Спектрометрия ионизирующих излучений: методы, оборудование и область применения

Контроль ионизирующих излучений — обязательное условие безопасной работы на объектах атомной энергетики, в добывающей промышленности, медицинских учреждениях и научных лабораториях. Среди методов регистрации излучений особое место занимает спектрометрический анализ: в отличие от простого дозиметрического контроля, он позволяет не только зафиксировать наличие излучения, но и определить его энергетическое распределение, идентифицировать конкретные радионуклиды и измерить их активность. Именно это делает подобное оборудование незаменимым инструментом там, где одного факта наличия радиации недостаточно — нужно точно знать, с чем именно приходится работать. Полный каталог приборов доступен по адресу https://iftp.ru/cat/Spektrometry-ioniziruyuschikh-izlucheniy/.

Принцип работы и типы детекторов

В основе спектрометрического анализа лежит преобразование энергии заряженных частиц в электрические сигналы, амплитуда которых пропорциональна энергии, потерянной частицей в детекторе. Анализ амплитудного распределения этих сигналов даёт спектр излучения — своего рода «энергетический отпечаток» источника, по которому можно однозначно определить его природу.

Современные спектрометрические системы строятся на двух основных типах детекторов. Сцинтилляционные детекторы обладают высоким временным и энергетическим разрешением, однако из-за применения фотоэлектронных умножителей имеют значительные габариты — это ограничивает их использование в условиях стеснённого пространства. Полупроводниковые детекторы компактнее и обеспечивают хорошую тормозную способность, что позволяет применять их для регистрации заряженных частиц. Германиевые ППД требуют криогенного охлаждения, тогда как кремниевые и детекторы на основе CdZnTe работают при комнатной температуре — что существенно упрощает эксплуатацию и расширяет область применения.

Гамма-, альфа- и рентгеновская спектрометрия

В зависимости от типа регистрируемого излучения выделяют несколько направлений. Гамма-спектрометрия — наиболее распространённое: она применяется для идентификации радионуклидов по характеристическим линиям гамма-излучения и используется на АЭС, в геологоразведке, при радиационном мониторинге окружающей среды. Альфа-спектрометрия востребована при работе с актинидами и другими альфа-излучающими нуклидами — в частности, в ядерной химии и при анализе проб воды и грунта на содержание трансурановых элементов. Рентгеновская спектрометрия применяется в неразрушающем контроле материалов и медицинской диагностике.

По конструктивному исполнению приборы делятся на стационарные и портативные. Стационарные системы устанавливаются в лабораториях и обеспечивают максимальную точность измерений. Портативные позволяют работать в полевых условиях: на промышленных площадках, при обследовании территорий, в экспедициях. Их чувствительность несколько ниже, однако мобильность в ряде задач перевешивает этот недостаток.

Отечественное производство: ИФТП

АО «Институт физико-технических проблем» (г. Дубна) более двадцати лет разрабатывает и производит спектрометрическое оборудование для регистрации ионизирующих излучений. В номенклатуру входят универсальные гамма-спектрометры УСПЕГ, безазотные гамма-спектрометры с полупроводниковыми детекторами серии СЕГ, портативные рентгеновские спектрометры СЕР, альфа-спектрометры СЕА и СЭАМ для работы как с твёрдыми образцами, так и с жидкими растворами, а также цифровые спектрометрические устройства ЦСУ.

Часть приборов оснащена микрокриогенными системами охлаждения, что исключает необходимость в жидком азоте и упрощает эксплуатацию в условиях производства. Отдельные модели разработаны специально для атомных электростанций с учётом требований к радиационной стойкости и надёжности при длительной непрерывной работе.

Все приборы прошли метрологические испытания, имеют соответствующие сертификаты и внесены в реестр средств измерений. Институт обеспечивает полный цикл сопровождения: от подбора технических характеристик под конкретную задачу — до пусконаладки, обучения персонала и периодической поверки в течение всего срока эксплуатации. При необходимости возможна разработка нестандартных модификаций под специфические требования заказчика.