，动臂
放射性衰变作为分析信号源的独特属性是，我们可以轻松记录一个衰变事件-即一个原子发生了什么。 因此，放射性的测量通常在灵敏度上优于任何其他分析方法。 只有非常长寿命的元素（铀238和235 、,、有时是sometimes）才对化学确定更敏感。
众所周知，在放射性衰变过程中，α粒子-4氦原子核，β粒子-电子以及有时是正电子，γ射线，在极少数情况下，中子会发射“碎片”形原子核和质子。 但是，有时候，似乎没有任何东西发出来：相反，原子核捕获了一个电子。 但是在这种情况下，它离不开辐射：被重建的原子的电子壳会发出特征性的X射线辐射。
最简单的方法是，如果我们感兴趣的同位素是伽马发射器。 伽马射线很少会与所有其他射线分开存在-仅在长寿命核异构体过渡到原子核的基态时才存在。 通常，由于衰变之后，新原子核需要损失过多的能量，因此它会在α和β衰变期间发生。 由于穿透，伽马射线通常很容易离开
非常厚的样品的界限，这对于阿尔法射线是不可能的，而对于β射线却并非总是可能的。 伽玛射线具有一个很好的特征：它的光谱是线性的，并且可以唯一地识别发射的核素。
，远非所有放射性核素都是γ射线的有效来源。 对于某些人来说，伽马射线的发射量占所有衰变的0.0001％，对于某人，该衰变立即发生在子核的基态中，因此您无法获得任何伽玛射线。 因此，您必须查看alpha和beta辐射。
从学校得知，阿尔法辐射会被一张纸延迟。 我还要说更多：它延迟了几厘米的空气，最重要的是，由于故障本身而延迟了。 而且，如果我们尝试通过从外部将传感器带入来检测Alpha辐射，则只有最上层物质（微米或几微米厚）发出的Alpha粒子会掉入其中。 一个类似的问题是β射线的配准。 如果它很坚硬（如锶90），它可以克服几毫米的样本。 tβ射线“穿透”的程度甚至少于alpha粒子，并且无法穿过任何窗口。 即使是碳14或镍63的β粒子也几乎不穿过盖革计数器的薄云母或覆盖闪烁探测器的不透明箔。
然后，我将告诉您他们如何处理这种不可渗透性以及如何应对。
但是首先，关于伽马能谱
关于“用剂量计检查蘑菇”的任何讨论中都可能提到过伽马射线光谱法。 这是可以理解的：解决“在MPC级别上确定铯137”问题的方法在硬件上相对简单（最多是家用的“膝盖高”选项），并且表达性很强（即给出了快速的结果）。
伽马能谱法基于这样的事实，即这种特定同位素的放射性衰变所产生的伽马射线几乎是单能伽马射线。 也就是说，在辐射光谱上，我们看到一条窄线或几条线。 而且该光谱是特征性的，可以用于可靠地鉴定放射性核素。
如果可以使用一些色散元素（例如棱镜或衍射光栅）将光辐射甚至X射线分解成光谱（对于X射线，例如，使用晶体光栅，例如石墨），那么获得伽马射线光谱的唯一方法是测量每个记录的能量它的数量。 有许多用于这种测量的方法，例如，存在多种方法，其中将伽马量子“转换”为具有几乎相同能量的电子，然后根据磁场中的能量将电子通量扩展到光谱中。 但是这些方法适用于实验核物理-但不适用于常规测量。 通常，使用
比例电离辐射探测器来测量伽马射线的能量。
例如，Geiger-Muller计数器不是这种检测器。 吸收了241241伽马射线量子后，它将产生与Geiger计数器响应钴60伽马射线量子所发出的相同脉冲相同的脉冲，尽管这两个量子的能量在23中不同次。 但是，与此相反，闪烁计数器具有成比例的特性-闪光的强度，因此，光电子倍增器阳极处脉冲的振幅取决于晶体中吸收的能量。
因此，闪烁伽马能谱仪只是一个闪烁检测器-闪烁体的晶体，例如，activated活化的碘化钠，并附有PMT。 PMT脉冲被馈送到称为
多通道分析仪的特殊设备（通常会找到英文缩写MCA）。 实际上，这是一个ADC，但有许多特定要求（特别是极小的微分非线性，在任何情况下，这对于任何人来说都没有什么关系）。 其作用原理是，它测量每个脉冲的大小（其幅度或该脉冲下的积分），并根据其大小将这些脉冲“分解”为“堆”。 这些“堆”（通道）通常从256到4096或更多。 本质上，MCA的工作就像每个新脉冲调用的函数：
unsigned int spectrum[4096] = {0};
然后，当收集到足够的脉冲时，您可以建立一个图表，该图表将成为伽马光谱的可视显示。 像这样：
这给我带来了一幅非常有启发性的图画，它表明一切似乎都很简单，但同时-并非如此。 事实是，这是从单能辐射源记录的光谱。 但这绝不是662 keV的唯一“坚持”。 不仅如此，我们还有一个相当模糊的“铃”，而不是一根棍子。 在他的左边，我们有一些实际上不存在的东西（最左边的峰除外-它实际上存在）。 ,，
硬件范围并不等于真实范围。
这些差异从何而来？ 从注册伽玛射线过程的物理过程中得出。
伽马量子可以吸收到整个闪烁体晶体中，并为它提供所有能量，这些能量将转化为光电子的动能，最终激发晶体中的闪烁闪光-闪烁。 根据这样的量子，我们在右边有一个峰，我们称其为
光峰 ，因为它是指通过光电效应吸收。 另一个量子可以“直接通过”，仅提供一部分能量。 并且-任意：从几乎零到某个极限分数-取决于电子与量子相互作用的角度将飞走。 这就是康普顿效应。 从他到峰顶左侧的宽阔的高原-
康普顿连续体 。 在高能量下，我们还将看到诸如形成电子-正电子对的效应，这是由于在光谱上出现了一个单峰和双峰，它们距光峰分别为511和1022 keV，而511 keV峰本身来自伽马辐射ni灭。 在康普顿连续体的背景下，可以看到一个反向散射峰-这是探测器周围物体反射的伽马射线，由于康普顿效应而损失了一些能量，甚至更低，我们可以看到铅保护产生的特征性X射线线。 好吧，最左边的线也是特征性的X射线线，仅来自铯分解成的钡。 是的，这是铯137的光谱。 而且，我们在该光谱上看到的几乎所有东西都是一条
光谱线的显示。 将有两行-每行具有相同的形式，我们将看到它们的总和。 是的，每条线的外观都取决于其能量：随着能量的增加，康普顿成分的比例首先增加，而光峰下降，然后出现电子-正电子对（发射峰，an灭峰）的影响并逐渐增长。 从这里我们得到了相当大的光谱处理复杂性。
正如我已经说过的那样，闪烁伽马能谱仪是一种相对简单的设备。 直到任何家庭主妇都能得到为止。 严格地说，设备的制造和销售价格不到一千美元，您需要做的就是一台带有USB端口和引线保护的计算机。 在圆柱体内-一切，晶体，PMT，其电源和ADC。 对于那些感兴趣的人-有关Atom Spectra的Google。 对于那些可以手持烙铁的人来说，完全有可能自己制造这样的设备-多通道分析仪的作用将通过计算机声卡和特殊程序（例如
BeckMoni）成功发挥 ，或者它可以基于微控制器，带复位的积分器和外部ADC（内置非常差的参数）制作的MCA不逊于Greenstar。 是的，实验室设备有时价格高达“一百万卢布”，并且（除铅保护外）几乎不占用实验室工作台的空间（例如，
Green Star的 Kolibri尺寸为8 x 13 x 3 cm，也可以通过USB端口工作）。 它们有一个缺点-低分辨率。
NaI（T1）的最佳晶体沿铯137线的光谱分辨率约为6％。 一种新型且非常昂贵的闪烁体-溴化镧-为3.2％。 这些数字导致了一个事实，即
真实频谱看起来像这样：
在最坏的情况下，它将是一座低矮的丘陵，在该丘陵几乎看不到单个结核的斜坡上，仍然可以识别出同位素，但是没有量化它们的问题。 闪烁伽玛光谱仪上的自然样品看起来像那样。 顺便说一下，频谱“充其量”来自一个卵石，Terra-P从该卵石中淹没并显示了每小时的Miliregenes（花岗岩会给出几乎相同的图像，只需要一整天就可以得到该频谱，而该频谱一分钟内输入）。
因此，在大多数情况下，我们使用带有半导体检测器的光谱仪进行工作。 从设计上讲，它类似于锗钉光电二极管，对光隐藏，但可被伽马射线照射。 但实际上-这只是一个电离室。 仅不填充气体，而是填充未掺杂的锗，与之形成接触的一方面是p型区域，另一方面是n型区域。 飞过检测器（或穿过该区域）的光子在其路径上产生电子-空穴对，这些空穴通过电场从施加到半导体晶体的电压传播到该电离室的电极传播，这导致出现一个短而非常弱的电流脉冲，再次与能量成正比，由于形成一对电极所需的能量非常低，并且由于其他一些原因，OCH或HPGE检测器的光谱分辨率仅为原来的十分之一。 古老而在频谱真的谱线 - 线（虽然她的同伴康普顿连续离境高峰，反向散射，和其他的东西 - 是不会消失）。
为了说明这一点，这不是我的工作范围，
而是我从互联网上获取的 。 这是从不列颠哥伦比亚省沿海捕获的89个鲑鱼样本的总光谱，表明福岛核回波没有到达那里：检测到痕量的铯137，但没有半衰期短的“新鲜”铯134。
看看频谱上出现了多少种弱小线？ 伽马射线闪烁光谱在这里绝对不会给出任何信息。 首先，因为铯137线将与与铋214有关的609 keV线重叠，并且铯134线甚至不会尝试与铅214线分离。
但是PPD不能在室温下工作，需要用液氮冷却，并且通常来说，它不是每个实验室都非常昂贵的设备。 我们很幸运-我们拥有自己的堪培拉，但我们仍在莫斯科国立大学化学系放射化学系测量一些样品。
但是闪烁光谱仪可以带您乘飞机上船。 甚至将其放在书包中，并在着陆期间在Novaya Zemlya上进行一系列伽马射线光谱测试。
Alpha光谱法和有关β射线的一些知识
放射性同位素的阿尔法辐射也是单能的，其光谱具有特征性。 因此，α光谱法是有关放射性核素成分的非常有价值的信息来源。 并且在某些方面，它是比伽马光谱法更简单的方法：α粒子始终被检测器完全吸收，因此，考虑到有限的光谱分辨率，α辐射的仪器光谱与真实的光谱重合。 检测器简单到三美分：它既可以是薄的闪烁体，也可以是相同的半导体检测器，在α辐射的情况下，其结构与标准的pin光电二极管非常相似，唯一的区别是“死”层的厚度为包含金属和p +区域的表面具有最小的厚度（请记住alpha粒子的穿透能力）。 他不需要冷却，并且由于α粒子具有几个MeV的能量，因此每个粒子都会产生许多电子空穴对，并且信号电平不如HPGE那样低，在HPGE中，您必须使用噪声极低的前置放大器，并与检测器一起冷却。
仅由于相同的小穿透能力而出现困难。 将检测器和样品放在一个小的真空室中，将其抽出几毫米汞柱，然后将样品制得很薄。 一种方法是电沉积-将含有α-活性同位素的硝酸溶液放入电解池中，阳极是铂丝，阴极是不锈钢盘。 以前，使用带有离子交换树脂的色谱柱可最大程度地清除溶液中所有不必要的物质。 一个半小时-10毫升的溶液变成厚度不超过十分之一微米的薄膜。
至于β射线，它们的光谱并不那么明亮和令人印象深刻。 由于每个beta衰变的事实，抗中微子会带走一部分能量（以及需要的那一部分），因此beta辐射的光谱是连续的，并具有宽峰的形式。 因此，他们通常仅限于分数，他们以前已经通过化学方法选择了感兴趣的元素。
在这里，如果辐射足够硬，则可以使用闪烁检测器和半导体对其进行检测（类似于alpha辐射，但是要更厚-像放射化学实验室的“主力军”一样，也有通用检测器-台式alpha-beta辐射计UMF-2000）。 而且，例如，如果我们得到了then，那么没有比将样品与液体闪烁器混合的更好的选择了。 此方法称为液体闪烁计数。 顺便说一句，它适用于alpha，并且通常是相当通用的方法。 但是，这些设备又昂贵又复杂，我们没有这样的设备，我们将样品提供给GEOCHI RAS的放射化学实验室或化学学院的放射化学系。 首先，原因是衰减能量通常很小，因此在of的情况下，有必要捕获仅构成一两个或两个光子的光脉冲。 它使用核物理学家最喜欢的方法-巧合方法。 即使在没有光的情况下，光电倍增管也会不断产生幅度与一个或什至几个光电子相对应的脉冲。 但是，在一个时刻，三个PMT中立即超过一个电子的脉冲重合的可能性很小。 但是，即使其中只有10-15个光子，真正的闪烁耀斑也会在所有三个通道上立即给出匹配的响应并被记录下来。
关于保护的几句话
当谈到辐射时，就必须要讨论辐射防护。 我们还必须考虑这一点，但并不是为了保护自己-我们样本的辐射水平几乎消失了。 我们的设备需要受到保护，否则外部辐射背景将使看到弱辐射通量的所有尝试无效。 防御的背景越小，定义越敏感。
最简单的方法是使用阿尔法辐射。 它本身不会经过任何东西，并且α粒子的能量与背景伽马辐射有很大的不同，因此对于α光谱仪而言，不需要特别的保护。 伽马能谱仪和β计数器放置在一块巨大的，通常是铅的屏蔽物中。 顺便说一句，铅是她的特色。 例如，堪培拉使用从古代船只沉船中从海底升起的铅。 首先，在这种铅中绝对没有人为来源的放射性核素，其次，铅210已经在其中衰变了。 这种同位素作为“放射性时钟”对我们尤为重要，它可以确定海底沉积物的沉积速率。
为了进一步减少背景，包括与宇宙辐射有关的背景，保护装置的内部衬有铜，镉，塑料。 这样做是为了除去铅的X射线荧光以及二次电子。
对于特别低的背景测量，将设备放置在地下室的深处，甚至是在低活性岩石中被挖出的地雷中。 有时，这是重复减少宇宙射线水平的唯一方法，宇宙射线无延迟地飞过数十厘米的铅。
什么是放射化学
通常的情况是当所关注的放射性核素太小而无法将包含最小可检测活性的样品体积推入装置中时。 有时与设备的尺寸有关，有时出于根本原因（与α活性同位素一样：您需要将样品桶变成厚度仅为微米的薄膜）。 这是集中方法的任务。
例如，空气中有铯137。 切尔诺贝利很久以前没有发生核战争，因此几乎没有铯137。
每立方米的贝克勒尔更少。 也就是说，在您的房间里，一个铯137原子每小时会发生几次衰变。 对于伽马能谱分析法，至少必须键入becquerel。 怎么办 我们带了一个吸尘器，我们连接了一个特殊的过滤器。 铯将成为灰尘的一部分，它将留在此过滤器上。 他们从中驱散了一万立方米的空气，可以将产生的灰尘推入伽马能谱仪中。
另一个选择是-从海水中分离出相同的铯137，通过浸入亚铁氰化钴的毛巾将一千升海水驱出，这往往会有效地将铯与水分离。
您还记得居里夫妇如何开采镭吗？ 它与硫酸钡共沉淀，重复此过程多次，并在每个阶段提高镭的浓度。 以大致相同的方式-通过共沉淀，在离子交换树脂和其他吸附剂上的吸附，电解和其他方法，我们浓缩了我们感兴趣的同位素元素，从而消除了那些干扰（包括其放射性）的元素，有时减少了数百万的样品量次。
当我谈论α光谱法时，我已经谈论过一种浓缩方法：从几毫升硝酸溶液中我们得到最薄的薄膜。 在此之前，我们将一桶海水捞出，加入氯化铁，然后用氨使其沉淀。 水中包含的大多数都在沉积物中（共沉淀通常用于放射化学中，例如，用于分离90锶）。 所有这些沉积物以及少量水都放在一个升瓶中，我们将其带上岸。 然后我们首先除去过量的水，然后使用一种离子交换树脂将沉淀物溶解并从那里除去铁，然后使用色谱柱和另一种离子交换树脂除去所有其他物质，p将在合适的时间从中移出。 因此出现了这几毫升，然后通过电解从中沉淀出p。
在17世纪发生过核战争吗？
是的，可以想象-200-300年前发生了一场核战争，而高度发达的人类文明被铸成一个封建晚期的早期资本主义社会。 它不是唯一一个：在古代印度（Mohenjo-Daro）中发现了核冲突的痕迹，许多古代骨头的放射性也众所周知，这也证明了核爆炸轰炸了古代文明。
假设是。 寻找什么作为证据？ 您会说“放射性感染”，这是错误的。 相反，它们只是部分正确。
放射性过去曾经而且现在没有任何核战争。 但是原子弹的放射性是特殊的，它具有使它有可能与自然弹区别开来而又没有错误的能力。 这是一种特殊的放射性核素成分。
天然放射性归因于明确定义的同位素。 它们是40钾，87 rub，铀和（（具有其衰变的放射性产物）-一般而言，同位素具有巨大的半衰期，可以使它们从既没有地球也没有太阳的时代生存下来。 向其中添加了一些所谓的宇宙起源同位素-碳14，铍7，钠22，tri。 它们是在宇宙射线的影响下形成的，并不断被复制。
但是核爆炸的放射性核素特征却完全不同。 在地球上的前核时代（不包括Okloo的自然核反应堆），既没有铯137原子，也没有钴60原子，也没有钌106原子。 如果它们出现一次，是在超新星爆发期间产生的，该物质产生了太阳和行星随时间推移而形成的物质，那么到我们这个时代，它们已经消失得无影无踪了。 在200年之后，其中寿命最长的将幸免于难。 我们会发现它们-以底部沉积物层中明显的活性峰的形式出现，现在我们在上世纪的1950-60年代的层中以及1986年的层中都看到了。
我们会在Mohenjo-Daro和石器时代的那些放射性骨头中找到它们。 但是我们发现那里只有or和铀。 它们衰变的产物是相同的镭。
另一个神话：自发现放射性以来，辐射本底增加了十倍。 带有阴谋论元素的神话的变种：为了掩盖这一点，在60年代，从实验室移走了辐射测量设备，并在重新校准后返回。
这个神话很简单地被驳斥。 从那时起，这真是令人惊讶，但在实验室存放的时候，旧的Geiger柜台却被保存在带有护照的本机盒子中。 类型MS-6，BC-6等 其中是“自然背景”的手写图形。
如果现在“启动”这些计数器，它们将给出与护照中记录的后台计数速度几乎相同的值。即使我们假设柜台和护照也被更换了-如果目前背景辐射的很大一部分是由于其技术成分，即铀和p的裂变产物-在背景伽马光谱上，我们将截然不同，超过其他光谱，铯137的峰和其他特征核素。如果将伽马能谱仪带到普里皮亚季，或至少带到布良斯克地区或图拉地区的某些地区，可以看到这样的图片。但是莫斯科的8-12μR/ h是由相同的铀，or和钾以及四分之一的宇宙辐射引起的。莫斯科从未有过0.5-1 mcR / h的背景。关于市场上剂量计的后记或再次
食品中放射性核素的最大允许含量差异很大。它们具有不同的放射毒性的原因主要是倾向于集中在各种器官和组织中并牢固地固定在其中。因此，在堆积在骨骼中，邻近骨髓并几乎永远存在的锶90中，剂量系数是铯137在全身均匀分布的剂量系数的两倍以上。因此，如果铯137的大多数产品的最大允许活度为50-100 Bq / kg，那么放射性锶的最大允许活度是铯的一半。但是对于239239，进入人体的最大允许摄入量以每年数十贝克勒尔为单位。因此-不，剂量计将无济于事。甚至即使是家用伽马能谱仪，也可以很容易地以最大允许水平检测铯137的污染，但它会“丢失”具有更危险的α活性同位素的污染。该系列的所有文章
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