/
Автор: Кузнецов В.Ф. Янковский И.И.
Теги: военное дело военная подготовка атомное оружие химические войска дозиметрические приборы
Год: 1960
Текст
МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР
Экз. №
4302
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ
И ВОЙСКОВАЯ
ОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ
АППАРАТУРА
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР
МОСКВА —If 60
— -
МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ
И ВОЙСКОВАЯ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ
АППАРАТУРА
Одобрено У правлением
начальника химических войск
в качестве учебника
для училищ химических войск
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР
МОСКВА - 1960
Учебник «Основы дозиметрии и войсковая дозиметрическая аппаратура» пред¬
назначен для военных училищ, офицерских курсов химических войск и может
служить пособием для преподавателей военно-химического дела и самостоятель¬
ной работы офицеров. Учебник рассчитан на лиц, знающих физику в объеме
средней школы и знакомых с физическими основами атомного оружия.
В учебнике кратко изложены вопросы физики, электротехники и электро¬
ники, необходимые для усвоения физических процессов, происходящих при ра¬
боте дозиметрической аппаратуры. Основное внимание уделено описанию вой¬
сковых дозиметрических приборов, их эксплуатации и использованию в условиях
боевой обстановки.
Учебник разработай и написан инженер-полковником Янковским И. И. и
доцентом кандидатом технических наук генерал-майором инженерно-технической
службы Кузнецовым В. Ф.
Общая редакция генерал-майора
инженерно-технической службы
Кузнецова В. Ф.
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ И ВОЙСКОВАЯ ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
Редактор подполковник Чугасов А. А.
Технический редактор Медникова А. И.
Корректоры: Казачкина и Синюгина
Сдано в набор 25.01.60 г.
Подписано к печати 21.11.60 г«
Формат бумаги 60X92*/,, — 201/* Печ. л. = 20,25 уел. Печ. л. 20,641 уч.-изд. л.
Г-68031
.Военное издательство Министерства обороны Союза ССР
Москва, Центр, Тверской бульвар, 18
Изд. № 2/2181.
Заказ № 1176
2-я типография Военного издательства Министерства обороны Союза ССР
Ленинград, Д-65, Дворцовая пл., 10
ВВЕДЕНИЕ
Бурное развитие атомной техники и широкое применение ра¬
диоактивных изотопов в промышленности и сельском хозяйстве,
основанное на выдающихся достижениях научной мысли, является
отличительной чертой современного технического прогресса. Полу¬
чение и использование атомной энергии открывает огромные пер¬
спективы в деле дальнейшего развития производительных сил.
Коммунистическая партия Советского Союза и Советское прави¬
тельство неустанно проявляют огромную заботу в деле использо¬
вания атомной энергии в мирных целях.
Семилетним планом развития народного хозяйства нашей стра¬
ны, принятым XXI съездом КПСС, предусмотрено дальнейшее рас¬
ширение научно-исследовательских работ, имеющих своей целью
овладение управляемыми термоядерными реакциями для получе¬
ния практически безграничного источника энергии, обеспечение
широкого применения атомной энергии для энергетических и
транспортных двигателей и расширение использования в народном
хозяйстве радиоактивных изотопов.
Однако атомная энергия и радиоактивные изотопы наряду с их
мирным использованием могут быть применены и как одно из наи¬
более мощных и губительных средств разрушения и массового по¬
ражения людей. Достаточно сказать, что взрыв одной водородной
бомбы способен вызвать такие тяжелые последствия на огромных
территориях, каких не несли с собой десятки тысяч снарядов и
бомб, применявшихся в прошлых войнах.
Советский Союз, идя впереди всех стран мира в области мир¬
ного использования атомной энергии, показывает вдохновляющий
пример служения делу мира и прогресса. Советское правительство
неоднократно предлагало и предлагает запретить на вечные вре¬
мена испытания, производство и применение атомного и термо¬
ядерного оружия. Вместе с тем Советское правительство не может
не учитывать, что агрессивные круги империалистических госу¬
дарств не принимают наших предложений, продолжают изготов¬
лять и испытывать атомное и термоядерное оружие, создают сис¬
темы военных блоков, направленных против лагеря демократии и
социализма. Выполняя указания великого Ленина о том, что не¬
разумно или даже преступно поведение той армии, которая не го¬
1*
3
товится овладеть всеми средствами борьбы, которые есть или мо¬
гут быть у противника, Советское государство вынуждено изготов¬
лять все виды новейшего вооружения и принимать меры к тому,
чтобы в любой момент быть готовым дать сокрушительный отпор
поджигателям войны.
Воины Советской Армии, и особенно офицерский состав, должны
в совершенстве знать боевые свойства вооружения армии, умело
применять эти средства в любых условиях боевой деятельности
войск, быть готовыми к активным действиям в условиях примене¬
ния оружия массового поражения и уметь защитить от воздейст¬
вия поражающих факторов этого оружия себя и подчиненный лич¬
ный состав.
Одним из поражающих факторов атомного взрыва, главным
образом наземного, является радиоактивное заражение,
которое может иметь место не только непосредственно в районе
взрыва, но и на значительном удалении от него. Радиоактивные ве¬
щества, оседающие на местности в результате взрыва, испускают
невидимые излучения, называемые ядерными излучения-
м и. Эти излучения обладают биологическим действием и могут при
определенных условиях вызвать специфическое заболевание, на¬
зываемое лучевой болезнью. Поэтому в условиях войны с примене¬
нием атомного оружия возникает необходимость обнаруживать и
измерять излучения, испускаемые радиоактивными веществами,
так как только в результате этих измерений могут быть приняты
меры, обеспечивающие защиту личного состава от вредного биоло¬
гического действия излучений.
Для обнаружения и измерения излучений, испускаемых радио¬
активными веществами, применяются специальные приборы, на-
зываемые дозиметрическими. Область техники, занимаю¬
щаяся вопросами обнаружения и измерения излучений радиоак¬
тивных веществ, называется дозиметрией.
Значение дозиметрических приборов в современной войне труд¬
но переоценить. Только используя дозиметрические приборы, мож¬
но обнаружить наличие радиоактивного заражения, определить
границы зараженного участка местности и наметить пути для его
преодоления или обхода. На основании измерений, производимых
при помощи дозиметрических приборов, можно определить пре¬
дельно допустимое время пребывания на зараженной местности,
необходимость и полноту проведения дезактивации и санитарной
обработки, возможность и режим потребления зараженных воды и
продуктов, необходимость госпитализации и методы лечения лич¬
ного состава, подвергшегося действию излучений.
Принцип действия дозиметрических приборов основан на том,
что ядерные излучения, проходя через среду, производят опреде¬
ленные изменения физических и химических свойств среды. В боль¬
шинстве типов современных дозиметрических приборов эти измене¬
ния воздействуют на электрическую схему прибора, вызывая
возникновение электрического тока или изменение электрического
напряжения. Задача измерения излучений, следовательно, сводится
4
в конечном итоге к электрическим измерениям. Поэтому для пони¬
мания работы дозиметрических приборов необходимо прежде всего
знать основные положения электротехники. Методы электрических
измерений, применяемые в дозиметрической аппаратуре, основаны
на широком использовании электронных ламп различных типов и
назначений; знакомство с принципом работы электронных ламп
также является обязательным условием для усвоения работы
дозиметрических приборов.
Следует иметь в виду, что правильно эксплуатировать дози¬
метрические приборы, в частности обнаруживать и устранять их
неисправности, сможет только тот, кто понимает работу схемы
прибора и происходящие в приборе физические процессы. Поэтому
глубокое знание теоретических основ дозиметрии и принципов, ле¬
жащих в основе работы приборов, является необходимой предпо¬
сылкой успешного использования дозиметрических приборов в бое¬
вой обстановке.
Раздел первый
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
И ЭЛЕКТРОНИКИ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
§ 1. Краткие сведения о строении атома. Мир по своей природе
материален. Многообразные явления, происходящие в мире, пред¬
ставляют собой различные виды движущейся материи. Материя,
по исчерпывающему определению В. И. Ленина,— объективная
реальность, данная нам в ощущении. Материя существует вне и не¬
зависимо от нашего сознания; она копируется, фотографируется,
отображается нашими ощущениями.
Одним из наиболее распространенных видов материи является
вещество. Все окружающие нас предметы и тела состоят из раз¬
личных веществ, а любое вещество в свою очередь состоит из
отдельных мельчайших частиц, сохраняющих химические свойства
данного вещества. Такие частицы называются молекулами.
Молекулы состоят из еще более мелких частиц — атомов. Атомы
некоторых элементов, например инертных газов (гелия, неона,
аргона и др.), не соединяются в молекулы; вещества, состоящие из
таких атомов, имеют атомарную структуру.
Сами атомы не являются простейшими, неделимыми части¬
цами, а представляют собой сложные системы, состоящие из ряда
еще более мелких частиц, называемых элементарными час¬
тицами. Термин «элементарные частицы»
(т. е. «простейшие частицы») является ус¬
ловным; он характеризует не природу этих
частиц, а уровень наших знаний. По мере
развития знаний о строении материи
могут быть открыты новые составные ча¬
сти ее.
Атом состоит из ядра и окружаю¬
щей ядро электронной оболочки
(рис. 1).
Диаметр ядра составляет приблизитель¬
но 10-13 см. Ядро в свою очередь состоит
из элементарных частиц — п р о т о н о в и
нейтронов. Предположение о протонно¬
Рис. 1. Схематическое
изображение атома гелия
7
нейтронной структуре ядра было впервые высказано советским
физиком Д. Д. Иваненко и затем подтверждено экспериментально.
Диаметр электронной оболочки значительно больше размеров
ядра и составляет около Ю-8 см. Электронную оболочку схемати¬
чески делят на ряд концентрических слоев, которые именуются
буквами латинского алфавита: ближайший к ядру слой называют
слоем «К», следующий за ним—слоем «L» и т. д. Число слоев
электронной оболочки зависит от количества электронов, входя¬
щих в состав атома данного элемента. Электроны, входящие в со¬
став атома, разделяют на внутренние, расположенные во
внутренних слоях оболочки, и внешние, расположенные во
внешнем слое оболочки.
Атом каждого элемента имеет определенное число протонов и
электронов. Число протонов определяется местом, которое зани¬
мает данный элемент в периодической таблице элементов, разра¬
ботанной нашим гениальным соотечественником Д. И. Менделее¬
вым. Число электронов в атоме равно числу протонов. Число ней¬
тронов для ядер элементов, находящихся в начале периодической
таблицы, как правило, равно числу протонов или незначительно
отличается от него. Для элементов, расположенных в конце перио¬
дической таблицы, число нейтронов превышает число протонов при¬
близительно на 50—60%. Например, атом гелия состоит из ядра,
имеющего два протона и два нейтрона, и электронной оболочки,
имеющей два электрона, что условно обозначается символом Не^
(нижняя цифра показывает число протонов, верхняя — суммарное
число протонов и нейтронов в ядре); атом натрия (Na2J) содержит
11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов; в ядро атома урана-238
(U2f|) входят 92 протона и 146 нейтронов.
Существуют разновидности атомов одного и того же элемента,
имеющие равное количество протонов, но отличающиеся по коли¬
честву нейтронов. Такие атомы называются изотопами. На¬
пример, кроме урана-238, существуют изотопы: уран-235 (U2^),
ядро атома которого состоит из 92 протонов и 143 нейтронов,
уран-233 (U2||), ядро атома которого состоит из 92 протонов и
141 нейтрона, и другие.
Элементарные частицы, входящие в состав атома, характери¬
зуются их массой и электрическим зарядом. Электрон — частица,
имеющая отрицательный электрический заряд; масса его составляет
около 9,106- 10~~28 г. Масса электрона так же, как и масса любого
тела, зависит от скорости движения: если скорость движения элек¬
трона увеличивается, то возрастает и масса его. Это явление ста¬
новится особо заметным при движении электронов со скоро¬
стями, приближающимися к скорости света (приблизительно
300000км/сек). Протоны имеют положительный электрический за¬
ряд, по абсолютной величине равный заряду электрона. Масса про-
тбна"приблизйтёльно в 2000 раз превышает массу электрона. Ней¬
троны не имеют электрического заряда; масса нейтрона приблизи¬
тельно равна массе протона. Величина электрического заряда элек¬
8
трона и протона является наименьшей величиной заряда, извест¬
ной в современной физике, поэтому заряд электрона называется
элементарным (или единичным) электрическим зарядом.
Кроме элементарных частиц, входящих в состав атомов, изве¬
стны также и другие элементарные частицы: позитроны, имею¬
щие массу, равную массе электрона, но положительный электриче¬
ский заряд; нейтрино, не имеющие электрического заряда и
обладающие массой в несколько тысяч раз меньшей, чем масса
электрона, и другие.
Таблица 1
Основные данные, характеризующие некоторые элементарные частицы
Наименование
частицы
Условное
обозначение
Масса, г
Отношение
массы частицы
к массе
электрона
Электрический
заряд (в величинах,
равных заряду
электрона)
Электрон
е~, р-
9,106* 10—28
1
—1
Позитрон
«+, р*
9,106-10—23
1
+ i
Протон
р, н|
1,672-10-“
1836,6
+ i
Нейтрон
п, п\
1,675-10—24
1839,0
0
Нейтрино
V
<4,5-10—32
>5-10
0
§ 2. Электрические заряды и их взаимодействие между собой.
Существуют два вида электричества — положительное и отрица¬
тельное. Электроны являются носителями элементарных отрица¬
тельных электрических зарядов, а протоны — элементарных поло¬
жительных электрических зарядов. В атоме имеются и отрицатель¬
ные, и положительные электрические заряды. Так как число элек¬
тронов, входящих в состав атома, равно числу протонов, то атом
в целом будет электрически нейтральным: суммарный положи¬
тельный заряд ядра будет компенсироваться суммарным отрица¬
тельным зарядом электронной оболочки.
Тело, состоящее из электрически нейтральных атомов или мо¬
лекул, не имеет электрического заряда. Но если создать в теле из¬
быток электронов, то оно станет наэлектризованным — получит от¬
рицательный заряд. Тело с недостатком электронов будет иметь по¬
ложительный электрический заряд. Электрически заряженные тела
взаимодействуют между собой: тела, имеющие заряды одинакового
знака,— отталкиваются, тела, имеющие заряды различных зна¬
ков,— притягиваются.
Электрический заряд измеряется в единицах заряда CGSE. За
единицу заряда в системе CGSE принимается такое количество
электричества, которое действует в вакууме на равное ему количе¬
ство электричества на расстоянии 1 см с силой, равной 1 дн.
Кроме единицы CGSE, для измерения заряда применяется еди¬
ница кулон (к), равная 3 • 10® единиц CGSE. Заряд одного элек¬
трона равен 4,8024- 10~10 единиц CGSE, или 1,6- 10-19 к.
9
Величина силы взаимодействия F между двумя заряженными
телами определяется по формуле Кулона
р QiQt /1 \
' ers » w
где Qi, Q2 — величины зарядов взаимодействующих тел в единицах
CGSE; г — расстояние между ними в см\ г — диэлектрическая по¬
стоянная среды, разделяющей тела. Для вакуума е = 1, для воз¬
духа и газов е близка к единице.
Сила, подсчитанная по формуле (1), будет выражена в динах.
Формула справедлива лишь в тех случаях, когда расстояние между
заряженными телами значительно больше, чем размеры этих тел.
Силы взаимного притяжения или отталкивания заряженных тел
называются кулонов ы ми силами. Действие кулоновых сил
проявляется и между электрически заряженными элементарными
частицами, входящими в состав атомов.
Протоны, входящие в состав ядра, стремятся взаимно оттолк¬
нуться, но действию кулоновых сил внутри ядра противостоят
ядерные силы, удерживающие частицы в объеме ядра. Вели¬
чина ядерных сил значительно превышает кулоновы силы. Дейст¬
вие ядерных сил проявляется лишь на очень малых расстояниях —
порядка размера ядра, т. е. 10~13 см. Если действие ядерных сил
почему-либо будет нарушено, то может произойти деление ядра на
два примерно равных осколка, разлетающихся в противоположные
стороны под действием кулоновых сил.
Взаимодействие между электронами, входящими в состав элек¬
тронной оболочки, и ядром атома также объясняется кулоновыми
силами: отрицательно заряженные электроны притягиваются по¬
ложительно заряженным ядром. Из формулы (1) легко устано¬
вить, что электроны, расположенные во внешних слоях оболочки,
будут связаны с ядром слабее, чем электроны внутренних слоев.
Уменьшение силы, удерживающей внешние электроны на орбите,
объясняется не только увеличением расстояния от ядра, но и тем,
что внешние электроны испытывают действие сил отталкивания от
электронов, расположенных во внутренних слоях оболочки.
§ 3. Понятие о положительных и отрицательных ионах. Если
в непосредственной близости от атома пролетает частица, имею¬
щая, например, положительный заряд, то внешние электроны бу¬
дут испытывать действие силы притяжения со стороны этой поло¬
жительно заряженной частицы. Если сила притяжения превысит
силу, связывающую электрон с ядром атома, то электрон может
оторваться от атома. Остаток атома, лишенный одного электрона,
получит преобладающий положительный заряд и будет называться
положительным ионом. При этом электрически нейтраль¬
ный атом разделится на пару заряженных частиц: положитель¬
ный ион и электрон. Явление деления атома на пару заряженных
частиц называется ионизацией. Если от атома оторван только
один электрон, то образовавшийся ион называют однозарядт
10
н ы м, если оторваны два электрона,— двухзарядным и т. д.
Некоторые атомы способны присоединять к себе дополнитель¬
ные электроны. В этом случае атом получит преобладающий отри¬
цательный заряд и будет называться отрицательным
ионом. Способность присоединять дополнительные электроны
определяется числом электронов во внешнем слое электронной обо¬
лочки атома. У атомов инертных газов внешний слой оболочки пол¬
ностью заполнен электронами; такие атомы не могут присоединять
• к себе дополнительных электронов и, следовательно, не могут об¬
разовывать отрицательные ионы.
Электрический заряд однозарядного иона по своей абсолютной
величине равен заряду одного электрона, т. е. 4,8024 • 10-10 единиц
CGSE. Общее число однозарядных ионов N, обладающих суммар¬
ным электрическим зарядом в 1 единицу CGSE, будет равно
1 101»
ДГ i О Г)<2 1 Г)9
4,8024-10~10 4,8024
Положительные ионы и электроны под действием кулоновых
сил взаимного притяжения могут объединяться в электрически
нейтральные атомы. Это явление, противоположное ионизации, на¬
зывается рекомбинацией.
§ 4. Электрическое поле. Пространство, окружающее заряжен¬
ное тело, в котором проявляется действие кулоновых сил, назы¬
вается электрическим полем. Каждая точка электриче¬
ского поля может быть охарактеризована напряженностью и по¬
тенциалом.
Сила, с которой поле действует на единицу положительного за¬
ряда, называется напряженностью поля.
Напряженность поля Е, образованного точечным зарядом Q
в точке на расстоянии г от заряда, будет равна
Е = &- (2)
Конфигурацию электрического поля принято изображать с и-
л о в ы м и л и н и я м и, т. е. такими условными линиями, направ¬
ление которых в каждой точке совпадает
с направлением движения элементарного
положительного заряда, помещенного в эту
точку и передвигающегося под действием
поля. Густота линий, проходящих через еди¬
ницу площади поверхности, перпендикуляр¬
ной к направлению линий,пропорциональна
величине напряженности поля. На рис. 2
показано схематическое изображение кон¬
фигурации электрического поля, образован¬
ного единичным точечным положительным
электрическим зарядом.
Потенциал электрического поля
численно равен работе, которая должна
Рис. 2. Силовые линии
электрического поля,
образованного точечным
зарядом
11
быть совершена при перемещении единицы положительного заряда
из данной точки поля в бесконечность. Если поле образовано точеч¬
ным зарядом Q, то потенциал поля ф в точке, находящейся на рас¬
стоянии г от заряда, образующего поле, определяется по формуле
Потенциалы могут иметь положительную или отрицательную
величину. Потенциал поля, созданного положительным зарядом,—
положительный; потенциал поля, созданного отрицательным заря¬
дом,— отрицательный. Потенциал земли и всех тел, непосредствен¬
но соединенных с землей, а также металлических корпусов дози¬
метрических приборов условно принимается за нуль.
Положительный электрический заряд под действием поля пе¬
ремещается от точки с высшим потенциалом к точке с низшим по¬
тенциалом. Отрицательный заряд, наоборот, перемещается от точ¬
ки с низшим потенциалом к точке с высшим потенциалом.
§ 5. Напряжение между двумя точками электрического поля.
Разность потенциалов двух точек электрического поля носит на¬
звание напряжения между этими точками поля и обозна¬
чается буквой U. Если потенциал точки А равен <рл, а потенциал
точки В равен ®а, то напряжение между точками А и В будет
равно
UAB = ?л — У в- (4)
Напряжение между двумя точками численно равняется той ра¬
боте, которая будет произведена при перемещении единицы поло¬
жительного заряда из точки с высшим потенциалом в точку с низ¬
шим потенциалом.
Разность потенциалов двух точек поля, при которой на переме¬
щение единицы заряда из одной точки в другую затрачивается ра¬
бота в 1 эрг (э), принимается за единицу разности потенциалов в си¬
стеме CGSE. Практически для измерения напряжения или разности
потенциалов применяется единица вольт (в), равная ‘/зоо еди¬
ницы в системе CGSE. Применяется также и более крупная еди¬
ница — к и л о в о л ь т (кв), равная 1000 в.
§ 6. Однородные и неоднородные
электрические поля. Электрическое
поле может быть однородным и
неоднородным.
Электрическое поле, напряжен¬
ность которого во всех точках одина¬
кова по величине и направлению, на¬
зывается однородным. Например,
однородное поле образуется между
плоскими параллельными пластинами
(электродами) достаточно больших
размеров (рис. 3); одна из пластин
имеет положительный электрический
заряд, другая — отрицательный.
Рис. 3. Однородное электри¬
ческое поле
12
Для случая однородного поля, изображенного на рис. 3, напря¬
женность поля Е будет во всех точках поля (за исключением обла¬
сти, прилегающей к краям пластин) постоянной величиной:
где ф1 фг разность потенциалов пластин; d — расстояние ме¬
жду пластинами.
График изменения потенциала поля вдоль линии АВ представ¬
ляет собой прямую линию, начинающуюся с точки, соответствую¬
щей положительному потенциалу пластины А, проходящую через
нуль в область отрицательных значений и заканчивающуюся у
точки, соответствующей отрицательному потенциалу пластины В.
Представим электрон, движущийся в однородном электриче¬
ском поле. Под действием поля электрон будет передвигаться от
точки с низшим потенциалом к точке с высшим потенциалом. Пред¬
положим, что между электродами создан полный вакуум и элек¬
трон при своем движении не испытывает соударений с молекулами
или атомами среды, разделяющей электроды. Пройдя расстояние
от одной точки поля до другой с разностью потенциалов в 1 в,
электрон приобретет дополнительную энергию. Величина этой энер¬
гии, называемая электронвольт (эв), представляет собой
единицу измерения энергии, применяемую в атомной физике. Су¬
ществуют и более крупные единицы: килоэлектронвольт
(кэв), равный 103 эв, и мегаэлектронвольт (Мэе), рав¬
ный 106 эв.
Между единицами мегаэлектронвольт и эрг существует следую¬
щее соотношение:
1 Мэе = 1,6-10-6 э или 1 э = 6,24-105 Мэе.
Предположим, что в поле, изображенном на рис. 3, разность
потенциалов между электродами равняется 100 в, а расстояние ме¬
жду электродами равно 5 см. Тогда электрон по пути от пла¬
стины В к пластине А за каждый
сантиметр своего пути будет при¬
обретать дополнительную энергию,
100
равную -g— = 20 эв (если между
электродами создан полный ва¬
куум).
Рассмотрим поле, образованное
между двумя электродами, один
из которых имеет форму полого ци¬
линдра с внутренним радиусом Г\, а
второй представляет собой нить с
внешним радиусом г2, натянутую по
оси цилиндра. Поперечный разрез
таких электродов показан на рис. 4.
Поле, образующееся между такими Рис. 4. Неоднородное электриче-
электродами, будет неоднород- ское поле
13
я ы м, поскольку напряженность его будет достигать наибольшего
значения у поверхности нити (там, где густота силовых линий наи¬
большая) и уменьшаться с удалением от нее к стенкам цилиндри¬
ческого электрода. Величина напряженности поля в точке, удален¬
ной от оси цилиндра на расстояние г, будет выражаться следующей
формулой:
Я = (6)
где ф]—фг — разность потенциалов электродов.
Кривая изменения напряженности поля вдоль одной из силовых
линий изображена на рис. 4. Характерно, что электрон, движущий¬
ся от стёнки цилиндра к нити, будет наращивать энергию за еди¬
ницу пути неравномерно: чем ближе он будет находиться к нити,
тем больше будет разность потенциалов на единицу длины пути
электрона. Следовательно, пока электрон находится в области, при¬
легающей к внутренней поверхности цилиндра, прирост энергии за
елиницу пути будет относительно невелик. Когда электрон в своем
движении достигнет области, примыкающей к поверхности нити,
прирост энергии на единицу пути будет значительно возрастать.
§ 7. Электрическая емкость. Представим металлическое тело
(например, шар), получившее электрический заряд Q. Если этот
заряд отрицательный, то на поверхности тела разместится некото¬
рое количество электронов, создающих этот заряд, при этом поле
на поверхности тела будет иметь определенный потенциал. Заряд Q
и потенциал поля на поверхности тела будут прямо пропорцио¬
нальны друг другу. Поэтому для определения электрического за¬
ряда тела можно написать следующее равенство:
Q = c?, (7)
где ф — потенциал тела в в; С — коэффициент, определяемый гео¬
метрическими размерами тела и представляющий собой величину
электрической емкости тела.
Из формулы (7) следует, что электрической емкостью тела на¬
зывается его способность удерживать на себе определенный элек¬
трический заряд при потенциале, равном 1 в.
Единицей измерения электрической емкости является ф а-
рада (ф). Тело, обладающее емкостью в 1 ф, способно удержать
на себе заряд в 1 к при потенциале в 1 в.
Так как фарада является очень крупной единицей, то практиче¬
ски для измерения емкости применяются более мелкие единицы:
одна миллионная доля фарады, называемая микрофарада
(мкф), и одна миллионная доля микрофарады, называемая пико¬
фарада (пф). Между указанными единицами существуют сле¬
дующие соотношения:
1 д5=106 мкф — 1012 пф;
1 мкф = 106 пф = 10_6 ф;
1 лд6=10~6 мкф — 10-12 ф.
14
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите элементарные частицы, входящие в состав атомов.
2. От чего зависит сила взаимодействия между электрически заряженными
телами?
3. Что называется ионизацией и рекомбинацией?
4. Что называется отрицательным и положительным ионами?
5. Что называется электрическим полем?
6. Что называется напряженностью и потенциалом электрического поля?
7. Что называется напряжением между двумя точками электрического поля и
в каких единицах измеряется напряжение?
8. Что такое единица электронвольт?
9. Что такое электрическая емкость?
10. В каких единицах измеряется электрическая емкость?
ГЛАВА ВТОРАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
§ 1. Физическая природа электрического тока. В некоторых ве¬
ществах, кроме электронов, входящих в состав атомов, имеются
также и свободные электроны, оторвавшиеся от атомов и совер-.
шающие движения в между-
атомных пространствах. В та¬
ких веществах непрерывно
происходят следующие процес¬
сы: связанные электроны отры¬
ваются от своих атомов, стано¬
вятся свободными, захватыва¬
ются ближайшими атомами/
вновь становятся связанны¬
ми, затем снова отрываются
и т. д.
Свободные электроны совершают беспорядочные движения, но
если воздействовать на вещество, содержащее свободные электро¬
ны, силами электрического поля, то движение свободных электро¬
нов приобретет упорядоченный характер — все электроны будут
двигаться в одном направлении, от точек с низшим потенциалом к
точкам с высшим потенциалом (рис. 5). Такое упорядоченное дви¬
жение носителей электрических зарядов — электронов или ионов —
под воздействием электрического поля называется электриче¬
ским током.
Предположим, что на одном конце металлического стержня соз¬
дан избыток электронов, т. е. отрицательный электрический заряд,
а на другом конце — недостаток электронов, т. е. положительный
электрический заряд. Этим в стержне создано электрическое поле,
под действием которого свободные электроны будут перемещаться
от конца стержня с отрицательным зарядом (от отрицательного по¬
люса) к концу стержня с положительным зарядом (к положитель¬
ному полюсу). По стержню, следовательно, пойдет электрический
ток. По мере протекания электрического тока величины зарядов
на концах стержня будут уменьшаться; соответственно уменьшится
16
Рис. 5. Упорядоченное движение сво¬
бодных электронов в металле
и напряжение на концах стержня. Этот процесс будет продол¬
жаться до тех пор, пока потенциалы обоих концов стержня не срав¬
няются друг с другом.
В рассмотренном случае протекание тока по стержню кратко¬
временное. Длительное протекание тока по стержню будет в том
случае, когда избыток электронов на отрицательном полюсе все
время пополняется и напряжение на концах стержня остается по¬
стоянным.
§ 2. Проводники и диэлектрики. По своей способности прово¬
дить электрический ток все вещества могут быть разделены на две
группы:
— проводники, т. е. вещества, способные проводить элек¬
трический ток; ими могут быть вещества, обладающие достаточным
количеством свободных электронов, или вещества, содержащие
ионы, могущие свободно передвигаться (все металлы и графит,
растворы солей, кислот и щелочей);
— диэлектрики, или непроводники, т. е. вещества, практи¬
чески не способные проводить электрический ток; ими являются
вещества, не имеющие свободных электронов (фарфор, слюда, ян¬
тарь, резина, некоторые разновидности органического стекла и др.).
Деление на проводники и диэлектрики является в известной
мере условным, так как при определенных условиях диэлектрик
может стать проводником.
Промежуточное положение между проводниками и диэлектри¬
ками занимают полупроводники. В обычном состоянии в по¬
лупроводниках свободных электронов очень мало, поэтому они
плохо проводят электрический ток. Но в них имеется много элек¬
тронов, слабо связанных с ядрами атомов и способных отрываться
даже при незначительных внешних воздействиях. Например, боль¬
шое количество электронов отрывается и проводимость полупро¬
водников возрастает при повышении температуры или при освеще¬
нии поверхностей полупроводников. К числу полупроводников отно¬
сятся селен, германий, индий, большинство окислов и некоторые
другие вещества;
§ 3. Электрический ток в твердых проводниках. В твердых про¬
водниках (металлы, графит) атомы расположены очень близко друг
к другу, внешние слои их электронных оболочек почти,соприкаса¬
ются. Это приводит к тому, что внешние электроны подвергаются
действию электрических сил соседних атомов, значительно ослаб¬
ляющих силы притяжения электронов к ядрам. В результате такие
атомы сравнительно легко теряют свои внешние электроны, кото¬
рые становятся свободными. Остатки атомов, лишенные одного или
нескольких электронов, т. е. положительные ионы, составляют
основу так называемой кристаллической решетки.
Число свободных электронов в твердых проводниках велико:
приблизительно на каждый атом имеется один свободный элект¬
рон. При создании в твердом проводнике электрического поля дви¬
жение свободных электронов примет упорядоченный характер. Дви¬
2—1176
17
жения положительных ионов происходить не будет, гак как они
в твердом проводнике «упакованы» весьма плотно, образуя кри¬
сталлическую решетку. Таким образом, электрический ток в твер¬
дых проводниках представляет собой упорядоченное движение од¬
них свободных электронов.
Электроны в стержне из твердого проводника будут двигаться
под воздействием сил электрического поля от отрицательного по¬
люса к положительному. Однако в электротехнике принимается
условное направление тока: от положительного полюса к отрица¬
тельному (рис. 6). Такое несоответствие вызвано исторической при¬
чиной. Еще тогда, когда не было известно, что электрический ток
в твердых проводниках представляет собой упорядоченное движе¬
ние свободных электронов, было принято считать, что электриче¬
ский ток протекает от положительного полюса к отрицательному.
Изменение этой условности было бы весьма неудобным по чисто
практическим соображениям. В дальнейшем изложении данной
книги будет указываться условное на- ^ _
правление тока (от «+» к «—»), про¬
тивоположное направлению движения
электронов.
-I е-~ э—~ Ч +
Условное направление
тока
Рис. 6. Движение электронов по Рис. 7. Электрический ток
проводнику и условное направле- в жидком проводнике
ние электрического тока
§ 4. Электрический ток в жидкостях и газах. Рассмотрим про¬
хождение электрического тока через жидкие проводники, например
через водный раствор хлористого натрия. Кристаллическая ре¬
шетка хлористого натрия построена из чередующихся между собой
положительных ионов натрия (Na+) и отрицательных ионов хлора
(С1~). Между разноименными ионами действуют кулоновы силы
притяжения, связывающие положительный ион натрия и отрица¬
тельный ион хлора в электрически нейтральную молекулу NaCl.
При погружении молекул NaCl в водную среду кулоновы силы
притяжения между Na+ и С1~ значительно ослабевают, так как
для водной среды диэлектрическая постоянная, входящая в зна¬
менатель формулы (1), приблизительно равна 80. Поэтому в воде
молекула NaCl распадается (диссоциирует) на положительный ион
натрия и отрицательный ион хлора. Если создать в таком растворе
электрическое поле, то положительные ионы натрия будут дви¬
гаться к отрицательному полюсу, а навстречу им, к положитель¬
ному полюсу, будут двигаться отрицательные ионы хлора. Таким
образом, в жидкостях электрический ток будет ионным; он пред¬
ставляет собой движение положительных и отрицательных ионов
в противоположных направлениях (рис. 7).
18
Газы при нормальных условиях состоят из электрически ней¬
тральных атомов или молекул, которые не будут передвигаться под
действием электрического поля. Следовательно, при нормальных
условиях газы являются диэлектриками. При ионизации в газовой
среде образуются положительные
и отрицательные ионы и свобод¬
ные электроны. Поэтому при
ионизации газовой среды при на¬
личии электрического поля будут
возникать как ионный, так и
электронный токи (рис. 8) и
ионизированный газ становится
проводником электрического то¬
ка. После того как произойдет ре¬
комбинация ионов в электрически
нейтральные молекулы, газовая
среда вновь станет диэлектриком.
§ 5. Величина электрического тока. При прохождении электри¬
ческого тока через поперечное сечение проводника в каждую се¬
кунду проходит определенное количество элементарных электриче¬
ских зарядов. Чем большее количество элементарных электрических
зарядов пройдет через поперечное сечение проводника в секунду,
тем больше будет величина тока.
Количество электричества, проходящего в секунду через попе¬
речное сечение проводника, принято называть величиной тока
и обозначать буквой /.
Для измерения величины тока применяется единица ампер (а).
При токе в 1 а через поперечное сечение проводника в секунду
протекает суммарное количество электрических зарядов, равное
1 к. Если учесть, что заряд одного электрона равен приблизительно
1,6-10~19 к, то, следовательно, при токе в 1 а через поперечное
сечение проводника в каждую секунду будет протекать 6,25 • 1013
электронов.
Кроме единицы ампер, для измерения тока применяются более
мелкие единицы: м и л л и а м пе р (ма), равный 10_3 а, и микро¬
ампер (мка), равный 10“6 а.
Токи, протекающие в цепях дозиметрических приборов, измеря¬
ются, как правило, в миллиамперах, микроамперах и долях микро¬
ампера.
§ 6. Электрическое сопротивление. Свободные электроны, пере¬
мещаясь по проводнику, взаимодействуют как между собой, так и
со связанными электронами вещества проводника. В результате
непрерывных столкновений энергия электронов уменьшается. Сле¬
довательно, любой проводник оказывает большее или меньшее со¬
противление прохождению по нему электрического тока.
Совокупность всех препятствий, которые встречают свободные
электроны на пути своего движения по проводнику, называется
электрическим сопротивлением и обозначается буквой R
(или г).
©- (+>*
—©
Рис. 8. Электрический ток в иони¬
зированной газовой среде
2*
19
Электрическое сопротивление измеряется в единицах, называе¬
мых омами. Сопротивлением в 1 ом обладает столбик ртути дли¬
ной 106,3 см с поперечным сечением 1 мм2 при температуре 0°С.
Применяются и более крупные единицы: килоом (ком), равный
103 ом, мегом (Мом), равный 106 ом, и г и г а о м (Гом), или к и-
ло м его м, равный 109 ом. Между приведенными единицами суще¬
ствуют следующие соотношения:
1 ом — 10_3 ком = 10_6 Мом
1 ком = 10~3 Мом = 103 ом
1 Мом= 103 ком = 10е ом
1 Гом = 103 Мом — 109 ом
В цепях дозиметрических приборов применяются сопротивле¬
ния, имеющие, как правило, величину несколько килоом, мегом и
гигаом.
Величина сопротивления металлического проводника может
быть определена по формуле
Я = 4р> (8)
где I — длина проводника в м\ S — сечение проводника в мм2, р —
удельное сопротивление проводника (сопротивление проводника
длиной 1—\м с поперечным сечением S=1 мм2). Для меди
р = 0,0175, для алюминия р= 0,029.
Пользуясь формулой (8), можно подсчитать, что сопротивле¬
нием в 1 ом будет обладать медный провод длиной 57 м и сечением
1 мм2-, алюминий имеет большее удельное сопротивление, поэтому
сопротивлением в 1 ом будет обладать алюминиевый провод сече¬
нием 1 мм2, имеющий длину 34 м.
Сопротивление металлов зависит от температуры: с повышением
температуры оно увеличивается. Формула (8) позволяет опреде¬
лить сопротивление металлического проводника при температуре
20° С. Для температуры t сопротивление проводника Rt опреде¬
ляется по формуле
Я, = Я2о [!+«(*-20)], (9)
где /?го — сопротивление проводника при температуре 20° С; а —
коэффициент, имеющий определенную величину для каждого ме¬
талла (для меди, например, а = 0,00393).
Энергия электронов, затрачиваемая на преодоление сопротив¬
ления, превращается в тепловую энергию. Вследствие этого любой
проводник, по которому проходит ток, нагревается. Количество
тепла, выделяемого при прохождении тока по проводнику, может
быть определено по формуле
Q = 0,24I2Rt, (10)
где Q — количество тепла в кал, выделившегося за время t\ 1 — ве¬
личина тока в а\ R — сопротивление проводника в ом\ t — время
протекания тока по проводнику в сек.
20
§ 7. Электродвижущая сила и напряжение. Для поддержания
постоянного напряжения на концах проводника, обеспечивающего
длительное протекание электрического тока, к концам проводника
должно быть подключено устройство, называемое источником
питания. В источниках питания химическая, механическая или
иная энергия преобразуется в энергию электрического поля. Спо¬
собность источника питания обеспечивать непрерывное восстанов¬
ление электрических зарядов на выводах источника и, следова¬
тельно, поддерживать постоянное напряжение между выводами ха¬
рактеризуется электродвижущей силой (ЭДС) источника.
Численно электродвижущая сила равна полной энергии, кото¬
рую источник может расходовать на перемещение каждого единич¬
ного заряда, например одного электрона, от отрицательного полюса
источника по проводнику до положительного полюса источника и
затем через источник вновь к отрицательному полюсу. ЭДС обо¬
значается буквой Е и так же, как напряжение, измеряется в воль¬
тах.
В дозиметрических приборах обычно используются источники
питания с ЭДС от нескольких вольт до нескольких сотен вольт.
Большая часть электродвижущей силы расходуется источником
питания на движение электронов непосредственно по проводнику.
Эту часть ЭДС называют напряжением на зажимах
источника питания. Меньшая часть ЭДС расходуется на дви¬
жение электронов внутри самого источника питания. Эту часть
ЭДС называют в н у т р е н н и м падением напряжения.
§ 8. Закон Ома. Основные электрические величины — ЭДС, со¬
противление, величина тока — связаны между собой соотношением,
называемым формулой Ома:
'“ЙТ* (“>
где Е — ЭДС источника питания; R— сопротивление проводника,
по которому протекает ток /; г0 — внутреннее сопротивление источ¬
ника питания. Величина Е должна быть подста!злена в вольтах,
величины R и г0 — в омах; при этом величина тока / будет выра¬
жена в амперах.
Если вместо ЭДС источника известно напряжение на его зажи¬
мах U, то формула Ома приобретает следующий вид:
/ = -£. (12)
Умножив обе части формулы (12) на R, получим
£/=/#. (13)
Формула (13) пригодна для любого участка проводника, по ко¬
торому протекает электрический ток (если в этот участок не вклю¬
чен источник питания). Например, если ток величиной в 0,01 мка
протекает по проводнику, имеющему сопротивление R = 47 Мом,
21
то это означает, что на концах данного проводника существует на¬
пряжение (или разность потенциалов), равное
и= 0,01 -10-* -47 -10е = 0,47 в.
§ 9. Мощность электрического тока. Протекая по проводнику,
электрический ток I совершает работу по преодолению сопротивле¬
ния R проводника. Мощность электрического тока Р, равная ра¬
боте, совершаемой в единицу времени, определяется по формуле
p=J2R==lJJt
(14)
где U — напряжение на концах проводника.
Для измерения мощности электрического тока применяется еди¬
ница ватт (вт). 1 вт— это мощность, при которой за 1 сек равно¬
мерно производится работа в 1 джоуль (дж). Если в формулу (14)
подставить величину тока / в амперах, а напряжение U в вольтах,
то мощность Р будет выражена в ваттах.
§ 10. Простейшая электрическая цепь. Электрическая цепь со¬
стоит из следующих основных частей (рис. 9):
— источника питания, предназначенного для создания и под¬
держания напряжения на зажимах цепи;
Рис. 9. Электрическая цепь:
1 — источник питания; 2 — потре¬
битель; 3 — соединительные про¬
вода; 4 — выключатели, переклю¬
чатели, измерительные приборы
Рис. 10. Электрическая цепь с
использованием металлического
корпуса прибора в качестве сое¬
динительного проводника
— потребителя, предназначенного для преобразования энергии
электрического тока в другой вид энергии;
— соединительных проводов, предназначенных для соединения
источника питания с потребителем;
— выключателей, переключателей, измерительных приборов и
других деталей, предназначенных для управления цепью и кон¬
троля за ее работой.
Точки цепи а и б, к которым присоединяется источник питания,
называются входом цепи; точки в и г, к которым присоединяется
потребитель, называются выходом цепи.
В цепях дозиметрических приборов в качестве одного из соеди¬
нительных проводов часто используется металлический корпус при.
бора, при этом схема, изображенная на рис. 9, несколько видоизме¬
няется (рис. 10). При использовании корпуса дозиметрического
22
прибора в качестве соединительного провода следует иметь в виду,
что все точки цепи, непосредственно соединенные с корпусом (уча¬
стки а—в и с—d на рис. 10), будут иметь потенциал, равный нулю.
Рассмотрим работу простейшей цепи, изображенной на рис. 9
или 10. Если напряжение на выводах источника питания равно U,
а сопротивление потребителя R, то величину тока в цепи / (пре¬
небрегая сопротивлением соединительных проводов) можно опре¬
делить по формуле Ома (12).
Напряжение U расходуется на то, чтобы обеспечить прохожде¬
ние тока / через сопротивление R, называемое внешним сопро¬
тивлением цепи.
Источник питания должен обладать электродвижущей силой Е,
обеспечивающей прохождение тока не только через внешнее сопро¬
тивление R, но и через внутреннее сопротивление источника пита¬
ния г0:
E = IR + Ir0.
Напряжение на выводах источника питания U будет меньше
ЭДС источника на величину 1г0, представляющую собой внутреннее
падение напряжения:
U = Е — 1г0. (15)
Из формулы (15) следует, что напряжение на выводах источ¬
ника питания не является постоянной величиной, а зависит от ве¬
личины тока, потребляемого от источника: при увеличении тока
напряжение на зажимах источника питания уменьшается.
§ 11. Способы соединения потребителей между собой. В одной
цепи может быть несколько потребителей; соединяться между со¬
бой они могут различными способами. Разберем два способа со¬
единения — последовательное и параллельное.
Рис. 11. Последовательное соеди- Рис. 12. Параллельное соеди¬
нение потребителей нение потребителей
Соединение потребителей между собой, изображенное на рис. 11,
называется последовательным. При последовательном со¬
единении общее сопротивление Я0бш_ равно сумме сопротивлений
отдельных потребителей:
Яовщ = Ri + Кг "Ь R* (16)
23
Соединение потребителей между собой, изображенное на рис. 12,
называется параллельным. При параллельном соединении об¬
щее сопротивление /?06щ определяется по формуле
Яобщ = /?, + д, • (17)
§ 12. Падение напряжения на участках цепи. Рассмотрим ра¬
боту цепи, изображенной на рис. 13. В цепь включены три потре¬
бителя с сопротивлениями Rь R2 и R3, соединенные последователь¬
но. Величина тока в данной цепи равна
— и
1 Rl + /?2 + /?з
Напряжение на выводах источника питания U будет расходо¬
ваться на то, чтобы обеспечить прохождение тока через сопротив¬
ления R1, R2 и R3:
U — IRj -Ь IR2 ~f~ IRr-
Напряжение U представляет собой разность потенциалов точек а
и d. Очевидно, что разность потенциалов точек в и d будет меньше
напряжения U на величину IRь необходимую для обеспечения про¬
хождения тока / через сопротивление R\. Как следует из фор¬
мулы (13), на зажимах сопротивления R\ (между точками а ив)
должна существовать разность потенциалов, равная
£/, = //?,.
Разность потенциалов, возникающая на концах сопротивления
при протекании через него тока, называется падением напря¬
жен и я на данном сопротивлении. Термин «падение напряжения»
показывает, что напряжение U уменьшается или падает на этом со¬
противлении на величину, определяемую по формуле (13).
Поясним вышесказанное конкретным примером. Пусть напряже¬
ние на входе цепи, изображенной на рис. 13, равно 100 в, а ток,
текущий по цепи, равен 1 ма. Если сопротивление ^?i будет равно
47 ком, то это значит, что на сопротивлении Ri из общего напря¬
жения цепи 100 в будет израсходовано
£/,= Ы0-3-47-103 = 47 в.
Следовательно, падение напряжения на сопротивлении R\ соста¬
вит 47 в, а разность потенциалов между точками end будет равна
100 — 47 = 53 в.
Соответственно на зажимах сопротивления будет создано па¬
дение напряжения U2, равное
U2 = IR2,
а на зажимах сопротивления R3 — падение напряжения, равное U3:
U, = IR,.
24
Сумма падений напряжений, создающихся током на каждом из
последовательно соединенных сопротивлений, равна напряжению
на зажимах цепи:
u=ut + ut + u,.
Так как за условное направление тока принимается направление
от точки с высшим потенциалом к точке с низшим потенциалом,
то потенциал точки, где ток входит в сопротивление, должен быть
выше потенциала точки, где ток выходит из сопротивления. На
„ V, я
I
Рис. 14. Полярность
падения напряжения,
создаваемого током,
проходящим по со¬
противлению
рис. 14 показано, что ток входит в сопротивление в точке А и вы¬
ходит в точке В. Из сказанного выше следует, что потенциал точ¬
ки А должен быть положительным по отношению к потен¬
циалу точки В и, наоборот, потенциал точки В должен быть о т-
рицательным по отношению к потенциалу точки А. Исходя из
этого полярность падения напряжения, создающегося на сопро¬
тивлениях при протекании по ним тока, определяется следующим
образом: положительный полюс образуется там, где ток входит
в сопротивление, а отрицатель¬
ный — там, где ток выходит из со¬
противления.
§ 13. Первое и второе правила
Кирхгофа. Рассмотрим работу цепи,
изображенной на рис. 15. В цепь
включены два сопротивления R\
и /?2, соединенные параллельно. Об¬
щий ток цепи /, равный
я, +
в точке А разветвляется на два тока: /ь текущии по сопротивле¬
нию R\, и /2, текущий по сопротивлению R%. Для определения вели¬
чин токов /1 и /о следует воспользоваться правилами Кирхгофа:
1. Сумма токов, подходящих к точке разветвления, равна сумме
токов, отходящих от точки разветвления.
I I,
Рис. 15. Разветвленная электри¬
ческая цепь
V -
Рис. 13. Падение напряжения на
участках цепи
25
На основании этого правила применительно к цепи, изображен
аой на рис. 15, можно написать следующее равенство;
/-Л + 4 (18)
2. Величины токов, текущих в параллельных цепях, обратно
пропорциональны сопротивлениям этих цепей.
Это положение вытекает из равенства падений напряжений на
сопротивлениях Ri и R2. Падение напряжения на сопротивлении/?!,
создаваемое током h и равное I\R\, должно быть разно падению
напряжения на сопротивлении R2, создаваемому током 12 и рав¬
ному hRi-
I1Rl = I2R2.
Из этого равенства следует, что
Из формулы (19) видно, что если сопротивление Rz значительно
меньше сопротивления Ri, то основная часть тока / пойдет через
сопротивление R2 и лишь незначительная часть — через сопротив¬
ление R1. (В таких случаях сопротивление Ri шунтируется сопро¬
тивлением R2.) И наоборот, если сопротивление R2 во много раз
больше сопротивления Rь то почти весь ток I пойдет через сопро¬
тивление R| и лишь незначительная часть через сопротивление R2.
Если сопротивление Ri равно сопротивлению R2, то ток / разде¬
лится в точке А на два равных тока Л и /2, каждый из которых
будет равен половине тока I.
§ 14. Замкнутые и разомкнутые цепи. Электрические цепи для
уяснения закономерностей их работы целесообразно разделять на
два вида: замкнутые и разомкнутые.
Замкнутые цепи (рис. 16) предназначены для прохожде¬
ния по ним электрического тока и для создания падений напряже¬
ния на отдельных участках. На выходе такой цепи подключается
потребитель, обладающий сопротивлением конечной величины.
Неразветвленные замкнутые цепи характеризуются следующими
основными свойствами:
— величина тока во всех точках цепи одинакова; следователь¬
но, амперметры Ai, А2 и Аз независимо от места их включения
в цепь будут давать равные показания;
— падения напряжения на отдельных участках цепи прямо про.
нсрциональны величинам сопротивлений этих участков;
— напряжение на выходе цепи меньше напряжения на входе на
величину падения напряжения в проводах, соединяющих вход цепи
с выходом, и на тех деталях цепи, которые включены в соедини¬
тельные провода;
— при прохождении тока по цепи затрачивается мощность, ко¬
торая может быть подсчитана по формуле (14).
Я
Разомкнутые цепи (рис. 17) используются для передачи
по ним напряжения. Выход такой цепи остается разомкнутым или
к нему подключается потребитель, обладающий бесконечно боль¬
шим сопротивлением.
Разомкнутые цепи характеризуются следующими основными
свойствами:
— ток во всех точках цепи равен нулю;
— падение напряжения на отдельных участках цепи равно
нулю;
— напряжение на выходе равно напряжению на входе;
— расход мощности в цепи равен нулю.
Рис. 16. Замкнутая электрическая Рис. 17. Разомкнутая электриче-
цепь ская цепь
Если к выходу разомкнутой цепи подключить потребителя, об¬
ладающего сопротивлением конечной величины, то разомкнутая
цепь превратится в замкнутую. Одним из наиболее характерных
последствий превращения разомкнутой цепи в замкнутую явится
уменьшение напряжения на выходе за счет падения напряжения
в соединительных проводах и включенных в них деталях и вну¬
треннего падения напряжения в источнике питания.
В схемах дозиметрических приборов часто встречается сочетание
замкнутых и разомкнутых цепей. Например, на рис. 18 показаны
две взаимодействующие цепи: пер¬
вая (1) —замкнутая цепь, по кото¬
рой постоянно протекает ток /-, со¬
здающий падение напряжения U на
сопротивлении R, и вторая (2) —
разомкнутая цепь, подключенная к
сопротивлению R. Падение напря¬
жения U является для первой цепи
напряжением на выходе и в то же
время служит напряжением на
входе второй цепи.
§ 15. Виды токов, применяемых
в технике. В цепях дозиметрических приборов протекают постоян¬
ные, переменные, пульсирующие и импульсные токи.
Постоянным называется ток, величина и направление кото¬
рого в течение достаточно длительного времени остаются неизмен¬
ными.
Рис. 18. Взаимодействующие
электрические цепи
37
Для удобства рассмотрения физических процессов, происходя¬
щих в электрических цепях, часто пользуются графиками, показы¬
вающими изменение основных электрических величин (тока, напря¬
жения, ЭДС) во времени. На рис. 19 показан график постоянного
тока. Так как величина постоянного тока согласно определению
в течение длительного времени остается неизменной, то график по¬
стоянного тока будет представлять собой прямую, параллельную
оси времени.
Для получения постоянного тока ко входу цепи необходимо под¬
ключить источник питания, обладающий постоянной ЭДС. Сопро¬
тивление цепи также должно оставаться неизменным.
Рис. 19. График постоянного тока
Рис. 20. График переменного си¬
нусоидального тока
Переменным называется ток, величина и направление кото¬
рого изменяются. Если эти изменения происходят с определенной
периодичностью, то такой переменный ток называют периоди¬
ческим. Часто применяются переменные токи, направление и ве¬
личина которых изменяются по закону синуса. Переменный ток та¬
кой формы называют синусоидальным. При переменном токе
свободные электроны соверщают не поступательное движение вдоль
проводника, а колебательное.
На рис. 20 приводится график переменного синусоидального
тока. Переменный синусоидальный ток можно охарактеризовать:
его а м п л и т у д о й, т. е. максимальным значением, периодом —
временем, за которое ток возвращается
к исходному значению, пройдя через
максимум и минимум, и частотой —
числом периодов в 1 сек.
Периодические несинусоидальные
токи можно представлять как сумму
нескольких различных синусоидальных
токов.
Для получения переменного тока
ко входу цепи необходимо подключить
источник питания, обладающий пере¬
менной ЭДС.
Пульсирующим называется ток, направление которого
остается неизменным, а величина меняется. На рис. 21 представлен
график одной из возможных форм такого тока,
ЛЛЛЛу
<
Рис. 21.
График пульсирую¬
щего тока
28
Пульсирующий ток можно рассматривать как сумму постоян¬
ного и переменного токов. Он возникает в таких цепях, где источ¬
ник питания обладает постоянной ЭДС, но сопротивление цепи
в результате воздействия различных факторов периодически изме¬
няется.
Импульсным называется ток, который часть времени проте¬
кает по цепи, а часть времени отсутствует. Кратковременное прохо¬
ждение тока по цепи называется импульсом тока, а промежу¬
ток между двумя смежными импульсами — паузой.
i
Рис. 22. График импульсного тока Рис. 23. Графическое изображение
импульса напряжения
Импульсный ток характеризуется прежде всего формой, дли¬
тельностью и амплитудой импульсов. На рис. 22 приведены два
графика импульсного тока. Один из графиков (а) характерен тем,
что все импульсы имеют различную форму, длительность и ампли¬
туду. Импульсы тока, изображенные на другом графике (б), имеют
одинаковую форму, длительность и амплитуду. Импульсы, одина¬
ковые по форме, длительности и амплитуде, называются калиб¬
рованными. В цепях дозиметрической аппаратуры обычно про¬
изводится калибрование импульсов, т. е. преобразование возникаю¬
щих неединообразных импульсов в единообразные.
Импульсный ток характеризуется, кроме того, крутизной перед¬
него и заднего фронтов импульсов, под которой понимается изме¬
нение величины тока или напряжения в единицу времени при на¬
растании или спаде импульса. На рис. 23 изображен характерный
импульс напряжения, у которого передний фронт (а—б) имеет зна¬
чительно большую крутизну, чем задний (б—в). Наконец, импульс¬
ный ток характеризуется частотой следования импульсов, под кото¬
рой понимается число импульсов, возникающих в 1 сек.
Импульсный ток можно представлять как сумму постоянного
тока (постоянной составляющей )и ряда переменных синусоидаль¬
ных токов (переменных или гармонических составляющих). Для
калиброванного импульсного тока характерно, что величина по¬
стоянной составляющей прямо пропорциональна частоте следова¬
ния импульсов. Поэтому, выделив при помощи специальных
устройств из импульсного тока его постоянную составляющую и
29
измерив ее, можно определить число импульсов в единицу времени
(в 1 сек или 1 мин).
Импульсные токи возникают в цепях, к которым подключены
источники питания, обладающие импульсной ЭДС. В других слу¬
чаях источник питания цепи может обладать постоянной ЭДС, но
сопротивление цепи вследствие воздействия различных факторов
изменяет свою величину от бесконечности до конечной величины.
В этих случаях ток, текущий по цепи, также будет импульсным.
Импульсные токи, протекающие в цепях дозиметрических при¬
боров, характерны тем, что частота следования импульсов, как
правило, не является постоянной величиной. Например, в первую
секунду может возникнуть большее или меньшее число импульсов,
чем во вторую секунду. Для таких токов определяют среднее число
импульсов в единицу времени (например, число импульсов в ми¬
нуту), которое представляет собой частное от деления числа
импульсов, зарегистрированных за более или менее продолжитель¬
ное время (3—5 мин), iTa длительность этого времени.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется электрическим током?
2. Что такое проводники и диэлектрики?
3. В чем заключается физическое различие между электрическим током в твер¬
дых и жидких проводниках?
4. При каких условиях газовая среда становится проводником электрического
тока?
5. Что такое величина электрического тока и в каких единицах она измеряется?
6. Что такое электрическое сопротивление и в каких единицах оно измеряется?
7. От чего зависит величина электрического сопротивления?
8. Что такое электродвижущая сила источника питания?
9. Напишите и поясните формулу Ома для всей цепи и участка цепи.
10. Из каких основных частей состоит электрическая цепь?
11. Чему равняется общее сопротивление при последовательном и параллельном
соединениях потребителей?
12. Каковы основные свойства замкнутых электрических цепей?
13. Каковы основные свойства разомкнутых электрических цепей?
14. Вычертите и поясните графики постоянного, переменного, пульсирующего в
импульсного токов.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
МАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
§ 1. Естественные и искусственные магниты. Магнитами на¬
зываются тела, способные притягивать стальные и железные пред¬
меты.
Магниты бывают естественные и искусственные.
Естественные магниты — куски руды магнитного желез¬
няка, состоящей из закиси-окиси железа (Ёез04).
Искусственные магниты изготовляются из стали, ко¬
бальта, никеля. Если расположить кусок мягкого железа в непо¬
средственной близости от магнита, то железо приобретает магнит¬
ные свойства. При удалении от магнита железо теряет магнитные
свойства. Если же расположить рядом с достаточно сильным маг¬
нитом кусок стали, кобальта, никеля, то они также приобретут
магнитные свойства, но сохранят их и после того, как будут уда¬
лены от магнита. Это свойство стали, кобальта и никеля исполь¬
зуется при изготовлении искусственных магнитов.
Искусственные магниты обычно изготавливаются в форме по¬
лос или подков. Наиболее сильно магнитные силы проявляются на
концах полосы или подковы, называемых полюсами. Полюса
магнитов называются северными (С) или южными (Ю).
Взаимодействие между магнитными полюсами весьма сходно со
взаимодействием между электрическими зарядами: одноименные
полюса отталкиваются, разноименные — притягиваются.
Подобно тому как вокруг электрического заряда существует
электрическое поле, вокруг магнита существует магнитное поле,
представляющее собой пространство, в котором проявляется дей¬
ствие магнитных сил.
§ 2. Электромагниты. Ф. Энгельс в труде «Диалектика приро¬
ды» указывал, что магнетизм следует рассматривать как некоторую
разновидность электричества. Развитие физических наук показало,
что явления магнитные тесно связаны с явлениями электрическими;
существует не только внешняя аналогия между магнитными и элек¬
трическими явлениями, но и глубокая органическая связь между
ними.
Вокруг любого проводника, по которому протекает электриче¬
ский ток, возникает магнитное поле. Следовательно, перемещение
31
электрических зарядов и соответственно изменение связанного
с ними электрического поля вызывает возникновение магнитного
поля. Всякие же изменения магнитного поля вызывают перемеще¬
ние электрических зарядов в проводниках, помещенных в это поле.
Используя электрический ток, можно полу¬
чить магнитное поле, а используя магнитное
поле, можно получить электродвижущую силу
в проводнике или электрический ток в замкну¬
той цепи. Поэтому электрическое и магнитное
поля не следует рассматривать как существую¬
щие раздельно и независимо; правильнее рас¬
сматривать их как единое электромаг¬
нитное поле, представляющее собой осо¬
бый вид материи.
Для наглядного представления конфигура¬
ции магнитного поля, в том числе возникшего
при пропускании по проводнику электрическо¬
го тока, принято изображать его в виде
силовых линий, т. е. таких услов¬
ных линий, которые совпадают с направле¬
нием действия сил поля. Принято считать, что
силовые линии выходят из северного полюса
магнита и входят в южный (рис. 24). Магнитное поле,
возникающее вокруг прямолинейного проводника, по которому
Рис. 24. Силовые ли¬
нии магнитного поля
подковообразного
магнита
протекает
рис. 25.
электрическии
TOIK,
схематически
показано на
/ \
+'~\\
I '/л"
г-* 1,1 III
/”Ч
/ \
V'\\
IffsW
nf Mi -
в
цГп!
и *
TU 1
II рт
\'jl
M'Ji
W'Jll
W/
V~/
\\l!
КУ
\ /
ч«/
Рис. 25. Магнитное поле вокруг прямо¬
линейного проводника с током
Ю
Рис. 26. Электромагнит
Значительного усиления магнитного поля можно добиться в том
случае, если проводнику придать форму цилиндрической спирали
(катушки). Такая катушка называется соленоидом. Создавае¬
мое соленоидом магнитное поле по своей конфигурации подобно
магнитному полю полосового магнита.
Если вставить внутрь соленоида железный сердечник, то к маг¬
нитному полю, создаваемому электрическим током, добавится маг¬
нитное поле сердечника; следовательно, магнитные действия будут
значительно усилены. Катушка с железным сердечником, обтекае¬
мая током, называется электромагнитом (рис. 26).
§ 3. Магнитный поток. Количественно магнитное поле характе¬
ризуется величиной, называемой магнитным потокоми обо¬
значаемой Ф.
32
Величина магнитного потока электромагнита определяется чис¬
лом силовых линий магнитного поля, проходящих через поперечное
сечение электромагнита. Для электромагнита величина магнитного
потока (до известных пределов) прямо пропорциональна току, про¬
текающему через обмотку. Следовательно, увеличение тока в об¬
мотке будет вызывать увеличе¬
ние магнитного потока, и, наобо¬
рот, уменьшение тока будет вызы¬
вать уменьшение магнитного по¬
тока.
Направление магнитного пото¬
ка совпадает с направлением си¬
ловых линий магнитного поля.
В электромагнитах направление
магнитного потока определяется
направлением тока, текущего че¬
рез обмотку электромагнита.
Если изменить направление тока,
то изменится и направление маг¬
нитного потока.
Если через обмотку электро¬
магнита пропускать переменный ток, то и магнитный поток также
будет переменным, а его величина и направление будут изменяться
в соответствии с изменениями тока.
§ 4. Примеры практического использования электромагнитов.
Характерным примером использования электромагнитов в дозиме¬
трической аппаратуре является телефон, применяемый в некото¬
рых дозиметрических приборах для звуковой индикации радиоак¬
тивного заражения. Основной деталью телефона (рис. 27) является
подковообразный постоянный магнит, снабженный обмоткой, по
которой протекает электрический ток. Ток в зависимости от его
направления может усилить или ослабить действие постоянного
магнита. Если ток равен нулю, то мембрана слегка прогнется под
действием силы притяжения постоянного магнита и займет поло¬
жение, показанное на рис. 27 сплошной линией. При пропускании
через обмотку тока созданное им магнитное поле усилит магнитное
поле постоянного магнита, мембрана прогнется еще больше и зай¬
мет положение, показанное на рис. 27 пунктиром. Если же ток,
протекающий через обмотку магнита, будет изменять свою вели¬
чину от некоторого значения до нуля, то мембрана будет коле¬
баться и создавать колебания воздуха, воспринимаемые органами
слуха в форме щелчков или шума. Таким образом, по щелчкам или
шуму можно обнаруживать изменения величины тока, протекаю¬
щего по обмотке телефона.
Электромагнит представляет собой основную деталь электро¬
механического счетчика, применяемого в некоторых дози¬
метрических приборах для счета импульсов тока. Электромехани¬
ческий счетчик импульсов (рис. 28) состоит из электромагнита,
якоря, системы рычагов, храпового колеса и счетного механизма.
3
Рис. 27. Схема устройства телефона:
1 — постоянный магнит; 2 — обмотка магнита;
3 — мембрана
3-1176
33
При протекании через обмотку электромагнита тока сердечник
приобретает магнитные свойства и притягивает к себе якорь, со¬
единенный с храповым механизмом. При этом храповое колесо
Поворачивается на один шаг и передвигает одну из стрелок счет¬
ного механизма на одно деление. Каждый импульс тока, протекаю¬
щий через обмотку электромагнита, вызовет перемещение стрелки
на одно деление. Когда первая стрелка переместится на 100 деле¬
ний, совершив один полный оборот, вторая стрелка переместится
Рис. 28. Схема устройства электромеханического
счетчика импульсов:
/ — электромагнит; 2 — якорь; 3 — система рычагов; 4 — хра¬
повое колесо; 5 — счетный механизм
на одно деление. Для нормальной работы электромеханического
счетчика необходимо, чтобы амплитуда и длительность импульсов
тока были не менее определенных величин, так как в противном
случае храповой механизм не сможет сработать. Например, для
нормальной работы электромеханического счетчика СБ-1М/100,
применяемого в некоторых дозиметрических приборах, амплитуда
импульса должна быть равна 20—40 ма, длительность импульса
не менее 3,5 мсек и длительность паузы между импульсами не менее
5 мсек.
§ 5. Электромагнитная индукция. Если в магнитное поле поме¬
стить проводник, то до тех пор, пока магнитное поле остается не¬
изменным, никаких электрических явлений в проводнике возникать
не будет. Но если магнитное поле изменяется, например переме¬
щается относительно проводника таким образом, что силовые ли¬
нии поля пересекают проводник, то силы магнитного поля вызы¬
вают электризацию концов проводника (на одном из концов будет
накапливаться отрицательный электрический заряд, на другом —
положительный) и в проводнике возникает электродвижущая сила;
в этом случае проводник может быть использован в качестве источ¬
ника электрической энергии.
Явление возникновения электродвижущей силы в проводнике,
помещенном в изменяющемся магнитном поле, называется элек¬
тромагнитной индукцией. ЭДС, возникающая в результате
34
электромагнитной индукции, называется индуктированной,
т. е. наведенной.
Известны три способа получения индуктированной ЭДС: индук¬
ции, самоиндукции и взаимоиндукции. В основе каждого из этих
способов лежит одно и то же явление: индуктированная ЭДС воз¬
никает в результате взаимного пересечения проводника и силовых
линий магнитного поля.
Величина индуктированной ЭДС определяется числом силовых
линий магнитного поля, пересекаемых проводником в единицу вре¬
мени.
Для определения полярности индуктированной ЭДС следует ру¬
ководствоваться правилом Ленца, согласно которому возни-
Рис. 29. Возникно¬
вение индуктиро¬
ванного тока (маг¬
нит приближается
к катушке)
Рис. 30. Возникнове¬
ние индуктирован¬
ного тока (магнит
удаляется от катуш¬
ки)
кающая ЭДС будет препятствовать причине, вызвавшей ее появле¬
ние. Поясним это на примере. При вдвигании постоянного магнита
в катушку, подключенную к замкнутой цепи, в катушке возникнет
индуктированный ток (рис. 29). Направление тока будет таким, что
он создаст магнитное поле, противодействующее вдвиганию маг¬
нита в катушку: если постоянный магнит приближается к катушке
своим северным полюсом, то и в верхней части катушки возникнет
северный полюс, стремящийся оттолкнуть приближающийся маг¬
нит. Если начать выдвигать магнит, направление индуктированного
тока изменится на противоположное (рис. 30). Теперь магнитное
поле, создаваемое током, протекающим через катушку, будет стре¬
миться удержать удаляющийся северный полюс постоянного маг¬
нита. Следовательно, в верхней части катушки возникнет южный
полюс. Изменение направления тока явилось, очевидно, следствием
изменения полярности индуктированной ЭДС, которая при выдви¬
гании магнита будет противоположна ЭДС, возникающей при
вдвигании магнита. Если периодически вдвигать и выдвигать маг¬
нит, то в катушке будет индуктироваться переменная ЭДС.
§ 6. Генератор переменного тока. Генератором перемен¬
ного тока называется источник питания, вырабатывающий пе¬
ременную ЭДС в результате превращения механической энергии в
энергию электрическую.
3*
35
В генераторах с ручным приводом, применяемых в качестве
источников питания в некоторых дозиметрических приборах, ис¬
пользуется явление электромагнитной индукции. Конструкция та¬
кого генератора схематически изображена на рис, 31. При нажатии
на скобу ручного привода через систему зубчатых колес приво¬
дится во вращение якорь генера¬
тора, представляющий собой по¬
стоянный магнит. При вращении
якоря связанное с ним магнитное
поле пересекает витки неподвиж¬
ных катушек, вызывая возникно¬
вение в катушках индуктирован¬
ной ЭДС. Величина создаваемой
ЭДС зависит от скорости враще¬
ния якоря; например, в одном из
генераторов при вращении якоря
со скоростью 120 об/мин напря¬
жение на выводах генератора рав¬
но 6 в. По своей форме получае¬
мая ЭДС будет переменной
(близкой к синусоидальной), по¬
скольку под каждой из катушек
попеременно двигаются то север¬
ный, то южный полюса якоря и
направление силовых линий, пере¬
секающих витки катушек, перио¬
дически изменяется.
§ 7. Самоиндукция. Предположим, что по прямолинейному про¬
воднику проходит электрический ток. В момент включения тока
вокруг проводника возникнет магнитное поле. Схематически можно
представлять, что силовые линии поля возникают в самом провод¬
нике и затем постепенно расширяются. Следовательно, и сам про¬
водник будет пересекаться силовыми линиями и в нем будет наво¬
диться ЭДС самоиндукции. Согласно правилу Ленца полярность
ЭДС будет препятствовать причине, вызвавшей ее появление. Так
как в данном случае причиной возникновения ЭДС в проводнике
было прохождение тока по этому проводнику, то, чтобы воспрепят¬
ствовать прохождению тока, полярность ЭДС самоиндукции будет
противоположна полярности напряжения на концах проводника.
Наличие ЭДС самоиндукции приведет к тому, что ток после вклю¬
чения цепи не сразу достигнет своей величины, а будет нарастать
постепенно. Как только ток достигнет полной величины, магнитный
поток станет постоянным и ЭДС самоиндукции будет равняться
нулю.
При выключении тока в результате сокращения длины магнит¬
ных силовых линий также возникнет ЭДС самоиндукции. В этом
случае полярность индуктированной ЭДС будет препятствовать пре¬
кращению прохождения тока по проводнику, а ЭДС самоиндукции
будет способствовать продолжению прохождения тока в прежнем
Рис. 31. Схема устройства генера¬
тора переменного тока с ручным
приводом:
/—ручной привод; 2 — якорь генератора;
3 — неподвижные катушки
36
направлении. Следовательно, полярность ЭДС самоиндукции при
выключении цепи совпадает с полярностью напряжения на входе
цепи. Это приводит к тому, что после выключения цепи ток пре¬
кращается не сразу, а постепенно.
Явление самоиндукции проявляется не только при включении
или выключении цепи, но также и при любом изменении величины
тока, текущего по проводнику. При увеличении тока ЭДС самоин¬
дукции будет препятствовать этому увеличению. Следовательно,
полярность ЭДС самоиндукции будет противоположна полярности
напряжения на входе цепи. При уменьшении тока ЭДС самоиндук¬
ции будет стремиться поддержать в цепи ток прежней величины..
В этом случае полярность ЭДС будет совпадать с полярностью на¬
пряжения на входе цепи.
Явление самоиндукции ста- 1
новится особенно заметным при f
протекании тока не по прямо- /
линейному проводнику, а по катушке. На рис. 32 показана поляр¬
ность ЭДС самоиндукции при включении цепи постоянного тока
с катушкой (а) и при выключении такой же цепи (б). Величина
ЭДС самоиндукции будет зависеть от скорости изменения тока и
от коэффициента самоиндукции катушки, определяе¬
мого числом витков и размерами катушки.
Коэффициент самоиндукции (или индуктивность) катушки из¬
меряется в единицах, называемых генри (гн). Индуктивностью
в 1 гн обладает такая катушка, на зажимах которой возникает ЭДС
в 1 в при равномерном изменении величины тока на 1 а в 1 сек.
Существует и более мелкая единица для измерения индуктивно¬
сти — миллигенри (мгн), равная 0,001 гн.
При включении цепи с катушкой нарастание тока происходит
постепенно, причем скорость нарастания тока будет тем медленнее,
чем больше индуктивность катушки. При выключении цепи на за¬
жимах катушки возникает импульс напряжения, стремящийся под¬
держать ток прежней величины и прежнего направления. На рис. 33
показано изменение тока при включении и выключении цепи с Ка¬
тушкой и возникновение импульсов напряжения в моменты вклю¬
X
+
6
Рис. 32. Полярность ЭДС
самоиндукции при вклю¬
чении а и выключении
б цепи
Рис. 33. Графики тока и ЭДС само¬
индукции для цепи, изображенной
на рис. 32
37
чения и выключения цепи. При резком (почти мгновенном) прекра¬
щении тока в цепи импульс напряжения, возникающего на зажимах
катушки, может достигать очень большой величины, во много раз
превышающей величйну напряжения источника питания цепи, в ко¬
торую включена катушка.
Если через катушку пропускать переменный ток, то магнитный
поток, создаваемый током, будет все время изменяться; следова¬
тельно, в катушке будет постоянно возникать ЭДС самоиндукции,
препятствующая изменению тока. Действие ЭДС самоиндукции при
протекании через катушку переменного тока выражается в том, что
катушка будет оказывать прохождению переменного тока опреде¬
ленное сопротивление, называемое индуктивным. Величина ин¬
дуктивного сопротивления xL, выраженная в омах, подсчитывается
по следующей формуле:
xL = 2*fL, (20)
где я = 3,14; f — частота переменного тока в гц\ L—коэффициент
самоиндукции катушки в гн.
§ 8. Взаимоиндукция. Если в непосредственной близости друг от
друга расположить две катушки и пропускать через одну из них
электрический ток, то любые изменения этого тока будут вызывать
соответствующие изменения магнитного потока, пересекающего
витки второй катушки. Вследствие этого при изменениях тока в пер¬
вой катушке во второй катушке возникнет индуктированная ЭДС,
называемая ЭДС взаимоиндукции. Одновременно в первой
катушке будет наводиться ЭДС самоиндукции.
Явление взаимоиндукции значительно усилится, если обе ка¬
тушки расположить на общем железном сердечнике.
Величина ЭДС взаимоиндукции зависит от скорости изменения
тока в первой катушке и коэффициента взаимоиндукции, опреде¬
ляемого числом витков первой и второй катушек, размерами сер¬
дечника и химическим составом железа, из которого сделан сер¬
дечник.
Полярность ЭДС взаимоиндукции, возникающей во второй ка¬
тушке, будет определяться в зависимости от того, увеличивается
или уменьшается ток в первой катушке; при уменьшении тока
в первой катушке полярность ЭДС взаимоиндукции во второй
катушке станет противоположной той, которая возникает при уве¬
личении тока в первой катушке.
Если через первую катушку пропускать переменный ток, то во
второй катушке будет возникать переменная ЭДС.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется естественными и искусственными магнитами?
2. Что называется электромагнитом?
3. Объясните устройство телефона.
4. Объясните устройство электромеханического счетчика импульсов.
5. Объясните устройство генератора переменного тока с ручным приводом.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
§ 1. Устройство гальванического марганцево-цинкового эле¬
мента. В цепях войсковых дозиметрических приборов в качестве
источников питания обычно применяются гальванические
элементы и батареи, называемые химическими ис¬
точниками, так как в них вырабатывается
электрическая энергия за счет происходя¬
щих химических процессов.
Устройство гальванического марганцево¬
цинкового элемента, применяемого в вой¬
сковых дозиметрических приборах, схемати¬
чески представлено на рис. 34. Элемент
состоит из цинкового стакана, представляю¬
щего собой отрицательный электрод. Ста¬
кан внутри заполнен влажной пастой, со¬
держащей в себе водный раствор хлористо¬
го аммония (NH4C1). Внутри стакана рас¬
положен положительный электрод — уголь¬
ный токоотвод (стержень), помещенный в
марлевый мешочек, заполненный агломерат-
ной массой — смесью графитного порошка с
двуокисью марганца (Мп02). Снаружи
цинковый стакан защищен коробкой из
пропарафиненного картона. От угольного
стержня и цинкового стакана сделаны про¬
волочные выводы, при помощи которых эле¬
мент подключается к цепи.
Описанный элемент называется сухим,
так как химические процессы в нем проис¬
ходят за счет влаги, содержащейся в пасте,
и заливки воды внутрь элемента при его
эксплуатации не требуется.
§ 2. Химические процессы, происходящие
при работе марганцево-цинкового элемента.
Молекула хлористого аммония в водной
Рис. 34. Устройство галь¬
ванического марганцево¬
цинкового элемента:
1 — цинковый стакан (отрица¬
тельный электрод); 2 — влаж¬
ная паста; 3 — угольный то¬
коотвод (положительный элек¬
трод); 4 — марлевый мешочек
с агломератной массой; 5 —
коробка из пропарафиненного
картона; 6 — проволочные вы¬
воды
39
среде диссоциирует, распадаясь на отрицательный ион хлора
(С1~) и положительный ион аммония (NH4+). Хлор как типичный
металлоид имеет большое сродство с металлами, поэтому его отри¬
цательные ионы вступают в соединение с положительными ионами
цинка, образуя электрически нейтральные молекулы хлористого
цинка
2С1- + Zn++ -> ZnCl2,
оседающие пленкой на поверхности цинкового стакана. Соприка¬
саясь с водной средой, молекулы ZnCl2 диссоциируют, распадаясь
вновь на положительные ионы цинка и отрицательные ионы хлора.
Наряду с этим непрерывно происходит процесс воссоединения
ионов в электрически нейтральные молекулы. Устанавливается ди¬
намическое равновесие, результатом которого является удаление
из цинка некоторого количества положительных ионов. Следова¬
тельно, в цинковом стакане создастся избыток свободных электро¬
нов и цинк получит отрицательный электрический заряд. По мере
увеличения отрицательного заряда цинка движение отрицательных
ионов хлора к цинку прекратится, так как отрицательно заряжен¬
ный цинк будет отталкивать отрицательные ионы хлора. Нараста¬
ние отрицательного заряда на цинковом электроде прекратится,
дойдя до некоторой определенной величины, при которой действие
кулоновых сил отталкивания будет преодолевать действие сил,
определяемых химическим сродством хлора и цинка.
Анализируя описанные процессы, можно сделать вывод, что ве¬
личина отрицательного заряда цинкового электрода и соответ¬
ственно потенциал электрода будут определяться исключительно
физико-химическими процессами и не будут зависеть от размеров
электрода.
Положительные ионы аммония остаются в электролите, сооб¬
щив ему и погруженному в электролит угольному токоотводу по¬
ложительный заряд. Нейтрализация положительных ионов аммо¬
ния свободными электронами, находящимися в цинке, происходить
не будет, поскольку аммоний в данном процессе ведет себя как
типичный одновалентный щелочной металл (подобно положитель¬
ным ионам Na+и К+ в водных растворах NaCl и КС1), не облада¬
ющий сродством с цинком. Отрицательно заряженный цинковый
электрод, конечно, будет (по закону Кулона) притягивать к себе
положительные ионы аммония, но из-за отсутствия химического
сродства между NH4 и Zn на границе между этими веществами бу¬
дет создан своеобразный барьер, преодолевающий действие куло¬
новых сил и препятствующий положительным ионам аммония
приблизиться к цинку.
Накопление отрицательных зарядов в цинке и положительных
в электролите, а также в электрически соединенных с ним агломе-
ратной массе и угольном токоотводе создаст разность потенциалов
между выводами элемента. Если замкнуть внешнюю цепь, соеди¬
няющую между собой выводы элемента, то электроны, в избытке
накопившиеся на цинковом электроде, начнут по внешней цепи
40
двигаться к угольному токоотводу и отрицательный заряд цинко¬
вого электрода несколько уменьшится. При этом вновь возникнет
реакция между отрицательными ионами хлора и положительными
ионами цинка, стремящаяся поддержать величину отрицательного
заряда цинка. В свою очередь свободные электроны, попадая че¬
рез угольный токоотвод в агломератную массу и электролит, со¬
единятся с положительными ионами аммония:
NH+ + е~-у NH4 -> NH3 + Н.
Образующаяся молекула аммония распадается на молекулу ам¬
миака и атомарный водород, который в свою очередь может обра¬
зовать молекулы водорода:
Н + Н -> Н2.
Свободный водород (как атомарный, так и молекулярный)
вступает в реакцию с двуокисью марганца, составляющей основу
агломератной массы:
2Н + МпО, НХ> + МпО.
Роль Мп02 сводится к поглощению свободного водорода, кото¬
рый мог бы выделяться в виде пузырьков газа на поверхности
угольного токоотвода, электрически изолируя его от электролита и
тем самым резко увеличивая внутреннее сопротивление элемента.
Процесс поглощения свободного водорода двуокисью марганца
называется деполяризацией.
Молекулы воды будут соединяться с молекулами аммиака, об¬
разуя гидрат окиси аммония:
H20 + NH3^NH40H.
При работе элемента концентрация ионов N114+ и С1" в электро¬
лите уменьшается, а внутреннее сопротивление элемента возра¬
стает, что вызывает постепенное уменьшение разности потенциалов
на выводах элемента.
§ 3. Технические характеристики элемента. Гальванические эле¬
менты характеризуются следующими данными:
— электродвижущей силой;
— электрической емкостью;
— сроком хранения.
Электродвижущая сила для элементов описанного выше типа
равняется приблизительно 1,6 в.
Работа элемента не может продолжаться бесконечно долго.
При работе происходит постепенный разряд источника; его
внутреннее сопротивление растет, а напряжение на выводах умень¬
шается. Чем больше ток, потребляемый от элемента, тем быстрее
будет увеличиваться внутреннее сопротивление элемента и умень¬
шаться напряжение на его зажимах.
41
Электрической емкостью элемента называется коли¬
чество электричества, которое может быть получено от элемента
за все время его работы. Электрическая емкость определяется по
формуле
Q = Iptp \а X час], (21)
где /р—ток, потребляемый от элемента; tp—время работы эле¬
мента.
Например, если емкость элемента равна 8 а • час, то это озна¬
чает, что данный элемент при токе в 0,1 а может работать в тече¬
ние 8 :0,1 =80 час, при токе в 0,05 а — в течение 8 : 0,05 = 160 час
и т. д. Приведенные соотношения справедливы только для тех слу¬
чаев, когда ток, потребляемый от элемента, не превышает нормаль¬
ной величины разрядного тока для данного типа элемента.
Ток, получаемый от элемента, так же как и от любого другого
источника питания, зависит от сопротивления цепи, в которую
включен данный источник, и может быть определен по формуле
Ома (11). Исходя из этой формулы, можно определить, что наи¬
больший ток, который можно получить от данного источника пита¬
ния, не может превышать величины
/ = —
max г0 '
где Е — электродвижущая сила источника питания; г0 — его вну¬
треннее сопротивление.
Внутреннее сопротивление гальванических элементов достаточно
большое; его величина зависит от геометрических размеров эле¬
мента и составляет приблизительно от 0,5 до 5 ом.
Для определения годности элемента его напряжение следует
измерять только при включении элемента в замкнутую цепь при¬
мерно с таким же сопротивлением, которое имеет цепь прибора,,
для работы в которой предназначается данный элемент. Измерение
напряжения элементов, отключенных от цепей, будет давать завы¬
шенные результаты и не позволит определить годность источника.
§ 4. Последовательное и параллельное соединение элементов.
Элементы могут соединяться между собой последовательно или па¬
раллельно.
При последовательном соединении (рис. 35) общая
ЭДС группы соединенных элементов равна сумме ЭДС отдельных
элементов
^общ = Ei + Е2 + Es. (22)
Если соединены последовательно п элементов, каждый из кото¬
рых обладает электродвижущей силой Е, то общая ЭДС будет
равна
Еобш. = пЕ. (23)
Общее внутреннее сопротивление последовательно соединенных
элементов равно сумме внутренних сопротивлений отдельных эле¬
ментов или
/"общ = ЯГО. (24)
42
Электрическая емкость последовательно соединенных элементов
равна емкости одного элемента.
Параллельное соединение (рис. 36) допускается
только для элементов, обладающих совершенно одинаковой ЭДС и
одинаковым внутренним сопротивлением.
£.
Нг
'Еобщ
Рис. 35. Последовательное
соединение элементов
Рис. 36. Парал¬
лельное соедине¬
ние элементов
Рис. 37. Схема переключе¬
ния двух элементов парал¬
лельно и последовательно
При параллельном соединении общая ЭДС равна ЭДС одного
элемента:
Еобш. = Е1 = Е2. (25)
При параллельном соединении п элементов, каждый из которых
обладает внутренним сопротивлением г0, общее внутреннее сопро¬
тивление гоби1 будет равно
''общ = (26)
При параллельном соединении нескольких элементов общая
электрическая емкость Qo6ui увеличивается пропорционально числу
соединенных элементов:
Qo6m = «Q. (27)
где Q — емкость одного элемента; п — число элементов, соединен¬
ных параллельно.
В целях увеличения срока работы одного комплекта элементов
в некотооых дозиметрических приборах свежие элементы вначале
соединяют параллельно, при этом общее напряжение будет равно
напряжению одного элемента, а общая емкость увеличится вдвое.
По истечении некоторого срока, когда напряжение на выводах эле¬
ментов несколько снизится, элементы пересоединяют последова¬
тельно. В этом случае общее напряжение будет равно удвоенному
напряжению одного элемента. Перевод из параллельного в после¬
довательное соединение осуществляется переключением соедини¬
тельных проводников из положения, показанного на рис. 37 сплош¬
43
1
шщ
галетной
ной линиеи, в положение, показанное на том же рисунке пунк¬
тиром.
§ 5. Галетные батареи. Несколько элементов, соединенных
между собой и объединенных общей упаковкой, называются б а-
т а р е е й.
Для питания цепей дозиметрических приборов в основном ис¬
пользуются батареи галетного типа, обладающие малыми га¬
баритами. Конструкция галетных
батарей схематически изображена
на рис. 38. Батарея состоит из ряда
последовательно соединенных эле¬
ментов. Каждый элемент, имеющий
форму галеты, состоит из цинковой
пластины и агломератной массы,
между которыми проложена картон¬
ная прокладка, пропитанная элек¬
тролитом. Элементы соединены
хлорвинильным кольцом.
Химические процессы в галетной
батарее аналогичны описанным
выше процессам в элементе.
ЭДС батареи равняется произве¬
дению ЭДС одного элемента на чис¬
ло последовательно соединенных
элементов.
У некоторых батарей делается
несколько выводов от разного коли¬
чества последовательно соединенных элементов. На рис. 39 пока¬
зана схема одной из таких батарей. Подключая цепь к различным
выводам батареи, можно получать на входе цепи различные на¬
пряжения (от 1,6 до 13 в).
§ 6. Маркировка элементов и батарей. В принятой в настоящее
время системе маркировки элементов и батарей обозначают:
— первые цифры — ЭДС батареи в вольтах;
— следующие за этими цифрами четыре или три буквы — тип
источника (например, ПМЦГ—
приборная марганцево-цинко¬
вая галетная);
— следующая цифра — ем¬
кость батареи в ампер-часах;
— в марках некоторых ис¬
точников указываются нор¬
мальные температурные усло¬
вия, для которых предназначен
данный источник (например,
X — хладостойкий — для рабо¬
ты при температуре от —40° до +40° С; У — универсальный
работы при температуре от —40° до +60° С).
Рис. 38. Устройство
батареи:
1 — цинковая пластина; 2 — агломератная
масса; 3 — картонная прокладка, пропи¬
танная электролитом; 4—хлорвинильное
кольцо
11,6
||
3.2
■I
8
11
||
1
13
||
ч
IM
1
1[-' 1| »| ” 1
ч
1
•I
е+
Ркс. 39. Схема батареи, имеющей не¬
сколько выводов для получения различ¬
ных напряжений
ДЛЯ
44-
Например, марка 87-ПМЦГ-0,15 означает: приборная марганце¬
во-цинковая галетная батарея, ЭДС = 87 в, электрическая ем¬
кость— 0,15 а-час.
В табл. 2 приведены некоторые данные элементов и батарей,
используемых в настоящее время в войсковых дозиметрических
приборах.
Таблица 2
Данные элементов и батарей, используемых в войсковых
дозиметрических приборах
Марка
ЭДС, в
Емкость,
а ■ час
Срок хранения,
месяцы
1,6-ПМЦ-8
1,6
8
18
1,6-П МП-1,05
1,6
1,05
8
13-АМЦГ-0.5
13
0,5
12
87-ПМЦГ-0,15
87
0,15
12
100-ПМЦГ-0.05
100
0,05
12
Как видно из таблицы, емкости батарей очень малы, поэтому
при эксплуатации необходимо предотвращать возможность бы¬
строго разряда батарей. В частности, необходимо выключать при¬
боры немедленно после окончания измерений, а при хранении тща¬
тельно изолировать концы выводов и не допускать даже кратковре¬
менного замыкания между собой оголенных выводов.
Ограниченность срока хранения химических источников опреде¬
ляется возможностью высыхания пасты, содержащей водный рас¬
твор хлористого аммония. При хранении батарей необходимо ис¬
ключать возможность преждевременного высыхания пасты (на¬
пример, не следует хранить химические источники питания в поме¬
щениях с высокой температурой).
На рис. 40 показан внешний вид некоторых химических источ-
Рис. 40. Внешний вид элементов и батарей, применяемых в войсковых
дозиметрических приборах
45
ников питания, применяемых в войсковых дозиметрических при¬
борах.
§ 7. Щелочные кадмиево-никелевые аккумуляторы. Гальваниче¬
ские элементы и батареи являются источниками питания одно¬
кратного действия; после того как их емкость израсходована, эле¬
менты и батареи должны заменяться свежими.
Аккумуляторы представляют собой химические источники
питания многократного действия. После разряда они могут быть
вновь заряжены и использованы для питания электрических цепей.
При правильной эксплуатации аккумуляторы выдерживают не¬
сколько тысяч зарядов и разрядов, не требуя замены.
Кадмиево-никелевые щелочные аккумуляторы устроены следу¬
ющим образом (рис. 41). В сосуд, залитый электролитом, помеща¬
ются две группы пластин. Электролитом служит водный раствор
едкого калия (КОН) или едкого натра (NaOH). Пластины изго¬
товляются в виде пакетов из тонкой стали, имеющей отверстия; ,
внутренность пакета заполняется активной массой. В качестве
активной массы положительных пластин используется гидрат оки¬
си никеля (Ni(OH)3) с добавлением порошкообразного графита.
Активная масса отрицательных пластин состоит из смеси порошко¬
образного железа (Fe) и кадмия (Cd).
В аккумуляторе происходят следующие физико-химические про¬
цессы:
— положительные ионы Fe++ и Cd++ из активной массы от¬
рицательной пластины переходят в электролит; вследствие удале¬
ния положительных ионов пластина приобретает отрицательный
заряд;
— в электролите ионы Fe++ соединяются с ионами ОН-, об¬
разующимися в результате диссоциации молекул КОН или NaOH
на положительные ионы К+ или Na + и
отрицательные ионы ОН ~; образуется
гидрат закиси железа
Fe++ + 20Н- Fe (ОН)2;
— положительные ионы К+ (или
Na+) протекают в положительную пла¬
стину и сообщают ей положительный за¬
ряд, нейтрализуясь со свободными элек¬
тронами активной массы пластины;
атомы К (или Na) вступают в следую¬
щую реакцию с веществом активной
массы:
2Ni (ОН)3 + 2К -* 2Ni (ОН), + 2КОН.
В результате описанных процессов между пластинами возни¬
кает разность потенциалов, что дает возможность использовать
аккумулятор в качестве источника постоянного напряжения. При
прохождении тока активные массы обеих пластин переходят в гид-
+
—
""! КОН или NaOH+HzO j~
-5! 1
5Г1 СО
®-1
a 1 |«
Рис. 41. Схема устройства
щелочного кадмиево-нике-
левого аккумулятора
46
раты закисей металлов Fe(OH)2 и Ni(OH)2, в результате чего вос¬
становление зарядов на пластинах прекращается — аккумулятор
постепенно разряжается.
После разряда аккумулятор для восстановления емкости необ¬
ходимо зарядить, для чего через аккумулятор пропускают постоян¬
ный ток от какого-либо источника питания, например от генерато¬
ра постоянного напряжения.
При заряде в аккумуляторе происходят следующие физико-хи¬
мические процессы:
— положительные ионы К+ (или Na+) присоединяют к себе
электроны с пластины, соединенной с отрицательным полюсом ис¬
точника зарядного тока, и, нейтрализуясь, вступают в следующую
реакцию с гидратом закиси железа, образовавшимся при разряде
в активной массе отрицательной пластины:
2К. + Fe (ОН), -> Fe + 2КОН;
— отрицательные ионы ОН- отдают по одному электрону ак¬
тивной массе положительной пластины, соединейной с положи¬
тельным полюсом источника зарядного тока и, нейтрализуясь, всту¬
пают в следующую реакцию с гидратом закиси никеля:
20Н + 2Ni (ОН)3 -> 2№ (ОН)3.
Следовательно, при заряде активные массы обеих пластин вос¬
станавливаются и аккумулятор становится вновь пригодным в ка¬
честве источника питания.
ЭДС одного аккумулятора равняется приблизительно 1,35 в.
Аккумуляторы могут соединяться между собой последователь¬
но, образуя аккумуляторные батареи. Маркировка аккумулятор¬
ных батарей состоит из следующих условных знаков:
— первый знак (цифра)- показывает число аккумуляторов, со¬
единенных последовательно;
— второй знак (три буквы) показывают тип батареи;
— третий знак (цифра) показывает емкость аккумулятора в
ампер-часах.
Например, условное обозначение 5-НКН-45 означает, что бата¬
рея состоит из пяти последовательно соединенных накальных кад¬
миево-никелевых аккумуляторов емкостью 45 а • час.
Преимуществом аккумуляторов, кроме возможности многократ¬
ного использования, является также длительность хранения и очень
незначительный саморазряд. Однако аккумуляторы по сравнению с
сухими батареями обладают большим весом и габаритами, что
несколько затрудняет их использование в портативных полевых
дозиметрических приборах. В настоящее время аккумуляторные
батареи применяются для питания стационарных дозиметрических
приборов, используемых в госпиталях и радиометрических лабора¬
ториях.
47
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройство гальванического марганцево-цинкового элемента.
2. Вычертите схемы последовательного и параллельного соединения источников
питания.
3. Объясните устройство галетной батареи.
4. Перечислите основные типы элементов и батарей, применяемых в войсковых
дозиметрических приборах.
5. Объясните устройство щелочного кадмиево-никелевого аккумулятора.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
§ 1. Постоянные сопротивления. Сопротивления обычно пред¬
ставляют собой небольшие керамические стержни, на боковой по¬
верхности которых нанесен по винтовой линии тонкий токопрово¬
дящий слой из графита, обладающий сопротивлением определен¬
ной величины. С наружной стороны токопроводящий слой покры¬
вается защитным слоем краски. С токопроводящим слоем соедине¬
ны выводы, при помощи которых сопротивление впаивается в
схему. На поверхности со¬
противления указывается ве¬
личина сопротивления в омах
(килоомах, мегомах), допу¬
стимая неточность величи¬
ны сопротивления в про¬
центах и номинальная мощ¬
ность рассеивания в ваттах. Рис. 42. Устройство керамического
Схематическое устройство сопротивления:
л / — керамика; 2 — токопроводящий слой; 3 — слой
КбраМИЧеСКОГО сопротивле- краски;* — выводы
ния показано на рис. 42.
Величины сопротивлений, применяемых в схемах дозиметри¬
ческих приборов, весьма различны и колеблются от нескольких
омов до десятков гигаом.
Под номинальной мощностью рассеивания понимается мощ¬
ность, которая, теряясь на сопротивлении, вызывает нагрев сопро¬
тивления не более чем до 90° С (при температуре окружающего
воздуха +40° С). Зная номинальную мощность рассеивания Р
и величину сопротивления R, можно определить предельно допу¬
стимую величину тока /пр для данного сопротивления:
^ = 1/тг- W
Предположим, что сопротивление имеет величину 47 ком, номи¬
нальная мощность рассеивания 0,25 вт. Тогда предельно допусти¬
мый ток для данного сопротивления будет равен
AiP = 47000 = ),/7 188000 = ^5,3-10 6 = 2,3 -10 3 а = 2,3 ма.
4—1176
49
Если через даййое сопротивление пропускать ток, превышаю¬
щий 2,3 ма, то графитный слой перегреется и сопротивление вый¬
дет из строя.
В схемах дозиметрических приборов сопротивления использу¬
ются главным образом'для создания разности потенциалов между
двумя точками цепи.
В цепях дозиметрических
приборов применяются также
гасящие сопротивления. Пред¬
положим, что на зажимах
источника создается напряже¬
ние U1, а к потребителю необ¬
ходимо подать напряжение U2,
причем U2 должно быть мень¬
ше U\. Следовательно, избыток
напряжения U\ — U2 необхо¬
димо погасить на сопротивлении, включаемом в цепь (рис. 43). Ве¬
личину сопротивления в данном случае следует подсчитать по фор¬
муле Ома. Если сопротивление потребителя равно R, а искомая ве¬
личина гасящего сопротивления г, то падение напряжения на со¬
противлении г должно быть равно
Ir = Ul — Ui.
В свою очередь
Решив оба уравнения относительно г, получим
г = R (29)
С/г
Например, для гашения напряжения с величины Ui = 1,5 в до
величины U2 — 1 в величина гасящего сопротивления должна быть
равна половине сопротивления потребителя.
§ 2. Переменные сопротивления. Переменными называются со¬
противления, величину которых можно регулировать в определен¬
ных пределах.
Конструктивно переменные сопротивления состоят из керамиче¬
ского основания, на которое в форме дуги нанесена графитовая по¬
лоска определенного сопротивления. В некоторых типах перемен¬
ных сопротивлений графитовая полоска заменена проволочной
спиралью. Один зажим цепи присоединяется к концу полоски, вто¬
рой— к ползунку, могущему передвигаться вдоль графитовой по¬
лоски. Перемещение ползунка вызывает изменение длины полоски,
включенной в цепь, и соответственно величины вводимого в цепь
сопротивления. Таким образом, перемещая ползунок, можно регу¬
лировать величину сопротивления при работе цепи без ее выклю¬
Рис. 43. Включение гасящего сопро¬
тивления
50
Рис. 44. Устройство пере¬
менного сопротивления:
/ — керамическое основание;:
2 — графитовая полоска; 3 —
ползунок; 4 — зажимы цепи
чения. Схематически устройство переменного сопротивления пока¬
зано на рис. 44.
Ось ползунка обычно выводится на переднюю панель дозиме¬
трического прибора, в схеме которого работает данное переменное
сопротивление. Вращая ось, дозиметрист при подготовке дозиме¬
трического прибора к работе устанавливает
требуемый режим соответствующих цепей. 3
В некоторых случаях переменные сопро¬
тивления расположены внутри корпуса при¬
бора и их регулировка производится или на
заводе, перед выпуском прибора, или при
ремонте.
§ 3. Схемы для регулировки величины
тока и напряжения. В дозиметрической
аппаратуре переменные сопротивления ис¬
пользуются в качестве реостатов или потен¬
циометров.
Реостаты предназначаются для регу¬
лировки величины тока в цепи и представ¬
ляют собой переменные сопротивления,
включаемые последовательно в один из со¬
единительных проводов цепи между источ¬
ником питания и потребителем (рис. 45).
В схемах дозиметрических приборов движок реостата обычно
соединяется с одним из концов графитовой полоски. Это делается
для того, чтобы случайное нарушение контакта между ползунком
и полоской не вызвало разрыва цепи, в которую включен данный
реостат.
Величина сопротивления реостата должна выбираться соизме¬
римой с величиной сопротивления потребителя, подключенного к
выходу цепи.
Если величина сопротивления реостата г будет слишком малой
по сравнению с сопротивлением потребителя R, то изменение со¬
противления реостата не будет оказы¬
вать ощутимого влияния на величину
тока в цепи. Если же величина г будет
во много раз превосходить величину
сопротивления R, то пользование рео¬
статом станет неудобным: незначитель¬
ное смещение движка вызовет резкое
изменение величины тока в цепи.
В дозиметрической аппаратуре при¬
меняются различные реостаты, обла¬
дающие сопротивлением от несколь¬
ких ом до нескольких мегом. При малых сопротивлениях графито¬
вая полоска в конструкции реостата заменяется проволочной спи¬
ралькой, также располагаемой в форме дуги; движок скользит по
поверхности спиральки.
Регулируя величину тока в цепи, реостаты осуществляют также
Рис. 45. Схема включения
реостата
4*
51
и регулировку напряжения на выходе цепи. При включении рео¬
стата напряжение на выходе цепи будет равно
^вых = ^">
где иш— напряжение на входе цепи; /г — падение напряжения
на реостате.
Однако такой метод использования реостатов допустим толь¬
ко в замкнутых цепях, по которым постоянно протекает ток.
В разомкнутых цепях применение реостата не даст никакого ре¬
зультата: ввиду отсутствия тока (1 — 0) падение напряжения на
реостате (1г) составит нуль и напряжение на выходе цепи при лю¬
бом положении движка реостата будет равно напряжению на вхо¬
де (^вых = ^вх — 0)- Если в какой-либо цепй напряжение на вы¬
ходе не зависит от положения движка реостата, то это является
признаком того, что данная цепь разомкнута.
Потенциометры предназначаются для регулирования на¬
пряжения в разомкнутых цепях или в цепях, по которым проте¬
кают очень малые токи.
Конструктивно потенциометры представляют собой такие же
переменные сопротивления, как и реостаты.
Схема включения потенциометра в цепь изображена на рис. 46.
Ток от источника питания постоянно протекает через все сопротив¬
ление потенциометра. Потенциометром регулируется напряжение во
второй цепи, вход которой подключен к движку и к одному из за¬
жимов сопротивления потенциометра (точки А и В). Таким обра¬
зом, напряжением входа для второй цепи будет являться падение
напряжения на участке потенциометра А — В, равное
Uab — !г лв<
где /— ток, протекающий по потенциометру; гАВ—сопротивление
участка потенциометра, с которого снимается падение напря¬
жения.
Перемещая движок вдоль сопротивления потенциометра, мож¬
но плавно регулировать напряжение, подаваемое на вход второй
цепи, от нуля до максимальной величины, равной разности потен¬
циалов на зажимах сопротивления (точки Л и С). При положении
движка в точке С с потенциометра будет сниматься наибольшее
падение напряжения; при перемещении движка в точку А снимае¬
мое падение напряжения упадет до нуля.
При использовании потенциометров следует иметь в виду два
обстоятельства:
— сопротивление потенциометра должно быть достаточно ве¬
лико; если это сопротивление будет незначительным, то от источ¬
ника питания, подключенного к потенциометру, будет потребляться
большой ток, что приведет к быстрому разряду источника;
— сопротивление потребителя, включенного в цепь, напряже¬
ние которой регулируется при помощи потенциометра, должно
быть значительно больше сопротивления участка потенциометра,
52
к которому подключена данная цепь; в противном случае ток от
источника будет протекать главным образом не по потенциоме¬
тру, а по подключенной цепи, в силу чего величина падения на¬
пряжения на участке потенциометра изменится и условия регули¬
рования напряжения в цепи будут нарушены.
§ 4. Делители напряжения. В некоторых случаях для питания
одной и той же цепи при разных условиях работы требуются раз¬
личные напряжения. Например, в одном случае для питания цепи
требуется напряжение 200 в, а в другом случае для питания той
Рис. 46. Схема включения Рис. 47. Схема делителя напря-
потенциометра жения
же цепи — 20 в. Можно было бы применить два различных источ¬
ника питания, подключая их к цепи при помощи переключателя, но
это привело бы к эксплуатационным неудобствам. Поэтому для
получения различных напряжений от одного источника применяют
делители напряжения, позволяющие получать как полное
напряжение, так и требующуюся его часть.
Одна из схем делителя напряжения изображена на рис. 47. Ток
от источника питания постоянно протекает по трем последователь¬
но соединенным сопротивлениям: R\, R2 и R3, которые и представ¬
ляют собой делитель напряжения. Величина тока в цепи в данном
случае будет равна
1=, %
Ri + Ri + R3 ’
где U—напряжение на выходе источника, питающего делитель.
Протекая по сопротивлениям, ток на каждом из них будет соз¬
давать падение напряжения:
Ui = IRi = U-Ri + + R3; U2 — IR2 — U R^ + R* + Л-;
и. = /я, = и Rl
R\ 4- Ri + R3
Подбирая соответствующие величины сопротивлений, можно
получить на каждом из сопротивлений (или на группе сопротивле¬
53
ний) требуемое падение напряжения. Например, если ток / = 0,4 ма
протекает по последовательно соединенным сопротивлениям
R] = 3 ком, R2 = 47 ком и /?3 = 430 ком, то падение напряжения
на двух сопротивлениях R\ и R2 будет равно
Uu 2 = 0,4 • 10-3 (3 + 47) • 103 = 20 в.
Падение напряжения на всех трех сопротивлениях будет равно
Uu а. з =0,4 • 10-3 (3 + 47 + 430) • 103 =192 в.
При положении переключателя «1» (рис. 47) точка А будет
иметь потенциал fA, равный
<рд = — /(/?, + Ro) = — 20 в.
При положении переключателя «2» точка А будет иметь потен¬
циал, равный
<рд = — / (Rt -(- R2 + Rs).= — 192 в.
Таким образом, переключая переключатель в положение «1»
или «2», благодаря делителю напряжения можно получать от од¬
ного источника два различных напряжения: 20 в или 192 в.
С течением времени источник питания, питающий делитель, бу¬
дет разряжаться и напряжение на его выводах уменьшаться. Соот¬
ветственно будет уменьшаться ток в цепи делителя и падение на¬
пряжения, снимаемое с делителя. Для поддержания постоянства
падения напряжения, снимаемого с делителя, последовательно с со¬
противлениями R1, R2 и R3 включается реостат г, позволяющий из¬
менять ток в цепи делителя и соответственно величины падения на¬
пряжения на сопротивлениях делителя. Пока источник дает доста¬
точно большое напряжение, сопротивление реостата должно быть
введено в цепь делителя; при разряде источника питания и умень¬
шении напряжения на его выводах сопротивление реостата посте¬
пенно уменьшают, поддерживая этим постоянство тока в цепи де¬
лителя, в данном случае равного
г -Ь R\ -f* •+■ R3 1
где Uо—напряжение на зажимах источника питания.
Поддержание постоянной величины тока обеспечит и постоян¬
ство падений напряжения, снимаемых с делителя.
В некоторых случаях в цепь делителя вместо постоянных со¬
противлений могут быть включены потенциометры; перемещение
движка потенциометра позволит производить плавную регулировку
величины снимаемого падения напряжения.
В том случае, если падение напряжения, снимаемое с дели¬
теля, используется для питания второй цепи (рис. 48), необходимо,
чтобы величина внешнего сопротивления Ri цепи, питаемой от де¬
лителя, была значительно больше сопротивления Ri, с которого
54
снимается падение напряжения. В противном случае сопротивле¬
ние R2 будет производить шунтирование сопротивления делите¬
ля Ru в результате чего распределение потенциала вдоль цепи
делителя изменится и величина падений напряжения на сопротив¬
лениях делителя будет резко меняться при изменениях сопротив¬
ления цепи, питаемой от делителя.
Сопротивления, используемые в делителях напряжения, обычно
имеют величину порядка килоом или мегом. Это необходимо для
того, чтобы ток, протекающий по цепи делителя, был сравнитель¬
но мал (порядка десятых долей миллиампера и менее) и не вызы¬
вал быстрого разряда источников питания. Учитывая большие ве-
Рис. 48. Питание цепи от
делителя напряжения
-II-
Ркс. 49. Схема устройства кбнден-
сатора
личины сопротивлений, применяемых в делителях, от делителей це¬
лесообразно питать или разомкнутые цепи, или цепи с очень боль¬
шим внешним сопротивлением.
§ 5. Назначение и устройство конденсаторов. Конденсато¬
ром называется устройство, предназначенное для накопления
электрических зарядов. Простейший конденсатор состоит из двух
металлических пластин (рис. 49), разделенных диэлектриком (ке¬
рамикой, слюдой, воздухом и др.).
Если конденсатор подключить к источнику питания, то электро¬
ны, в избытке накопившиеся на отрицательном полюсе источника,
устремятся на ту пластину конденсатора, которая соединена с от¬
рицательным полюсом источника. На этой пластине возникнет из¬
быток свободных электронов, т. е. пластина получит отрицатель¬
ный электрический заряд. Вследствие этого в результате действия
кулоновых сил будет происходить «вытеснение» свободных элек¬
тронов со второй пластины конденсатора, соединенной с положи¬
тельным полюсом источника; на второй пластине образуется недо¬
статок свободных электронов, т. е. вторая пластина получит поло¬
жительный заряд. Следовательно, на пластинах конденсатора про¬
изойдет накопление разноименных электрических зарядов, а ме¬
жду пластинами возникнет разность потенциалов.
55
Конденсаторы, применяемые в дозиметрической аппаратуре,
различаются по емкости, наибольшему рабочему напряжению и
конструкции.
В цепях дозиметрических приборов применяются конденсаторы,
имеющие емкость от нескольких пикофарад до долей микрофарады.
Емкость конденсатора прямо пропорциональна площади пластин и
обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
Под наибольшим рабочим напряжением конденсатора пони¬
мается напряжение, которое безопасно для данного конденсатора в
отношении диэлектрического слоя, разделяющего пластины. Если
к конденсатору приложить напряжение, превышающее наибольшее
рабочее напряжение, то диэлектрик может быть пробит и конден¬
сатор выйдет из строя.
C,,v
41
41
С,; v
Рис. 50. Устройство керамического Рис. 51. Параллельное сое-
конденсатора: динение конденсаторов
I — керамическая трубочка; 2 — токопроводящие
слои; 3 — слой краски
В дозиметрических приборах часто применяются керамические
конденсаторы, устройство которых схематически изображено на
рис. 50. Керамический конденсатор представляет собой керамиче¬
скую трубочку, внешняя и внутренняя поверхности которой покры¬
ты токопроводящим слоем. Диэлектриком между поверхностями,
являющимися пластинами конденсатора, служит стенка трубочки.
На внешней поверхности конденсатора, покрытой краской, указы¬
вается емкость в пикофарадах или микрофарадах.
Применяются также электролитические конденсаторы, облада¬
ющие значительной емкостью при сравнительно небольших габа¬
ритах. Особенностью электролитических конденсаторов является
полярность включения: положительный полюс источника подклю¬
чается к электроду в центре корпуса конденсатора, а отрицатель¬
ный — к корпусу. При неправильном подключении электролитиче¬
ский конденсатор может выйти из строя. По этой же причине
электролитические конденсаторы нельзя применять в цепях пере¬
менного тока.
§ 6. Параллельное и последовательное соединение конденса¬
торов. Несколько конденсаторов можно соединять между собой
параллельно и последовательно.
При параллельном соединении (рис. 51) общая ем¬
кость будет равна сумме емкостей соединенных между собой кон¬
денсаторов:
Со01ц == Cj + С2. (30)
56
Напряжение между пластинами первого конденсатора будет
равно напряжению между пластинами второго конденсатора:
их = иг
При последовательном
соединении (рис. 52) общая ем¬
кость соединенных между собой кон¬
денсаторов уменьшается и будет
равна
С0бщ = с, + С,'
Общее напряжение, приложенное к обоим последовательно со¬
единенным конденсаторам, распределяется между обоими конден¬
саторами обратно пропорционально емкости каждого из них:
§ 7. Процессы, происходящие при заряде конденсаторов. Если
конденсатор подключить к источнику постоянного напряжения, то
конденсатор зарядится. Напряжение между пластинами конденса¬
тора будет быстро возрастать и достигнет напряжения источника.
Нарастание напряжения на конденсаторе изменяется во времени
в соответствии со следующей формулой:
ие = и( \—е~Ж), (33)
где ис—напряжение на конденсаторе; U — напряжение источ¬
ника, к которому подключен конденсатор; R — сопротивление цепи
заряда в ом\ С — емкость конденсатора в ф\ t—время, прошед¬
шее с момента подключения конденсатора к источнику питания,
в сек\ е — основание натуральных логарифмов (равно 2,718...).
В начальный момент по цепи от источника к конденсатору бу¬
дет протекать ток заряда, величина которого равна
В дальнейшем величина зарядного тока начнет снижаться, по¬
скольку напряжение на конденсаторе будет возрастать, а величина
тока заряда определяется разностью между напряжением источ¬
ника и противодействующим ему напряжением на конденсаторе.
Изменение тока заряда конденсатора во времени выражается сле¬
дующей формулой:
i3 = I0e~™.
На рис. 53 показаны схема цепи заряда конденсатора и гра¬
фики тока и напряжения при заряде.
57
*~1Г? -*■
Рис. 52. Последовательное соеди¬
нение конденсаторов
Произведение RC называется постоянной времени цепи
заряда и обозначается буквой т. Можно считать, что конденсатор
практически полностью зарядится за время, равное 5т = 5/?С.
В цепях заряда конденсаторов величины R и С обычно бы¬
вают такими, что время заряда конденсатора исчисляется долями
секунды. Например, конденсатор емкостью С = 390 пф при за¬
ряде через сопротивление /? = 900 ком зарядится за время Т:
^ = 1,755 -10-*=; 0,002 сек.
Г = 5т = 5RC = 5-900- 10s-
При подключении конденсатора к источнику постоянного на¬
пряжения по цепи пройдет кратковременный импульс тока заряда.
После того как напряжение на конденсаторе сравняется с напря¬
жением источника, т. е. конденсатор зарядится, прохождение тока
по цепи прекратится.
Рис. 53. Графики тока
и напряжения при
заряде конденсатора
Рис. 54. Графики тока
и напряжения при
разряде конденсатора
§ 8. Процессы, происходящие при разряде конденсаторов. Если
заряженный конденсатор отключить от источника, то конденсатор
останется заряженным. В заряженном конденсаторе будет происхо¬
дить явление саморазряда, т. е. заряд конденсатора начнет посте¬
пенно уменьшаться за счет токов утечки через диэлектрик, разде¬
ляющий пластины конденсатора. Чем выше диэлектрические ка¬
чества конденсатора, тем меньше проявляется саморазряд.
Чтобы разрядить заряженный конденсатор, необходимо соеди¬
нить проводником его пластины; напряжение на конденсаторе бу-
деть уменьшаться. Уменьшение напряжения на конденсаторе во
времени выражается следующей формулой:
uc = U0e~™,
58
где Uo — напряжение на конденсаторе в начале разряда; R— со¬
противление цепи разряда конденсатора в ом\ С — емкость кон¬
денсатора в ф\ Ь — время, прошедшее с момента начала разряда,
в сек\ е—основание натуральных логарифмов.
В начальный момент разряда по цепи будет протекать ток, ве¬
личина которого равна
г -На
0 R '
В дальнейшем величина тока начнет снижаться, поскольку напря¬
жение на конденсаторе в процессе разряда будет уменьшаться.
Изменение тока разряда во времени выражается следующей фор¬
мулой:
I
a RC
i == __2. р
R е
На рис. 54 показана схема цепи разряда конденсатора и гра¬
фики тока и напряжения при разряде.
Можно считать, что конденсатор практически полностью раз¬
рядится за время Т, равное 5 RC. Если сопротивление цепи раз¬
ряда достаточно велико, то разряд конденсатора произойдет
постепенно в течение более или менее длительного времени.
Если конденсатор разряжается неизменным по величине то¬
ком /, то количество электричества, накопленного на пластинах
конденсатора, будет изменяться на величину AQ, определяемую
по формуле
где t—время протекания постоянного тока /, разряжающего кон¬
денсатор.
Так как напряжение на конденсаторе U связано с его заря¬
дом Q и емкостью С формулой (7), то изменение напряжения AU
будет равно
аи С С-
При разряде конденсатора током, неизменным по величине,
уменьшение напряжения на конденсаторе прямо пропорционально
величине разрядного тока и времени его протекания. Например,
если ток разряда конденсатора / = 0,36 - 10 ~6 мка, то в течение
одного часа заряд конденсатора уменьшится на
AQ = 0,36 -10-12- 3600= 1300-10~12 к.
Если емкость данного конденсатора С = 390 пф, то напряжение
на конденсаторе за один час уменьшится на
1300-10—
390-10 ~12 ’
59
§ 9. Процессы, происходящие при перераспределении заряда
между конденсаторами. Если к заряженному конденсатору с ем¬
костью Ci и напряжением Ux подключить второй конденсатор с ем¬
костью С2 и напряжением (рис. 55), то произойдет перераспре¬
деление электрического заряда между конденсаторами. Если
Ui <С ^2. то часть заряда второго конденсатора перетечет к пер¬
вому конденсатору, т. е. второй конденсатор частично разрядится,
а первый дозарядится; в конце процесса на обоих конденсаторах
установится одинаковое напряжение U.
Ci —
i/i +
-Сг
+ щ
— v
с, == v,
Рис. 55. Схема, поясняющая
перераспределение заряда
между двумя конденсаторами
Рис. 56. Емкостный де¬
литель напряжения
Заряд первого конденсатора может быть подсчитан по формуле
Qi — UiCi, заряд второго конденсатора — по формуле Q2=t/2CS.
Суммарный электрический заряд обоих конденсаторов будет равен
Q — Qi Q> — UiCj + £/2С2.
Так как суммарная емкость обоих конденсаторов при их парал¬
лельном соединении равна Соб1д =Ci-t-C2, то напряжение U, ко¬
торое установится на каждом из параллельно соединенных кон¬
денсаторов, будет равно
U\C\ -Ь и~('■>
u= —
С
С\ ч- с$
Предположим, что конденсатор, имеющий емкость С i =
= 2100 пф, заряжен до напряжения U\ = 1,2 в и к нему подклю¬
чается конденсатор, имеющий емкость С2 — 390 пф и напряжение
U2 — 20 в. После перераспределения заряда между конденсато¬
рами на каждом из них установится напряжение
U= их
С,
С, + С2 ' ^-Ci+C, 2490
= 1,02 + 3,14 = 4,16 в.
= 12^-° + 20^ =
> 9dQn ~ 2490
§ 10. Емкостный делитель напряжения. Группа из нескольких
последовательно соединенных конденсаторов может быть исполь¬
зована в качестве делителя напряжения.
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 56. Схема состоит
из двух последовательно соединенных конденсаторов С\ и С2, под¬
ключенных к источнику постоянного напряжения U. Очевидно, при
60
этом каждый из конденсаторов зарядится. Конденсатор С\ заря¬
дится до напряжения Uu а конденсатор С2— до напряжения U2.
Величины напряжений £/, и U2 могут быть определены из следую¬
щих условий:
1. Сумма напряжений Ui и U2 равна напряжению источника U,
т. е.
2. Заряд конденсатора С\ равен заряду конденсатора С2, т. е.
Решая эти уравнения как два уравнения с неизвестными U\
и U2, получим выражения для этих напряжений в следующем виде:
Из этих выражений видно, что путем подбора величин емко¬
стей Ci и С2 можно получить требуемые значения напряжений
U, и Uг.
§ II. Конденсатор в цепи переменного тока. При подключении
конденсатора к источнику переменного напряжения периодические
изменения заряда на одной из пластин вызывают соответствующие
изменения заряда на второй пластине и по цепи будет протекать
переменный ток. Не следует, однако, полагать, что прохождение
переменного тока через конденсатор представляет собой переме¬
щение электронов с одной пластины конденсатора на другую пла¬
стину через диэлектрик, разделяющий обе пластины. При нормаль¬
ной работе конденсатора никакого движения электронов через
диэлектрик происходить не должно. Увеличение числа электронов
на одной пластине вызывает по закону Кулона «вытеснение» соот¬
ветствующего количества электронов со второй пластины. Таким
образом, перемещение электронов по части цепи, подключенной
к одной пластине, вызовет соответствующее перемещение электро¬
нов по части цепи, подключенной ко второй пластине. Так будет
осуществляться прохождение переменного тока через конденсатор.
Конденсатор будет оказывать прохождению переменного тока
сопротивление определенной величины, называемое емкостным
сопротивлением. Величина емкостного сопротивления под¬
считывается по формуле
где хс—емкостное сопротивление конденсатора в ом\ /— частота
переменного тока в гц\ С — емкость конденсатора в ф.
Ux + U2 = U.
i/,C, = U2C2.
(34А)
(34)
•*с~ 2*/С
(35)
61
§ 12. Трансформаторы и дроссели. Трансформатор пред¬
ставляет собой устройство, предназначенное для повышения или
понижения переменного напряже¬
ния.
о Схематическое изображение
* трансформатора показано на
W2 рис. 57.
i Трансформатор состоит из двух
катушек на общем железном
сердечнике. При подключении
Рис. 57. Устройство одн„ой Л из катушек - п е р в и ч-
трансформатора нои обмотки — к источнику пе¬
ременного напряжения по ней будет
протекать переменный ток, создающий в железном сердечнике пе¬
ременный магнитный поток. При этом на зажимах второй катуш¬
ки — вторичной обмотке — возникнет переменная ЭДС взаи¬
моиндукции. Соотношение между напряжением, приложенным к
первичной обмотке и\, и величиной ЭДС во вторичной обмотке е2
может быть приблизительно определено по формуле
где w 1 — число витков первичной обмотки; w2 — число витков вто¬
ричной обмотки.
Wi
Отношение ~ — К называется коэффициентом транс¬
формации. Если Wi < w2 и К <С 1, то ЭДС вторичной обмотки
будет в —jy- раз больше напряжения, приложенного к первичной
обмотке. Если wt^>w2, то коэффициент трансформации будет
больше единицы и ЭДС вторичной обмотки будет в К раз меньше
напряжения, приложенного к первичной обмотке. В первом случае
трансформатор повышает напряжение, во втором — понижает.
В трансформаторах, применяемых в дозиметрических прибо¬
рах, может быть не одна, а несколько вторичных обмоток,
отличающихся числом витков. Это позволяет получать от одного
трансформатора различные по величине ЭДС.
В сердечнике трансформатора при протекании тока по вторич¬
ной обмотке возникают два магнитных потока: первый (основной)
магнитный поток Ф1 создается током первичной обмотки, второй
Ф2 — током вторичной обмотки. Второй магнитный поток имеет
направление, противоположное потоку Фь и поэтому является
размагничивающим, т. е. ослабляющим действие основного маг¬
нитного потока. Результирующий магнитный поток в сердечнике
трансформатора будет равен разности магнитных потоков Ф1 и Ф2:
Ф0 = Ф,— Ф2.
Если магнитный поток Ф1 пропорционален току первичной об-
62
моТки Л, а магнитный поток Ф2 — току вторичной обмотки /2, то
результирующий магнитный поток Фо будет прямо пропорциона¬
лен разности:
где К — коэффициент трансформации.
При наличии тока во вторичной обмотке ЭДС вторичной об¬
мотки будет определяться скоростью изменения результирующего
магнитного потока Фо.
При подключении трансформатора к источнику постоянного
тока по первичной обмотке будет протекать постоянный ток, в ре¬
зультате чего в сердечнике возникнет постоянный магнитный по¬
ток. При этом никакой ЭДС во вторичной обмотке возникать не
будет. Лишь в момент включения и выключения цепи первичной
обмотки на зажимах вторичной обмотки возникнут кратковремен¬
ные импульсы напряжения. При резком прекращении тока в пер¬
вичной обмотке могут возникнуть значительные импульсы напря¬
жения на первичной и вторичной обмотках трансформатора.
В схемах дозиметрических приборов наиболее характерны два
случая использования трансформаторов:
1. Для повышения переменного напряжения. Например, генера¬
тор с ручным приводом вырабатывает переменное напряжение 6 в.
При помощи трансформатора это напряжение может быть повы¬
шено до 400 в.
2. Для создания значительных импульсов напряжения при рез¬
ком прекращении (блокинге) тока в первичной обмотке.
Если по первичной обмотке трансформатора протекает пульси¬
рующий ток, представляющий собой, как известно, сумму постоян¬
ной и переменной составляющих, в создании
ЭДС во вторичной обмотке будут участвовать
только переменные составляющие пульсирую- а
щего тока. Это обстоятельство позволяет приме¬
нять трансформаторы для выделения из пульси¬
рующего тока его переменных составляющих.
Дроссели представляют собой катушки
с железным сердечником или без сердечника. 6
Схематическое изображение дросселя показано Рис 5а схемати_
на рис. 58. ческое изобра ке-
Дроссели включаются в цепь в тех случаях, ние дросселя:
когда необходимо увеличить индуктивное сопро- а - без железного сер-
у-г J J дечника; б — с желез-
тивление цепи. Предположим, что по цепи проте- Ным сердечником
кает пульсирующий ток, график которого
изображен на рис. 59. Для переменной составляющей этого тока
дроссель будет представлять собой значительно большее сопротив¬
ление, чем для постоянной составляющей, так как дроссель обла¬
дает большим индуктивным сопротивлением (для постоянной
составляющей это сопротивление равно нулю). Таким образом,
включение дросселя позволит существенно уменьшить величину пе¬
63
ременной составляющей пульсирующего тока и тем самым сгладить
Пульсацию, приблизив ток по форме к постоянному.
ЛУЧ/4
а
t
Рис. 59. График тока, поясняю¬
щий сглаживание пульсации:
а — пульсирующий ток; б — ток с
уменьшенной пульсацией
Рис. 60. Включение дросселя
в цепь при помощи автомати¬
ческого гнезда
В цепи некоторых дозиметрических приборов включаются те¬
лефоны, однако допускается работа как с телефонами, так и без
телефонов. Чтобы при выключении телефона общее сопротивление
цепи не изменило своей величины, в цепь вместо телефонов вклю¬
чается дроссель, сопротивление которого равно сопротивлению те¬
лефона. Подключение дросселя происходит автоматически при
отключении телефона при помощи специального штепсельного
гнезда (рис. 60).
1. Объясните конструкцию постоянных и переменных сопротивлений.
2. Для чего применяются реостаты?
3. Для чего применяются потенциометры?
4. Вычертите схему и объясните работу делителя напряжения на сопротивле¬
ниях.
5. Что такое конденсатор?
6. Объясните процессы, происходящие при заряде конденсаторов.
7. Объясните процессы, происходящие при разряде конденсаторов.
8. Вычертите схему и объясните работу емкостного делителя напряжения.
9. Что такое трансформаторы и для чего они применяются?
10. Что такое дроссели и для чего они применяются?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ГЛАВА ШЕСТАЯ
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Устройство магнитоэлектрического микроамперметра по¬
стоянного тока. Для измерения электрических величин (тока, на¬
пряжения, сопротивления) применяются электроизмери¬
тельные приборы. Первый в мире электроизмерительный
прибор был создан в 1752 г. великим русским ученым М. В. Ломо¬
носовым в содружестве с Г. В. Рихманом.
Электроизмерительные приборы по своему назначению разде¬
ляются на приборы для измерения величины тока — амперме¬
тры, напряжения — вольтметры и сопротивления — ом¬
метры. Приборы, предназначенные для измерения слабых токов
(порядка микроампер), называются микроамперметрами.
В войсковых дозиметрических
приборах чаще всего применяют¬
ся микроамперметры постоянного
тока магнитоэлектриче¬
ского типа. Конструкция таких
приборов схематически показана
на рис. 61. В магнитном поле, со¬
здаваемом сильным постоянным
магнитом, располагается легкая
алюминиевая рамка с обмоткой,
через которую протекает измеряе¬
мый ток. Рамка может вращать¬
ся вокруг неподвижного цилин¬
дрического железного сердечни¬
ка, предназначенного для обеспе¬
чения однородности магнитного
поля между полюсными наконеч¬
никами магнита. При протекании
через обмотку тока вокруг рамки
создается магнитное поле, кото¬
рое, взаимодействуя с магнитным
полем постоянного магнита, стре¬
мится повернуть рамку по часовой
Рис. 61. Устройство магнито¬
электрического прибора:
7 — постоянный магнит; 2 — рамка с обмот¬
кой; 3 — железный сердечник; 4 - пружина
5-1176
65
стрелке. Возникающий при этом вращающий момент будет зави¬
сеть от величины тока, протекающего по обмотке рамки. Угол
поворота рамки от нейтрального положения (изображено на ри¬
сунке), определяемый взаимодействием вращающего момента
рамки и тормозящего момента пружины, удерживающей рамку
в нейтральном положении, прямо пропорционален току, протекаю¬
щему через обмотку на рамке. С рамкой жестко соединена стрелка,
которая при повороте рамки также отклоняется от своего нейтраль¬
ного (нулевого) положения на соответствующее количество деле¬
ний по шкале. Шкала прибора градуируется таким образом, что по
ней можно непосредственно отсчитать величину тока, протекающего
через прибор. Обычно нуль шкалы расположен у крайней левой
точки шкалы, где находится стрелка в тех случаях, когда ток через
прибор не протекает. При наличии тока стрелка отклоняется вправо
от нуля. В отдельных случаях микроамперметры имеют специаль¬
ную конструкцию — при отсутствии тока стрелка устанавливается
в крайнем правом положении и при работе отклоняется справа
налево.
Магнитоэлектрические приборы могут быть использованы толь¬
ко для измерения постоянного тока. Приборы непосредственно мо¬
гут использоваться для измерения тока (или напряжения) только
такой величины, которая не превышает максимального значения,
указанного на шкале прибора. Например, если в конце шкалы ми¬
кроамперметра указано «150», то это означает, что данный при¬
бор можно непосредственно включать лишь в такие цепи, где ве¬
личина тока не превышает 150 мка. В том случае, если величина
тока, протекающего через прибор, будет больше 150 мка, обмотка
прибора может перегореть, и прибор выйдет из строя.
§ 2. Схемы включения приборов для измерения тока. Приборы,
предназначенные для измерения тока (амперметры, микроампер¬
метры), включаются в цепь измеряемого тока последовательно
(рис. 62).
В тех случаях, когда один и тот же прибор должен быть ис¬
пользован для измерения токов различных величин, параллельно
прибору в цепь подключается сопротивление строго определенной
величины, называемое шунтом (рис. 63). При включении шунта
через прибор пройдет не весь измеряемый ток, а лишь определен-
Рис. 62. Схема включения
амперметра
Ркс. 63. Схема включе¬
ния шунта к микроам¬
перметру
66
пая его часть. Если сопротивление шунта, например, в девять раз
меньше сопротивления прибора, то через прибор пройдет только
'/ю часть измеряемого тока. Чтобы определить истинную величину
измеряемого тока, показания ми¬
кроамперметра в этом случае
надлежит умножить на десять.
Если сопротивление шунта в
99 раз меньше сопротивления
прибора, то показания прибора
следует умножать на сто и т. д.
Предположим, что микроам¬
перметр рассчитан для измерения
токов до 50 мка. Если к такому Рис. 64. Схема включения вольт-
прибору подключить шунт, сопро- метров
тивление которого равно */ю со¬
противления микроамперметра, то после этого данный микроампер¬
метр можно использовать для измерения токов до 500 мка. Таким
образом, применение шунтов позволяет измерять приборами токи,
значительно превосходящие максимальные величины, указанные на
шкале прибора. В этих случаях приборы включаются в цепь не не¬
посредственно, а через шунт.
§ 3. Схемы включения приборов для измерения напряжений.
Конструкции приборов, предназначенных как для измерения тока,
так и для измерения напряжения, совершенно одинаковы; отли¬
чия между ними заключаются только в схеме включения и в вели¬
чине внутреннего сопротивления приборов.
Вольтметр подключается параллельно к тому участку цепи, на¬
пряжение на котором требуется измерить. На рис. 64 показано
подключение двух вольтметров, один из которых (V\) измеряет
напряжение на выводах источника питания, а другой (F2) —паде¬
ние напряжения на сопротивлении R.
При измерении напряжения прибор фактически измеряет ток,
проходящий через него, но поскольку измеряемый ток прямо про¬
порционален разности потенциалов точек, к которым подключается
вольтметр, шкала прибора может быть отградуирована непосред¬
ственно в вольтах. Поясним это по схеме, изображенной на
рис. 64. Ток /„, протекающий через прибор Vi, согласно формуле
Ома будет равен
<Р! — <ра
п г >
' П
где ф!—ф2 — разность потенциалов на сопротивлении; гп — вну¬
треннее сопротивление прибора, т. е. постоянная для данного при¬
бора величина.
Таким образом, ток /п прямо пропорционален разности потен¬
циалов ф! — ф2, и шкала прибора может быть отградуирована
в вольтах.
Необходимо, чтобы внутреннее сопротивление вольтметра га
было во много раз больше сопротивления R, падение напряжения
5*
67
на котором измеряется. Если внутреннее сопротивление вольт¬
метра будет меньше сопротивления R, то ток в основном пойдет
не через сопротивление R, а через шунтирующий его вольтметр.
Следовательно, уменьшится падение напряжения, создаваемое то¬
ком на сопротивлении R. Подключение прибора в этом случае из¬
менит условия работы цепи: подключив вольтметр, мы изменим
величину падения напряжения на сопротивлении R и, следова¬
тельно, не сможем измерить то падение напряжения, которое соз¬
давалось до включения вольтметра. Поэтому чем больше вели¬
чина сопротивления R, тем больше должно быть и внутреннее со¬
противление вольтметра, измеряющего падение напряжения на со¬
противлении R.
Подобно тому как в микроамперметрах для расширения преде¬
лов измерения применяются шунты, подключаемые параллельно
к прибору, в вольтметрах для расширения пределов измерения
применяются дополнительные сопротивления, под¬
ключаемые к прибору последовательно (рис. 65). При этом зависи¬
мость между током, текущим через прибор, и измеряемой раз¬
ностью потенциалов будет определяться по формуле
j _ ?1~ Ъ
гп + ^доп.
Применение шунтов и добавочных сопротивлений в различных
комбинациях позволяет использовать один и тот же прибор для
измерения различных токов и напряжений. Такие комбинирован¬
ные схемы включения измерительных приборов очень часто при¬
меняются в дозиметрической аппаратуре.
Рис. 65. Схема вклю¬
чения дополнитель¬
ного сопротивления
к вольтметру
§ 4. Омметры. Приборы для измерения величины сопротивле¬
ний— омметры—применяются главным образом при ремонте до¬
зиметрической аппаратуры.
Упрощенная схема омметра приведена на рис. 66. Омметр со¬
стоит из чувствительного микроамперметра, соединенного последо¬
вательно с источником питания и реостатом г. Перед началом из¬
мерений выводы омметра соединяются непосредственно между со¬
бой, и при помощи реостата устанавливается определенная наи¬
большая величина тока, протекающего через прибор. Стрелка при¬
68
бора при этом отклоняется до конца шкалы, что соответствует ну¬
левому значению измеряемого сопротивления. Затем прибор соеди¬
няется последовательно с измеряемым сопротивлением Rx. Из фор¬
мулы Ома следует, что величина тока, протекающего через при¬
бор, зависит от величины сопротивления Йл:
г + Rx'
поэтому шкалу омметра можно отградуировать непосредственно
в омах.
При пользовании омметром необходимо иметь в виду следующее:
— шкала омметра неравномерная: в начале шкалы величине
в 1 ом соответствуют значительно большие деления, чем в конце
шкалы; следовательно, наибольшую точность показаний омметр
дает в начале шкалы;
— нуль шкалы расположен не слева, как у большинства элек¬
троизмерительных приборов, а справа, и стрелка при измерениях
отклоняется не слева направо, а справа налево.
§ 5. Комбинированные приборы. Для ремонтных целей приме¬
няются также комбинированные приборы, представляющие
собой один измерительный прибор, который путем соответствую¬
щих переключений может быть использован как миллиамперметр
(микроамперметр), вольтметр и омметр с различными пределами
измерений. Такие комбинированные приборы называются а в о-
метрами (ампер-вольт-омметрами) или тестерами.
§ 6. Определение цены деления шкалы. При пользовании лю¬
бым электроизмерительным прибором необходимо прежде всего
правильно определить цену деления шкалы, под которой
понимается отношение всего диапазона измерений данного^ при-
6qpa к числу делений шкалы. Для этого необходимо подсчитать
число делений по шкале прибора и диапазон измерений разделить
на число делений. Например, шкала тестера ТТ-1 имеет 50 деле¬
ний. Следовательно, если прибор используется как миллиампер¬
метр на 100 ма, цена деления будет равна = 2 ма\ если при¬
бор используется как вольтметр на 1000 в, цена деления будет
•ООО on
равна ~50-= 20 в и т. п.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройство микроамперметра магнитоэлектрического типа.
2. Для чего применяются шунты?
3. Для чего применяются добавочные сопротивления к вольтметрам?
4. Вычертите схемы включения амперметра и вольтметра.
5. Объясните принцип действия омметра.
6. Как можно определить цену деления шкалы?
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
§ 1. Понятие об электронной эмиссии. Электроникой на¬
зывается область физики, изучающая движение свободных элек¬
тронов в вакууме, газах и полупроводниках.
Основу электронной техники составляют различные элек¬
тронные приборы, в которых, во-первых, образуются сво¬
бодные электроны и, во-вторых, создается упорядоченный поток
свободных электронов под действием сил электрических полей.
Для уяснения принципа действия электронных приборов необ¬
ходимо изучить способы, применяемые для того, чтобы свободные
электроны могли выйти из пределов вещества в окружающее про¬
странство.
В металлах всегда имеется большое количество свободных
электронов, совершающих беспорядочные движения в между-
атомных пространствах и обладающих некоторой энергией, опре¬
деляемой температурой металла. Чем выше температура металла,
тем больше энергия свободных электронов. При нормальной тем¬
пературе эта энергия недостаточна для того, чтобы электроны
могли покинуть металл и вылететь за его пределы, так как элек¬
троны удерживаются внутри металла кулоновыми силами притя¬
жения положительных ионов, составляющих основу кристалличе¬
ской решетки. Если сообщить электронам некоторую дополнитель¬
ную энергию, необходимую для увеличения скорости их движения
и могущую преодолеть силу притяжения положительных ионов, то
электроны начнут вылетать за пределы металла и металл, следо¬
вательно, будет испускать свободные электроны. Явление испу¬
скания свободных электронов называется электронной
эмиссией.
Дополнительную энергию, которую необходимо сообщить
электронам для того, чтобы возникло явление электронной эмис¬
сии, называют работой выхода. Величина работы выхода
зависит от того, из какого металла сделано тело, эмитирующее
(испускающее) электроны,
70
В табл. 3 приведены величины работы выхода для некоторых
металлов.
Таблица 3
Величина работы выхода металлов
Работа выхода, эв
Платина .
Железо .
Вольфрам
Медь . .
Алюминий
Барий . .
Цезий . .
5,32
4,72
4,60
4,26
4,23
2,52
1,81
Во всех электронных приборах используется явление электрон¬
ной эмиссии, необходимое для того, чтобы получить свободные
электроны, покинувшие пределы вещества и вылетающие в окру¬
жающее пространство. В зависимости от способа, используемого
для сообщения электронам дополнительной энергии, различаются
следующие виды электронной эмиссии: термоэлектронная, фото¬
электронная, автоэлектронная и вторичная.
Работа электронных ламп основана на использовании явления
термоэлектронной эмиссии.
2. Термоэлектронная эмиссия. Термоэлектронной эмис¬
сией называется испускание свободных электронов нагретым
металлом.
В электронных приборах термоэлектронная эмиссия осущест¬
вляется следующим образом. Тонкая металлическая нить (обычно
из вольфрама) нагревается пропускаемым через нее электриче¬
ским током. При нагреве нити до температуры порядка 2500° С ско¬
рости свободных электронов в металле возрастают с величины
порядка 100 км/сек (скорости электронов при нормальной темпе¬
ратуре) до величины порядка 1200 км/сек. При таких скоростях
электроны начинают вылетать из пределов металла в окружаю¬
щее пространство, образуя вокруг поверхности металла так на¬
зываемое электронное облачко. При возникновении электронного
облачка происходит непрерывный обмен свободными электронами
между металлом и электронным облачком: свободные электроны
вылетают из металла и попадают в облачко, часть же электронов
из облачка возвращается в металл.
При данной температуре нагрева металла электронное облачко
имеет определенные размеры и суммарный электрический заряд
определенной величины. Непрерывного увеличения размеров облач¬
ка и количества содержащихся в нем электронов происходить не
будет, так как наличие отрицательного электрического заряду
облачка будет препятствовать вылету электронов из металла.
я
Для повышения экономичности электронных приборов необхо¬
димо принимать меры для уменьшения работы выхода, что позво¬
лит обеспечить эмиссию электронов в требуемом количестве при
меньшем расходе энергии на нагрев металла. Значительное умень¬
шение работы выхода достигается в случае применения акти¬
вированных поверхностей, т. е. поверхностей металла, покры¬
тых тонким слоем щелочного или щелочно-земельного металла
(Cs, Th, Ва и др.). Атомы металла активного слоя легко отдают
свои электроны атомам основного металла, в результате чего на
поверхности металла образуется тонкий положительно заряжен¬
ный активный слой, который будет притягивать электроны и спо¬
собствовать вылету электронов из металла в окружающее про¬
странство. Если работа выхода вольфрама (см. табл. 3) равна
4,60 эв, то при нанесении на поверхность вольфрама одноатомного
слоя тория работа выхода уменьшается до 2,63 эв.
Уменьшение работы выхода позволяет понизить температуру
металла, при которой начинает наблюдаться явление термоэлек¬
тронной эмиссии, с 2000—2500° до 700—900° С и тем самым су¬
щественно снизить расход энергии на нагревание металла.
§ 3. Фотоэлектронная, автоэлектронная и вторичная эмиссии.
Фотоэлектронной эмиссией называется испускание сво¬
бодных электронов освещаемым металлом. Лучи видимого или
ультрафиолетового света, падая на поверхность металла, отдают
свою энергию электронам. Если эта энергия превышает работу
выхода, то электроны покидают пределы металла — возникнет яв¬
ление фотоэлектронной эмиссии.
Автоэлектрон ной эмиссией называется вырывание
электронов из холодного металла под действием электрического
поля. Она наблюдается при больших напряженностях электриче¬
ского поля, достигающих. 106 в/см.
Вторичная эмиссия электронов наблюдается при бом¬
бардировке поверхности металла потоком электронов, при этом
с поверхности бомбардируемого металла может вылетать поток
электронов, называемых «вторичными». Направление потока вто¬
ричных электронов противоположно направлению потока основ¬
ных электронов, вызывающих возникновение вторичной эмиссии.
В различных электронных приборах для получения свободных
электронов используются все виды электронной эмиссии. Электрон¬
ная эмиссия может возникать и тогда, когда для работы данного
прибора она нежелательна; в таких случаях необходимо принимать
меры для предотвращения подобных явлений.
§ 4. Создание упорядоченного потока свободных электронов.
Для создания упорядоченного движения свободных электронов не¬
обходимо воздействовать на них силами электрического поля.
Рассмотрим основные закономерности движения свободного
электрона между двумя электродами (рис. 67). Предположим, что
вокруг поверхности отрицательного электрода создано электронное
облачко, Электроны из облачка будут двигаться под действием
72
силы F, которая прямо пропорциональна напряженности электриче¬
ского поля Е, но направлена к положительному электроду.
Если между электродами создан глубокий вакуум и электрон
на своем пути не испытывает соударений с атомами среды, то
электрон под действием силы F будет совершать
ускоренное движение, не теряя на соударения +
своей энергии. За время движения от точки с по¬
тенциалом ф! до точки с потенциалом ф2 кинети¬
ческая энергия электрона возрастет на величину
Е = е( ?1 —<р2).
с
Ь
где е — заряд электрона. ^ ^ ^ ^ ^
Прирост энергии электрона за время пути
между двумя точками с разностью потенциа- |"Р—~
лов U вольт будет равен U электронвольт. Если
начальная скорость электрона равнялась нулю,
то скорость, приобретенная им в этом случае, рис. 67. Движение
будет равна электронов в элек-
У=600 VU [км/сек]. (37) трическ'ом поле
Формула (37) имеет ограниченное применение и действительна
лишь для движения электронов со скоростями, не превышающими
десятков тысяч километров, т. е. для напряжений не более десят¬
ков тысяч вольт.
Предположим, что пространство между электродами заполнено
газом. В этом случае под действием сил поля электрон увеличи¬
вает свою кинетическую энергию, затем происходит соударение
электрона с атомом газа, в результате чего энергия электрона
уменьшится. После соударения вновь происходит наращивание
электрона до следующего соударения и т. д. Электроны за единицу
пути приобретают значительно меньшую энергию, чем при движе¬
нии в глубоком вакууме. Поэтому, если необходимо разогнать
электроны до больших скоростей, не прибегая к значительному
увеличению напряжения между электродами, внутри электронного
прибора необходимо создать вакуум.
Движение ионов также определяется силами электрического
поля, но направление движения положительных ионов будет про¬
тивоположно направлению движения электронов. Скорость дви¬
жения ионов, обладающих массой, в несколько тысяч раз превы¬
шающей массу электронов, значительно меньше скорости движения
электронов. Кроме того, при отдельных соударениях с атомами
газа ионы вследствие своей большой массы передадут атомам зна¬
чительную долю своей энергии. Передача энергии от иона к атому
(при отдельном столкновении) будет значительно большей, чем
передача энергии от электрона к атому. Из-за этого при равном на¬
пряжении между электродами и при равном давлении газа, запол¬
няющего промежуток между электродами, скорость движения ио¬
нов будет на несколько порядкор ниже, чем скорость движения
Свободных электронов,
73
§ 5. Общий принцип устройства электронных ламп. Из различ¬
ных электронных приборов наиболее широкое применение имеют
электронные лампы, представляющие собой баллон, обыч¬
но стеклянный, внутри которого создается глубокий вакуум (дав¬
ление порядка 10~7 — 10~ъ мм рт. ст.). В баллоне размещаются
электроды, имеющие выводы через стенки баллона; при помощи
выводов осуществляется подключение ламп к схеме.
По числу электродов лампы разделяются на следующие типы:
— двухэлектродные, или диоды;
— трехэлектродные, или триоды;
— четырехэлектродные, или тетроды;
— пятиэлектродные, или пентоды.
Один из основных электродов, называемый катодом, служит
для испускания свободных электронов. Второй электрод, называе¬
мый анодом, служит для притя¬
гивания свободных электронов, ис¬
пускаемых катодом; для этого анод
должен иметь положительный по¬
тенциал по отношению к катоду.
В электронных лампах, имеющих
три и более электродов, кроме като¬
да и анода, могут быть и другие
электроды, предназначаемые для
управления электронным потоком
или для устранения нежелательных
явлений, возникающих при работе
лампы.
§ 6. Устройство катодов элек¬
тронных ламп. Катод обычно
представляет собой тонкую вольфра¬
мовую нить, поверхность которой покрыта активным слоем. Нить
имеет форму букв «Л» или «М» (рис. 68). Пружинки в верхней
части нити предназначены для того, чтобы удерживать нить в на¬
тянутом состоянии. Для нагрева катода к его выводам присоеди¬
няется источник питания.
Через катод протекает ток, называемый током накала. Цепь,
по которой протекает ток накала, называется цепью накала.
Описанный катод называется катодом прямого накала,
так как ток накала протекает непосредственно по катоду. В некото¬
рых типах электронных ламп применяются подогревные ка¬
тоды (или катоды косвенного накала).
Подогревный катод (рис. 69) представляет собой тонкую кера¬
мическую трубку, внутри которой помещена спираль, нагреваемая
протекающим по ней током накала. Собственно катодом является
вольфрамовый цилиндр с нанесенным на его поверхности активным
слоем. Цилиндр нагревается от спирали и испускает свободные
электроны.
Подогревные катоды более прочны в механическом отношении,
устойчивы при тряске (например, при движении на автомашине
74
Рис- 68. Формы катодов прямого
накала
или бронетранспортере), благодаря тепловой инерции допускают
питание переменным током, но потребляют значительно большую
мощность, чем катоды прямого накала.
Для накала катодов ламп, применяющихся в войсковых дози¬
метрических приборах, обычно требуется напряжение поряд¬
ка 1 в, обеспечивающее величину тока накала порядка 20 ма.
В качестве источника питания чаще всего применяют элемент
1,6-ПМЦ, дающий напряжение на выводах (в начале разряда)
около 1,5 в. Чтобы приложить к катоду напряжение 1 в, в цепь на¬
кала включается реостат («Реостат накала»), при помощи
которого напряжение регулируется и поддерживается постоянным.
Обычно дозиметрист производит регулировку напряжения на¬
кала в процессе подготовки дозиметрического прибора к работе.
Измерительный прибор в этом случае подключается к зажимам ка¬
тода и служит вольтметром, измеряющим напряжение, приложен¬
ное к катоду. Вращая ось реостата накала, дозиметрист добивается
Тон
накала
Рис. 69. Устройство подо¬
гревного катода:
/ — керамическая трубка; 2—спираль;
3 — вольфрамовый цилиндр; 4 — активный
слой
Рис. 70. Схема цепи
накала:
/ — нить накала; 2 — источ¬
ник питания (элемент
1,6-ПМЦ); 3 — реостат на¬
кала
того, чтобы стрелка измерительного прибора совместилась с отмет¬
кой на шкале, соответствующей нормальному напряжению накала.
Прикладывать к катоду повышенное напряжение недопустимо, так
как это резко сократит срок службы лампы и вызовет ошибки в по¬
казаниях дозиметрического прибора. Схема цепи накала лампы,
имеющего катод прямого накала, показана на рис. 70.
В некоторых электронных лампах применяются катоды, разде¬
ленные на две половины (см. рис. 68,6). При использовании обеих
половин катода источник питания цепи накала подключается к точ¬
кам Л и С. Предположим, что в этом случае величина нормаль¬
ного напряжения накала будет составлять 2 в. Если по условиям
работы лампы можно использовать только одну половину катода,
то источник питания накала присоединяется к точкам А и В и нор¬
мальная величина напряжения накала будет равна 1 в.
§ 7. Устройство анодов электронных ламп. Анод представляет
собой цилиндр из тонкого листового никеля, окружающий со всех
сторон катод.
75
Чтобы анод притягивал свободные электроны, испускаемые ка¬
тодом, к аноду присоединяется положительный полюс анодной ба¬
тареи; отрицательный полюс батареи соединяется с катодом.
В электронных лампах, применяемых в дозиметрических при¬
борах, величина анодного напряжения составляет от нескольких
вольт до нескольких десятков вольт; величина анодного тока обыч¬
но не превышает 100—150 мка. В качестве анодных батарей чаще
всего используют батареи 13-АМЦГ и 87-ПМЦГ.
В ряде приборов в анодную цепь включается реостат, служа¬
щий для поддержания нормального анодного напряжения. Регули¬
ровка анодного напряжения при помощи этого реостата произво¬
дится в процессе подготовки дозиметрического прибора к работе.
Рис. 71. Схема анодной цепи для лампы Рис. 72. Схема анодной
с катодом прямого накала цепи для лампы с подо¬
гревным катодом
Схема включения анодной батареи для ламп, имеющих катоды
прямого накала, показана на рис. 71. По участку схемы, обозна¬
ченному буквами А и В, одновременно будут протекать два тока —
накала и анодный.
Схема включения анодной батареи для ламп с подогревными
катодами показана на рис. 72. Цепи накала и анода в случае приме¬
нения ламп с подогревным катодом разобщены и по участку схемы,
обозначенному буквами А и В, протекает только анодный ток.
§ 8. Двухэлектродная лампа. Простейшая из электронных
ламп — двухэлектродная лампа, или диод — имеет только два
электрода: катод и анод (рис. 71 и 72).
Схема включения диода состоит из двух цепей: цепи накала и
анодной цепи. В цепь накала включен источник питания Б„ для
создания тока накала. Ток накала, протекая через катод, нагре¬
вает металл катода; возникает явление термоэлектронной эмиссии
и вокруг накаленного катода возникает электронное облачко.
К аноду присоединяется положительный полюс анодной бата¬
реи Ба; отрицательный полюс батареи Ба через корпус прибора
соединен с катодом. В лампе между катодом и анодом создается
электрическое поле. Положительно заряженный анод притягивает
электроны из электронного облачка. Убыль электронов из электрон¬
ного облачка немедленно пополняется электронами, испускаемыми
76
нагретым катодом. В лампе между катодом и анодом возникаем
упорядоченный поток свободных электронов. Попав на анод, элек¬
троны движутся по анодной цепи к положительному полюсу анод¬
ной батареи; от отрицательного полюса батареи через корпус при¬
бора и участок цепи накала электроны перемещаются на катод,
восполняя в нем убыль электронов. Таким образом, анодная цепь
оказывается замкнутой через лампу; в анодной цепи возникает
анодный ток.
Если изменить полярность включения анодной батареи — под¬
ключить к аноду отрицательный полюс, а к катоду — положитель¬
ный, то отрицательно заряженный анод будет не притягивать, а от¬
талкивать электроны. Поток электронов внутри лампы прекратится,
анодная цепь станет разомкнутой, и анодный ток будет равен
нулю. Следовательно, диод обладает односторонней проводимо¬
стью — он пропускает ток только тогда, когда на анод подан поло¬
жительный потенциал. Односторонняя проводимость диода исполь¬
зуется для преобразования переменного тока в постоянный.
§ 9. Анодная характеристика диода. Величина анодного тока
диода зависит от величин напряжения накала и анодного напря¬
жения. Предположим, что напряжение накала остается постоян¬
ным, а анодное напряжение постепенно увеличивается от нуля.
При увеличении анодного напряжения все большее число электро¬
нов притягивается анодом; следовательно, анодный ток возрастает.
При росте анодного напряжения до определенной величины все
электроны, испускаемые катодом, будут достигать анода. Дальней¬
шее увеличение анодного напряжения уже не будет вызывать ро¬
ста анодного тока, который достиг своего наибольшего значения,
называемого током насыщения. Кривая, показывающая за¬
висимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном
напряжении накала, называется анодной характеристи¬
ке й лампы (рис. 73).
Рис. 73. Анодная характеристика Рис. 74. Схема выпрямителя на диоде
диода
§ 10. Ламповый выпрямитель. Двухэлектродная лампа находит
применение в схемах выпрямителей, предназначенных для преоб¬
разования переменного напряжения в постоянное.
Схема простейшего лампового выпрямителя показана на рис. 74.
Она состоит из трансформатора Тр, двухэлектродной лампы J1, со¬
77
противления нагрузки R и конденсатора С. Первичная обмотка
трансформатора подключается к источнику переменного напряже¬
ния, вторичная — в анодную цепь лампы. Соотношение чисел вит¬
ков вторичной и первичной обмоток трансформатора выбирается
в соответствии с требуемой величиной постоянного напряжения;
чем больше эта величина, тем больше и соотношение числа витков.
Переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки транс¬
форматора, подается на участок анод —катод лампы. Поскольку
диод обладает односторонней проводимостью, ток в анодной цепи
протекает только тогда, когда на анод диода подается положи¬
тельный потенциал.
В анодной цепи диода протекает импульсный ток. Во время про¬
хождения импульса конденсатор С заряжается. Во время пауз
между импульсами заряженный конденсатор будет разряжаться
через сопротивление R. Через диод он разряжаться не может, так
как диод в течение паузы заперт. При заданном значении сопро¬
тивления R емкость конденсатора С подбирается такой величины,
чтобы в промежуток времени между паузами конденсатор не успел
сколько-нибудь значительно разрядиться. При этом условии напря¬
жение на конденсаторе будет возрастать, и по истечении некото¬
рого времени, когда количество электричества, получаемого кон¬
денсатором за время импульса, станет равно количеству электри¬
чества, стекаемого с конденсатора за время паузы через сопротив¬
ление R, на этом сопротивлении установится практически постоян¬
ное (слегка пульсирующее) напряжение. Пластина конденсатора,
подключенная к катоду лампы, будет иметь положительный заряд,
а противоположная пластина — отрицательный.
Для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения меж¬
ду конденсатором и сопротивлением нагрузки может быть включен
фильтр, состоящий из дросселя (или сопротивления) и конден¬
сатора Сф (см. рис. 74).
Действие фильтра может быть пояснено следующим образом.
Выпрямленный ток является пульсирующим током и состоит из по¬
стоянной и переменной составляющих. Дроссель представляет
весьма малое сопротивление для постоянной составляющей и в то
же время значительное сопротивление (xL — 2^/Хф) для перемен¬
ной составляющей. Конденсатор же Сф, наоборот, представляет
бесконечно большое сопротивление для постоянной составляющей
и при достаточно большой емкости сравнительно небольшое сопро-
зом, переменная составляющая пульсирующего тока будет созда¬
вать значительное напряжение на дросселе Lф и весьма малое —
на конденсаторе Сф, а следовательно, и на сопротивлении на¬
грузки R. Постоянная составляющая, наоборот, будет создавать
большое напряжение на сопротивлении нагрузки R и очень малое
на дросселе £ф. Чем больше индуктивное сопротивление дросселя
(xl — 2и чем меньше емкостное сопротивление конденса-
тивление
для переменной составляющей. Таким обра
78
1
тора {xc — -yPfQ~) по сравнению с сопротивлением нагрузки R,
тем меньше будет пульсация выпрямленного напряжения.
§ И. Трехэлектродная лампа. Трехэлектродная лампа, или
триод, имеет три электрода: катод, анод и управляющую
сетку, которая предназначена для управления электронным по¬
током в лампе.
Схема включения триода изображена на рис. 75. На схеме по¬
казаны цепь накала, анодная непь и цепь управляющей сетки.
Управляющая сетка представляет собой спираль из тонкой прово¬
локи, расположенную между катодом и анодом (ближе к катоду)
на пути электронов, летящих от катода к аноду.
0—
и9
0
Цепь упрод-
ляюи^й сетки
\Р^
Анодная цепь
Цепь накала
W W
Рис. 75. Схема включения триода
Рис. 76. Движение электронов внутри
триода
Представим, что на управляющую сетку подается нулевой по¬
тенциал (рис. 76,а). Сетка, не имеющая электрического заряда, не
окажет никакого влияния на полет электронов от катода к аноду,
и лампа по существу будет представлять собой диод. Положение
изменится, если на сетку подать некоторое отрицательное по от¬
ношению к катоду напряжение (рис. 76,6). Отрицательно заряжен¬
ная сетка будет противодействовать полету электронов к аноду,
поэтому часть электронов не проникнет к аноду. Число электронов,
попадающих на анод, уменьшится, следовательно, уменьшится и
анодный ток. Увеличение абсолютной величины отрицательного на¬
пряжения на сетке вызовет дальнейшее уменьшение анодного тока.
При определенной величине отрицательного напряжения на сетке
анодный ток совершенно прекратится; это напряжение называется
напряжением запирания лампы.
Таким образом, изменяя величину отрицательного напряжения
на управляющей сетке, можно в широких пределах регулировать
величину анодного тока.
При подаче на сетку положительного напряжения (рис. 76, в)
поле, притягивающее электроны к аноду, несколько усилится за
счет дополнительного ускоряющего поля, создаваемого в данном
случае сеткой. Но при этом некоторая часть электронов будет при¬
тягиваться самой сеткой, и в цепи сетки возникнет сеточный
79
to к. С увеличением положительного напряжения tia сетке будет
наблюдаться рост сеточного тока. Так как сеточный ток образуется
за счет электронов, летящих к аноду, то при дальнейшем увеличе¬
нии его анодный ток начнет уменьшаться.
§ 12. Анодно-сеточная характеристика триода. Кривая, показы¬
вающая изменение анодного тока от величины сеточного напряже¬
ния (при постоянных значениях напряжений накала и анодного),
называется анодн о-сеточной характеристикой лампы.
Как видно из анодно-сеточной характеристики, изображенной
на рис. 77, при нулевом напряжении на сетке анодный ток равен/а0.
При отрицательном напряжении на сетке UgX анодный ток будет
равен /„), а при большем (по абсолютной величине) отрицательном
напряжении на сетке Ug2 он уменьшится до величины /о2. При от¬
рицательном напряжении на сетке Ug3 анодный ток станет рав¬
ным нулю — лампа запрется.
Если уменьшить анодное напряжение и снять вторую анодно¬
сеточную характеристику, то она переместится параллельно первой
характеристике вправо (как изображено на рис. 77 пунктиром).
При увеличении анодного напряжения характеристика смещается
влево.
Анодно-сеточная характеристика лампы состоит из трех харак¬
терных участков:
— нижнего криволинейного (а — б);
— среднего прямолинейного (б — в);
— верхнего криволинейного (в — г).
Пропорциональная зависимость между изменениями сеточного
напряжения и соответствующими им изменениями анодного тока
сохраняется только в пределах среднего прямолинейного участка;
в большинстве случаев использования электронных ламп именно
этот участок считается рабочим участком характеристики.
80
§ 13. Параметры триода. Трех электродные Лампы характери¬
зуются своими параметрами, к которым относятся:
— крутизна характеристики (S);
— внутреннее сопротивление (/?*);
— коэффициент усиления (ц).
Крутизна характеристики показывает, на сколькд
миллиампер изменится анодный ток, если напряжение на сетке из¬
менить на 1 в (при постоянстве напряжений накала и анодного).
Как показано на рис. 77, изменение сеточного напряжения на
MJg — Ugi— Ugl (при Ua — Uaj) вызывает изменение анодного
тока на Д/а = /01— 1аг- Следовательно, крутизна характеристики
будет равна
S = -IVg==T7^и~(п?и ^ = const). (38)
Крутизна характеристики измеряется в миллиамперах на вольт
(ма/в).
Из рис. 77 следует, что крутизна характеристики сохраняет
свое постоянное значение только в пределах прямолинейного уча¬
стка анодно-сеточной характеристики; в пределах верхнего и ниж¬
него криволинейных участков величина 5 будет изменяться от нуля
до величины, равной значению S на прямолинейном участке.
Если уменьшить анодное напряжение лампы на некоторую ве¬
личину Дб'я = Ual — Uab сохраняя постоянное напряжение на сетке
(Ug= Ugl), то и анодный ток уменьшится на некоторую величину
Д/в = /а1— /а2. Отношение Д£/а (выраженного в вольтах) к Д/а
(выраженному в амперах) называется внутренним сопро¬
тивлением лампы Ri и измеряется в омах:
Ri = ^T= U,ai ~-г8 (при Ug = const). (39)
UIa la2 6
Как следует из вышеизложенного, уменьшения анодного тока
на одну и ту же величину Д/а можно добиться или увеличением аб¬
солютного значения отрицательного напряжения на сетке на kUg
(при сохранении постоянной величины Ua = UaA), или же умень¬
шением анодного напряжения на АС/а (сохранив постоянную вели¬
чину Ug — UgX). Конечно, чтобы изменить анодный ток на одну и ту
же величину Д /а, потребуется величина Дб^, значительно меньшая,
чем соответствующая ей по своему влиянию на анодный ток вели¬
чина ДUa. Это объясняется тем, что сетка ближе расположена
к катоду, чем анод, и, следовательно, изменения сеточного напря¬
жения в большей мере- влияют на величину анодного тока, чем из¬
менения анодного напряжения. Отношение изменения анодного
напряжения к соответствующему изменению сеточного напряже¬
ния, необходимому для того, чтобы вызвать равное изменение анод¬
ного тока, называется коэффициентом усиления лампы:
Г = Щ = Vg-^Vgi ("Ри = ccmst)- (4°)
6—1176
81
Умножив числитель
получим
V-
Следовательно,
и знаменатель выражения (40) на Дfa
Ып
Шп
ш,
g
Д 1„
д и, ма
(41)
? = SR,
называется внутренним
(41)
уравнением
Рис.
78. Схема усилителя
сопротивлении
на
Равенство
триода.
§ 14. Применение триода в схемах усилителей. Трехэлектрод¬
ная лампа имеет весьма многостороннее применение. Она приме¬
няется в схемах усилителей,генера¬
торов, преобразователей и других
электронных устройств.
В дозиметрической аппаратуре
трехэлектродная лампа в основном
применяется в схемах усилителей,
задача которых заключается в уси¬
лении напряжений или токов, возни¬
кающих в цепях дозиметрического
прибора при его работе, до таких
величин, которые необходимы для
приведения в действие регистриру¬
ющего устройства или для воздей¬
ствия на последующую часть схемы
прибора.
Напряжение (или ток), требующее усиления, подводится
к участку управляющая сетка —-катод лампы, называемому вхо¬
дом усилителя. Изменения входного напряжения вызывают со¬
ответствующие изменения анодного тока, а следовательно, и из¬
менения напряжения на нагрузке (сопротивлении, трансформа¬
торе, дросселе и т. п.), включенной в анодную цепь лампы. Отно¬
шение изменения напряжения на нагрузке, называемого напря¬
жением на выходе усилителя, к изменению напряжения на входе
усилителя называется коэффициентом усиления схемы по напря¬
жению. Отношение изменения анодного тока к изменениям
входного тока называется коэффициентом усиления схемы п о
току.
§ 15. Усилитель на сопротивлении. Схема усилителя на сопро¬
тивлении изображена на рис. 78. Основными элементами усили¬
теля являются электронная лампа, нагрузочное сопротивление Ra
и источники питания анодной и накальной цепей лампы. При по¬
даче на вход усилителя постоянного напряжения через лампу
будет течь постоянный ток /а0, величина которого определяется
величинами постоянных напряжений на аноде и сетке лампы. При
изменении входного напряжения на величину ДUm анодный
ток изменится на величину Д/0. Изменение анодного тока в свою
очередь вызовет изменение напряжения на сопротивлении Ra на
величину, равную
А*/» , = д/«я® («)
82
и соответственно этому на такую же величину, но с обратным зна¬
ком — изменение напряжения на аноде лампы:
дг/в = -д ив
вых*
(43)
Это равенство определяется тем, что сумма величин AUa и Д£/ВЬ1Х
всегда равна нулю, так как сумма Ua и UBbIX является величиной
неизменной и равной напряжению источника анодного питания.
Ранее было показано, что изменение напряжения на аноде
лампы на величину AUa эквивалентно по своему воздействию на
\иа
анодный ток изменению напряжения на сетке — ■, где р,— коэф¬
фициент усиления лампы. Поэтому с учетом влияния изменения
анодного напряжения согласно формуле (38) выражение для из¬
менения анодного тока может быть написано в следующем виде:
Подставляя в это уравнение значение Д£/вых из формулы (42) и
решая его относительно Д/а, получим
Изменение напряжения на анодной нагрузке согласно фор¬
муле (42) равно
Выражение для коэффициента усиления схемы по напряже¬
нию может быть написано в виде
теристики и обозначается символом Sd:
Из выражения (44) видно, что коэффициент усиления К имеет
тем большую величину, чем большей крутизной характеристики Sd
обладает лампа и чем больше величина сопротивления Ra, вклю¬
ченного в анодную цепь лампы. Величина К всегда меньше р, и
лишь при значениях Ra Ri ее можно принять равной р,. При
вых
6*
83
значениях Ra, намного меньших Rlt выражение (44) без боль¬
шой погрешности может быть написано в виде
K^SRa.
Если изменения напряжения на сетке лампы не будут выходить
за пределы прямолинейного участка анодно-сеточной характери¬
стики лампы, то форма кривой выходного напряжения будет иден¬
тична форме входного напряжения. В частности, если на сетку
лампы подается напряжение, имеющее форму прямоугольных им¬
пульсов, то и выходное напряжение, снимаемое с сопротивле¬
ния Ra, будет иметь форму прямоугольных импульсов с амплиту¬
дой, в К раз превышающей амплитуду входных импульсов. Им¬
пульсы напряжения, снимаемые с анода лампы, согласно фор¬
муле (43) имеют обратную полярность по сравнению с импуль¬
сами, снимаемыми с анодной на¬
грузки, или с входными импульсами.
Последнее иллюстрируется рис. 79.
При подаче на сетку лампы по¬
ложительного и Min улье а напряже¬
ния анодный ток возрастет, напря¬
жение на нагрузке Ra тоже возрас¬
тет, а напряжение на аноде лампы,
наоборот, уменьшится, т. е. на ано¬
де лампы возникает отрицательный
импульс напряжения. Соответствен¬
но при подаче на сетку лампы отри¬
цательного импульса напряжения
анодный ток уменьшится, напряже¬
ние на нагрузке Ra также уменьшится, а напряжение на аноде
лампы, наоборот, увеличится, т. е. на аноде лампы возникает поло¬
жительный импульс напряжения.
Недостатком усилителя на сопротивлении является потеря
значительной части напряжения на нагрузочном сопротивлении Ra
за счет прохождения по нему постоянной составляющей анодного
тока 1а. Поэтому для нормальной работы усилитель на сопротив¬
лении требует более высокого напряжения источника анодного
питания по сравнению с другими типами усилителя.
§ 16. Напряжение смещения. Для обеспечения идентичности
формы кривых входного и выходного напряжений, кроме линей¬
ности анодно-сеточной характеристики, необходимо еще отсутст¬
вие сеточных токов в лампе, так как наличие этих токов вносит
дополнительные искажения в форму усиливаемого сигнала.
Это легко уяснить из рассмотрения рис. 80. Согласно рисунку
на вход усилителя подается синусоидальное напряжение с ампли¬
тудой UmBX. Несмотря на то что изменения входного напряжения
не выходят за пределы линейного участка анодно-сеточной харак¬
теристики лампы, форма анодного тока не будет соответствовать
форме напряжения, приложенного к участку сетка — катод лампы.
Объясняется это тем, что в течение положительного полупериода
Рис. 79. Полярность импульсов
напряжения на управляющей сет¬
ке и аноде лампы
84
напряжения через участок сетка — катод течет сеточный ток.
Этим током нагружается источник входного напряжения, благо¬
даря чему амплитуда входного напряжения уменьшается до зна¬
чения U'mm. В течение отрицательного полупериода напряжения
сеточный ток отсутствует, источник входного напряжения током
не нагружается и амплитуда его напряжения остается неизменной
и равной £/WBI. Таким образом, наличие сеточного тока приводит
к искажению формы кривой входного напряжения, а следовательно,
к искажению формы кривой анодного тока и формы кривой напря¬
жения, снимаемого с нагрузки в анодной цепи. Наличие сеточного
тока, кроме того, приводит к излишней и ненужной нагрузке этим
током источника входного напряжения, что приводит к ухудше¬
нию стабильности его работы и увеличению потребляемой им
мощности от источников питания.
Для устранения этих недостатков на управляющую сетку лам¬
пы, кроме напряжения, подлежащего усилению, необходимо по¬
давать еще постоянное отрицательное напряжение смещения Eg}
по абсолютной величине не меньшее амплитуды входного напря¬
жения итвх.
Схема лампового усилителя с использованием источника отри¬
цательного напряжения смещения показана на рис. 81. Кривые
изменения токов и напряжений для рассматриваемой схемы при¬
водятся на рис. 82. Из рисунка видно, что при подаче на вход
усилителя переменного напряжения с амплитудой С/твк напряже¬
ние на управляющей сетке лампы изменяется в пределах от
85
—(Eg+Um.J до — (Eg — UmB%). При Umm<\Eg\ напряжение на
управляющей сетке лампы в течение всего периода изменения
входного напряжения имеет отрицательный знак. Следовательно,
в течение всего периода сеточный ток будет отсутствовать, рас¬
хода мощности в сеточной цепи и
искажений в форме выходного на¬
пряжения не будет.
На рис. 83 изображена иная схе¬
ма подачи отрицательного напряже¬
ния смещения на управляющую сет¬
ку лампы. В данной схеме в цепь
накала между катодом и корпусом
включено сопротивление RK. Ток
накала, протекая по сопротивлению,
создает на нем падение напряжения.
Положительный полюс падения
напряжения будет приложен к ка¬
тоду, а отрицательный (через корпус) — к сетке. В этом случае
сетка будет иметь отрицательный потенциал ~
Рис. 81. Подача напряжения сме¬
щения от отдельной батареи
Eg по отношению к
катоду, равный
— LRk
где /н — величина тока накала.
Особенностью данной схемы
является то, что для создания
напряжения смещения здесь не требуется отдельный источник пи-
Рис. 82. Графики тока и напряжения для схемы,
изображенной на рис. 81
тания — оно создается за счет прохождения тока накала по со¬
противлению RK. Такой способ обеспечения напряжения смеше¬
ния позволяет в некоторой мере стабилизировать режим работы
схемы. Уменьшение напряжения накала приводит к уменьшению
86
крутизны анодно-сеточной характеристики лампы, а соответствен*
но с этим при данной величине напряжения на сетке и к умень»
шению анодного тока лампы. В данной схеме уменьшение на¬
пряжения батареи накала, сопровождающееся уменьшением тока
накала, будет приводить к уменьшению падения напряжения на
сопротивлении /?к, т. е. к уменьшению отрицательного напряжения
смещения на управляющей сетке лампы. Последнее компенсирует
влияние на анодный ток уменьшения напряжения накала и под¬
держивает величину анодного тока практически неизменной.
В некоторых схемах (рис. 84) напряжение смещения создается
за счет анодного тока, протекающего через сопротивление, вклю¬
ченное между цепью накала и корпусом прибора. Особенностью
такой схемы является зависимость напряжения смещения от ве¬
личины анодного тока: при увеличении анодного тока увеличи¬
вается абсолютная величина отрицательного напряжения смеще;
ния, подаваемого на сетку. Рабочая точка на характеристике сме^
щается влево, что приводит к некоторому снижению анодного
тока. Вследствие этого коэффициент усиления схемы несколько
снижается. Однако данная схема обладает рядом преимуществ,
которые будут пояснены во втором разделе настоящего учебника.
§ 17. Многоламповые усилители. Коэффициент усиления схемы
усилителя представляет собой величину, ограниченную возможно-
стями лампы. Если с точки зрения работы данной схемы требуется
получить усиление большее, чем это может быть достигнуто при
помощи одной лампы, применяют многоламповые уси¬
лители.
Многоламповый усилитель состоит из отдельных усилителей,
называемых каскадами. Каждый каскад представляет собой одно¬
ламповый усилитель. Обычно применяются двух- или трехлампо¬
вые усилители. Дальнейшее увеличение числа ламп нецелесо¬
образно, так как оно будет вносить значительные изменения в
форму усиливаемого импульса. Напряжение, усиленное первым
усилителем, подается на вход второго, получает дальнейшее уси¬
ление, затем подается на вход третьего усилителя. Общий коэф;
Рис. 83. Подача напря¬
жения смещения, созда¬
ваемого током накала
Рис. 84. Подача напряжения сме¬
щения, создаваемого анодным то¬
ком
87
фициент усиления многолампового усилителя равен произведению
коэффициентов усиления отдельных усилителей.
Для связи между каскадами обычно применяются элементы
связи RC, состоящие из последовательно соединенных конденса¬
тора С и сопротивления R (рис. 85). Положительный импульс на¬
пряжения, возникающий на сопротивлении Ral при запирании
лампы Jl\ и равный Ual при прямоугольной форме импульса, вы¬
зовет мгновенное нарастание тока в цепи RC с возникновением
падения напряжения на сопротивлении R, равного Uab которое
своим положительным полюсом будет подано на управляющую
сетку лампы JI2. По мере заряда конденсатора С зарядный ток
будет уменьшаться, соответственно уменьшится и величина паде¬
ния напряжения, создаваемого этим током на сопротивлении R.
Если постоянная времени элемента связи RC достаточно велика,
то это уменьшение будет незначительным и форма импульса на
сопротивлении R мало будет отличаться от формы импульса на анод¬
ном сопротивлении Rnl. Поэтому при необходимости сохранения
формы входного импульса необходимо, чтобы элемент связи RC
имел достаточно большую постоянную времени т. Например, в двух¬
каскадном усилителе одного из дозиметрических приборов в каче¬
стве элемента связи между первым и вторым каскадами применен
конденсатор емкостью С = 1 мкф и сопротивление R — 1 мгом.
Постоянная времени этого элемента связи будет равна
х = RC = 106 • 1 • 10-6 = 1 сек.
При прекращении действия приложенного напряжения заря¬
женный конденсатор С начнет разряжаться. Соответственно это¬
му на управляющую сетку лампы Jl2 будет подан импульс обрат¬
ной (по сравнению с импульсом, возникавшим при заряде конден¬
сатора С) полярности.
Рис. 85. Схема двухкаскадного Рис. 86. Схема усилителя на трансфор-;
усилителя маторе
При изложенном выше рассмотрении процесса в элементу
связи мы исходили из предположения, что нарастание импульса
анодной цепи первого каскада происходит мгновенно, Однакд
практически нарастание импульса в анодной цепи не будет мгно¬
венным. При этом на сопротивлении R будет возникать падение
напряжения, равное не всей величине импульса в анодной цепи,
а лишь части его, так как часть напряжения теряется на емкост¬
ном сопротивлении конденсатора, которое при постепенном нара¬
стании импульса нельзя считать равным нулю. Таким образом,
на вход второго каскада будет подана лишь часть напряжения,
возникшего в анодной цепи первого каскада, что приведет к умень¬
шению коэффициента усиления схемы. Коэффициент усиления,
следовательно, зависит от формы импульсов; для получения наи¬
большего усиления желательно придавать импульсам прямоуголь¬
ную форму.
§ 18. Усилитель на трансформаторе. Схема усилителя на транс¬
форматоре показана на рис. 86. В качестве анодной нагрузки лам¬
пы в данной схеме используется трансформатор Тр. Выходное
напряжение снимается со вторичной обмотки трансформатора, пер¬
вичная обмотка которого включена в анодную цепь лампы.
Принцип работы усилителя состоит в следующем.
При отсутствии на входе усилителя переменного напряжения
через лампу, а следовательно, и через первичную обмотку транс¬
форматора будет протекать постоянная составляющая анодного
тока /по, которая в сердечнике трансформатора создаст постоян¬
ное магнитное поле. На зажимах вторичной обмотки трансформа¬
тора при этом никакой ЭДС возникать не будет.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения в анод¬
ной цепи, кроме постоянной составляющей, появляется перемен¬
ная составляющая анодного тока, которая вызовет изменения маг¬
нитного потока в сердечнике трансформатора, и на зажимах вто¬
ричной обмотки возникнет ЭДС взаимоиндукции. Величина этой
ЭДС будет определяться скоростью изменения анодного тока и
коэффициентом взаимоиндукции между обмотками трансформа¬
тора.
Полярность ЭДС, возникающей во вторичной обмотке транс¬
форматора, зависит от характера изменения тока в первичной
обмотке трансформатора, что в свою очередь определяется харак¬
тером изменения напряжения, подаваемого на вход усилителя.
Например, при увеличении абсолютного значения отрицатель¬
ного напряжения на входе анодный ток уменьшится, при одинако¬
вом направлении намотки витков обеих обмоток в точке А
(рис. 86) будет возникать положительный потенциал, а в точ¬
ке В — отрицательный. Уменьшение абсолютного значения отри¬
цательного напряжения на сетке вызовет увеличение анод¬
ного тока, и полярность ЭДС, возникающей во вторичной обмотке
трансформатора, изменится: в точке А возникнет отрицательный
потенциал, а в точке В — положительный. Таким образом, поляр¬
ность выходного напряжения будет определяться характером из?
менения входного напряжения: при уменьшении входного напря¬
жения полярность выходного напряжения будет противоположна
Т9Й? которая возникает при увеличении входного напряжения.
89
Следовательно, при подаче на вход одного отрицательного им¬
пульса напряжения на выходе усилителя образуются два им¬
пульса противоположных знаков. Графики изменения входного
напряжения, анодного тока и ЭДС во вторичной обмотке транс¬
форматора показаны на рис. 87.
Трансформаторный усилитель обладает рядом преимуществ
по сравнению с ранее рассмотренным усилителем на сопротивле¬
нии. Основными из этих преимуществ являются следующие:
1. Первичная обмотка трансформатора для постоянного тока
представляет очень малое сопротивление. Поэтому потери напря¬
жения на этой обмотке от прохождения по ней постоянной состав¬
ляющей анодного тока не будет и постоянное напряжение на ано¬
де лампы практически будет равно напряжению источника анод¬
ного питания Еа. >
Рис. 87. Графики токов и напря- Рис. 88. Схема усилителя постоян-
жений, поясняющие работу уси- ного тока (УПТ)
лителя на трансформаторе
2. Схема позволяет получить коэффициент усиления по напря¬
жению, по величине больший, чем коэффициент усиления лам¬
пы (х. Объясняется это тем, что переменное напряжение, снимае¬
мое с выхода усилителя, усиливается здесь не только за счет
усилительных свойств лампы, но и за счет свойств самого транс¬
форматора, если он выполнен повышающим.
3. Схема позволяет обеспечивать согласование сопротивления
потребителя (подключаемого ко вторичной обмотке трансформа¬
тора) с внутренним сопротивлением лампы. Применяя понижаю¬
щий трансформатор, при малом сопротивлении потребителя мож¬
но создать для лампы достаточно большое нагрузочное сопротив¬
ление и тем самым обеспечить высокое значение коэффициента
усиления каскада.
Недостатком трансформаторного усилителя по сравнению с
усилителем на сопротивлении является наличие в усиливаемом
напряжении дополнительных искажений, вносимых трансформа¬
тором. Недостатком является также и то, что однозначный им¬
пульс, подаваемый на вход, на выходе усилителя превращается
в два импульса противоположных знаков.
90
§ 19. Усилитель постоянного тока. В дозиметрической аппара¬
туре, кроме ранее рассмотренных типов усилителей, широко при¬
меняются усилители постоянного тока (УПТ). Простейшая схема
такого усилителя показана на рис. 88.
Основными элементами усилителя постоянного тока являются
электронная лампа, электроизмерительный прибор, включенный
в анодную цепь лампы, и источники питания. В цепь управляю¬
щей сетки лампы последовательно с источником отрицательного
напряжения смещения включено входное сопротивление /?вх. Че¬
рез это сопротивление протекает подлежащий усилению входной
ток /вх.
Принцип работы УПТ состоит в следующем.
При отсутствии входного тока падение напряжения на вход¬
ном сопротивлении равно нулю и напряжение на управляющей
сетке равняется отрицательному напряжению смещения —Eg.
Величина этого напряжения выбирается такой, чтобы через лам¬
пу проходил минимальный анодный ток ia = /в0 (рис. 89), соот¬
ветствующий началу прямолинейного участка анодно-сеточной
Рис. 89. Графики токов и напряжений, поясняю¬
щие работу УПТ
характеристики лампы. Выбор напряжения —Eg большей вели¬
чины, при которой ia — 0, нецелесообразен, так как из-за криво-
линейности нижнего участка характеристики лампы нарушится
прямая пропорциональная зависимость между изменениями анод¬
ного тока и изменением напряжения на управляющей сетке лампы.
При протекании входного тока А/вх по сопротивлению RBX на
этом сопротивлении создается падение напряжения
= AImRBX.
На конце входного сопротивления, подключенном к управля¬
ющей сетке лампы, при этом будет возникать положительный по¬
тенциал. Результирующее отрицательное напряжение на управля¬
91
ющей сетке по своему абсолютному значению уменьшается и ста¬
новится равным
Ug = Ее + AUg,
где A(J^ Д£^? Д/вх/?вх.
В соответствии с этим анодный ток лампы, протекающий через
электроизмерительный прибор, увеличится на величину Д 1а, рав¬
ную
где S — крутизна характеристики лампы.
Используя это уравнение, выражение для коэффициента уси¬
ления схемы по току может быть написано в виде
При выводе этого выражения предполагается, что в анодной
цепи лампы отсутствуют какие-либо сопротивления, кроме вну¬
треннего сопротивления электроизмерительного прибора, кото¬
рым можно пренебречь (так как внутреннее сопротивление милли-
или микроамперметра, применяемого в данном случае, должно
быть весьма малым). В дальнейшем будет показано, что для
обеспечения возможности регулировки чувствительности схемы
в анодную цепь необходимо включать некоторое сопротивле¬
ние Ra.
Используя те же соотношения, которые были использованы
ранее при выводе формулы для коэффициента усиления схемы по
напряжению (44), выражение для коэффициента усиления схемы
по току при наличии в анодной цепи лампы сопротивления Ra
можно записать в следующем виде:
Из выражений (46) и (47) следует, что коэффициент усиления
схемы по току имеет тем большее значение, чем большей крутиз¬
ной характеристики 5 обладает лампа, чем больше сопротивле¬
ние RBX, включенное в цепь управляющей сетки, и чем меньше
сопротивление Ra, включенное в анодную цепь лампы. При Ra — О
выражение (47) сводится к выражению (46).
Из этих выражений, казалось бы, можно сделать и другой вы¬
вод, а именно: используя сколь угодно большие значения вход¬
ного сопротивления, можно получать сколь угодно большие зна¬
чения коэффициента усиления и соответственно с этим при задан¬
ной чувствительности электроизмерительного прибора измерять
сколь угодно малые входные томи. В действительности, однако, это
не так. Применение больших значений входных сопротивлений
ограничивается наличием сеточных токор в лампе, влияние kotq-
Ala = SACJg = SRBXAIBX,
(46)
(47)
92
рых сказывается в шунтировании входного сопротивления сопро¬
тивлением участка управляющая сетка — катод лампы. Причины
возникновения сеточных токов и меры для их уменьшения будут
изложены ниже.
§ 20. Ламповый вольтметр. Электронные лампы наряду с при¬
менением их в схемах усилителей в дозиметрической аппаратуре
используются также в схемах ламповых
вольтметров для измерения напряже¬
ния на конденсаторах или падения на¬
пряжения на сопротивлениях очень
большой величины.
Ранее было показано, что для
обеспечения достаточной точности из¬
мерений при помощи вольтметра необ¬
ходимо, чтобы внутреннее сопротивле¬
ние вольтметра было во много раз
больше сопротивления участка цепи,
падение напряжения на котором надо
измерить. В противном случае при
подключении вольтметра его внутрен¬
нее сопротивление будет шунтировать данный участок, падение
напряжения на нем изменится и измерения будут неверными.
Измерения напряжения на конденсаторах при помощи обыч¬
ного вольтметра вообще невозможны, так как при подключении
вольтметра к заряженному конденсатору последний практически
мгновенно разрядится, стрелка вольтметра на одно мгновение от¬
клонится и сразу же возвратится в нулевое положение. Чтобы из¬
мерить напряжение на конденсаторе или на очень большом со¬
противлении, необходим не обычный, а специальный вольтметр,
обладающий весьма большим, близким к бесконечно большому,
сопротивлением. Таким вольтметром является ламповый вольт¬
метр.
Простейшая схема лампового вольтметра показана на рис. 90.
Принцип работы лампового вольтметра основан на использо¬
вании зависимости анодного тока лампы от приложенного к управ¬
ляющей сетке напряжения. Подлежащее измерению напряже¬
ние Ux подключается между сеткой и катодом минусом к сетке
лампы, с тем чтобы обеспечить отсутствие электронного сеточно¬
го тока, т. е. обеспечить большую величину входного сопротив¬
ления. С целью облегчения производства отсчетов для измерения
анодного тока может быть использован электроизмерительный
прибор с левым отклонением стрелки.
Перед подключением измеряемого напряжения к входу лампы
величина анодного тока устанавливается такой, чтобы стрелка
прибора находилась в крайнем левом положении, т. е. против ну¬
левого деления шкалы. Последнее будет свидетельствовать о том,
что через лампу при данном напряжении на ее аноде и напряже¬
нии на управляющей сетке, равном нулю, течет максимальный ток.
При подключении между сеткой и катодом измеряемого
— 0_
"X
+
rL
+н
Рис. 90. Принципиальная схе¬
ма лампового вольтметра
93
напряжения управляющая сетка окажется под отрицательным на¬
пряжением, равным Ux. Анодный ток лампы уменьшится на вели¬
чину
4 L-
1 + ^0-
Ki
Из этого выражения видно, что уменьшение анодного тока, а
следовательно, и отклонение стрелки прибора вправо будет пря¬
мо пропорционально измеряемому напряжению. Поэтому шкала
прибора может быть отградуирована непосредственно в единицах
измеряемого напряжения (в вольтах и его производных).
С целью обеспечения линейной зависимости отклонения стрел¬
ки прибора от приложенного к сетке напряжения диапазон изме¬
ряемых напряжений должен быть таким, чтобы изменения вели¬
чины анодного тока не выходили за пределы прямолинейного
участка анодно-сеточной характеристики лампы.
Входное сопротивление лампового вольтметра /?вх, под кото¬
рым понимается отношение напряжения на сетке Ug к сеточ¬
ному току Ig:
Я., = 7^ (48)
'g
должно иметь возможно большее значение; оно должно быть на
несколько порядков выше, чем величина сопротивления, на кото¬
ром измеряется падение напряжения.
Поскольку величина сеточного тока Ig, как следует из фор¬
мулы (48), определяет собой величину входного сопротивления,
необходимо принимать все меры для уменьшения величины сеточ¬
ного тока. Для этого, в частности,- необходимо, чтобы при изме¬
рениях сетка всегда имела отрицательный потенциал по отноше¬
нию к катоду. Если на сетку подать положительный потенциал,
то часть электронов, летящих от катода к аноду, будет притяги¬
ваться положительно заряженной сеткой. В сеточной цепи воз¬
никнет ток, и входное сопротивление лампового вольтметра резко
снизится.
§ 21. Причины возникновения сеточного тока в лампах. Сеточ¬
ный ток может возникать в электронных лампах даже при нали¬
чии отрицательного напряжения на управляющей сетке. Ниже
рассматриваются основные причины возникновения сеточного тока.
В лампе может возникнуть ток утечки между выводами сетки
и катода по стеклу баллона; цепь сетки замкнется через путь
тока утечки, что приведет к возникновению сеточного тока. В обыч¬
ных электронных лампах выводы от всех электродов осущест¬
вляются через днище баллона. Расстояние между ножками, к ко¬
торым припаяны выводы, в таких лампах бывает небольшим.
В результате этого сопротивление (по стеклу баллона) между
выводами сетки и катода не превышает 107—109 ом. Однако в до¬
зиметрических приборах требуется измерять падение напряжения
94
на сопротивлениях порядка Ю10 ом. В этих условиях величина со¬
противления по стеклу баллона порядка 107—109 ом явится недо¬
пустимо малой. Сопротивление по стеклу баллона может резко
снижаться при загрязнении наружной поверхности баллона меж¬
ду выводами сетки и катода.
Электроны, движущиеся в лампе от катода к аноду, при на¬
личии достаточной скорости и энергии могут производить иони¬
зацию остатков газа в лампе. Образующиеся при этом положи¬
тельные ионы будут притягиваться отрицательно заряженной сет¬
кой и нейтрализовать часть находящихся на ней электронов.
Взамен нейтрализованных электронов по цепи сетки потекут но¬
вые электроны, т. е. по цепи сетки будет протекать сеточный ток.
Раскаленный катод, расположенный в непосредственной бли¬
зости от управляющей сетки, может вызвать термо- и фотоэлек¬
тронную эмиссию электронов с поверхности сетки. Удаление части
электронов, находившихся в металле сетки, вызовет протекание
новых электронов по цепи сетки, т. е. образование сеточного тока.
Фотоэлектронная эмиссия с поверхности сетки может возник¬
нуть также и в результате освещения лампы наружным светом.
При ударах электронов о поверхность анода может быть ис¬
пускание анодом рентгеновых лучей, которые, облучая поверх¬
ность сетки, также могут вызвать выбивание электронов из ме¬
талла сетки.
Катод, накаленный до высокой температуры, может, помимо
электронов, испускать также и положительные ионы металла,
которые будут притягиваться отрицательно заряженной сеткой и
вызовут возникновение сеточного тока.
Обобщив изложенное выше, можно отметить, что основными
причинами возникновения сеточных токов являются:
— недостаточная величина сопротивления между выводами
сетки и катода по поверхности баллона лампы;
— возможность ионизации остатков газа в лампе;
— эмиссия электронов с поверхности сетки;
— испускание положительных ионов металла накаленным
катодом.
§ 22. Особенности электрометрических ламп. В ламповых вольт¬
метрах и усилителях постоянного тока, применяемых в схемах
дозиметрических приборов, используются специальные электро¬
метрические лампы, отличительной особенностью которых
является весьма малая величина сеточного тока и соответственно
очень большое сопротивление участка управляющая сетка—катод,
достигающее 1012—1013 ом.
В устройстве и конструкции электрометрических ламп при¬
няты все меры, направленные на снижение сеточного тока и уве¬
личение сопротивления участка сетка — катод. Для увеличения
поверхностного сопротивления по стеклу баллона в этих лампах
сетка выводится обычно на колпачок, расположенный в верхней
части баллона, что обеспечивает увеличение расстояния между вы¬
водами сетки и катода. Для вывода сетки используется высоко¬
95
качественный изолирующий материал (например, кварцевое стек¬
ло). Применение такой конструкции позволяет добиться увеличе¬
ния сопротивления по стеклу баллона до 1015—1516 ом.
При эксплуатации дозиметрических приборов нельзя допу¬
скать загрязнения баллонов ламп; в частности, нельзя прикасаться
к поверхности баллона недостаточно чистыми руками.
Для устранения ионизации остатков газа в электрометриче¬
ских лампах применяется пониженное анодное напряжение
(6—8 в). При таком напряжении энергия, приобретаемая элек¬
тронами при их движении к аноду, невелика и недостаточна для
ионизации газа. Применение пониженного анодного напряжения
уменьшает энергию электронов до такой величины, при которой
они не вызывают испускания рентгеновых лучей с поверхности
анода. Этим устраняется одна из причин возникновения эмиссии
электронов с сетки.
Кроме того, для предотвращения фотоэмиссии электронов
с сетки электрометрические лампы в дозиметрических приборах
размещаются в светонепроницаемых отсеках, что исключает воз¬
можность освещения ламп наружным светом. Учитывая это, нельзя
производить окончательной наладки дозиметрических приборов
в процессе их ремонта в условиях, когда отсеки для ламп от¬
крыты и лампы освещаются наружным, даже слабым, светом.
Применение в электрометрических лампах активированных
катодов позволяет уменьшить необходимую температуру нагрева
катода, снизить количество тепловой энергии, поступающей с ка¬
тода на поверхность сетки, и полностью избежать освещения сетки
катодом.
Для устранения проникновения положительных ионов, испу¬
скаемых катодом, к управляющей сетке в некоторых электрометри¬
ческих лампах применена катодная сетка, расположенная меж¬
ду катодом и управляющей сеткой. На катодную сетку подается
положительный потенциал, меньший, чем величина анодного на¬
пряжения. Положительно заряженная катодная сетка отталкивает
положительные ионы, вылетающие из катода, и не допускает их
к управляющей сетке. Наряду с этим электрическое поле катод¬
ной сетки способствует увеличению анодного тока, который при
малой величине анодного напряжения был бы недостаточным.
Часть электронов будет оседать на катодной сетке и создавать
ток в цепи катодной сетки, который в несколько раз превышает
величину анодного тока. Схема включения электрометрического
тетрода показана на рис. 91.
§ 23. Лампы с несколькими сетками. Электронные лампы, ис¬
пользуемые для усиления токов и напряжений, должны удовлетво¬
рять ряду требований. Основными из этих требований являются
возможно больший коэффициент усиления и левое расположение
анодно-сеточных характеристик, обеспечивающее работу лампы
без электронных сеточных токов. К лампам, используемым в схе¬
мах усилителей высокой частоты, кроме того, предъявляется
96
требование иметь малое значение междуэлектродной емкости Cag
между анодом и сеткой лампы; значительная величина этой ем¬
кости может привести к нарушению нормальной работы усилителя.
Всем этим требованиям трехэлектрод¬
ная лампа удовлетворяет не в полной
мере. Коэффициент усиления трехэлек^
троДной лампы определяется только ша¬
гом намотки спирали сетки: чем Гуще На¬
вита спираль, тем больше коэффициент
усиления. Следует отметить, что стрем¬
ление получить большой коэффициент
усиления в трехэлектродной лампе нахо¬
дится в противоречии с требованием
левого расположения анодно-сеточной
характеристики. Это следует из соотно¬
шения
<49>
связывающего между собой напряжение запирания ламп Ug0,
напряжение на аноде лампы Ua и коэффициент усиления ц.
Из соотношения видно, что чем большим коэффициентом усиле¬
ния ц обладает лампа, тем, при данной величине анодного напря¬
жения Ua, напряжение запирания Ug0 имеет меньшее значение,
т. е. тем более правым расположением анодно-сеточной характе¬
ристики обладает лампа. Левое расположение анодно-сеточной
характеристики в трехэлектродной лампе может быть получено
лишь путем значительного увеличения напряжения на аноде. Но
последнее делать нецелесообразно, так как при этом потребуется
применение высоковольтных батарей для питания анодной цепи,
имеющих значительные габариты и небезопасных в обращении
с ними.
Стремление получить большой коэффициент усиления в трех¬
электродной лампе находится в противоречии также и с другим
требованием — малой емкостью ме¬
жду анодом и сеткой лампы, так
как эта емкость имеет тем большую
величину, чем гуще сетка.
Все вышеперечисленные требова¬
ния в значительно большей мере
выполняются в четырехэлектродной
лампе. В четырехэлектродной лам¬
пе, кроме катода, анода и управля¬
ющей сетки, имеется еще экрани-
Рис. 92. Схема включения тетрода рующая сетка, размещенная между
анодом и управляющей сеткой
(рис. 92). На экранирующую сетку подается положительное на¬
пряжение, по величине несколько меньшее анодного напряжения
(около 50—60% анодного напряжения). Экранирующая сетка резко
Катодная
^~сётна
W
—0 +Н
Рис. 91. Схема включения
электрометрического тетро¬
да
7-1176
97
уменьшает вредную емкость между анодом и управляющей сеткой
и при большом коэффициенте усиления, без увеличения анодного
напряжения, позволяет получить левое расположение анодно-сеточ¬
ной характеристики.
Принцип уменьшения емкости между анодом и управляющей
сеткой поясняется рис. 93.
На рис. 93, а представлена эквивалентная схема усилителя на
триоде. Сетка и анод показаны в виде пластин g а а конденса¬
тора. Благодаря наличию такого конденсатора источник пере¬
менного напряжения, подключенный между сеткой и катодом лам¬
пы, будет не только управлять электронным потоком лампы, но
и создавать ток в нагрузочном сопротивлении Ra. Точно так же и
переменное напряжение UR, создаваемое на сопротивлении Ra, бу¬
дет вызывать ток в сеточной цепи благодаря связи между этими
цепями через тот же конденсатор.
Ur
Рис. 93. Принцип уменьшения емкости между
анодом и управляющей сеткой
На рис. 93, б представлена эквивалентная схема усилителя на
четырехэлектродной лампе. Между управляющей сеткой g и ано¬
дом а здесь помещена экранирующая сетка э, соединенная через
источник питания с катодом. В данной схеме сеточная и анодная
цепи усилителя оказываются развязанными. Ток, создаваемый
источником переменного напряжения Ug, будет в основном замы¬
каться на катод через емкость Cg3, а ток, создаваемый напряже¬
нием UK, будет в основном замыкаться на катод через емкость Саэ.
В соответствии с этим резко уменьшается влияние одной цепи на
другую, что эквивалентно уменьшению емкости Cag.
Наличие экранирующей сетки приводит также к уменьшению
влияния поля анода на электронный поток лампы, т. е. приводит
к увеличению коэффициента усиления ц, который в тетродах мо¬
жет принимать значение 300 и более. Увеличение коэффициента
усиления приводит к увеличению внутреннего сопротивления Rh
которое в тетродах имеет величину порядка сотен тысяч ом.
Наличие экранирующей сетки позволяет получать значитель¬
ные анодные токи при обычных величинах анодных напряжений.
Последнее означает, что в тетроде при тех же анодных напряже¬
98
ниях имеется возможность получить левое расположение анодно¬
сеточных характеристик. Величина напряжения запирания лам¬
пы Ug0 будет определяться не только анодным напряжением, но
и напряжением на экранирующей сетке £/э:
£/-—(50)
Величина ^э, входящая в это выражение, показывает, во сколько
раз напряжение на управляющей сетке действует сильнее, чем
такое же напряжение на экранирующей сетке.
Таким образом, преимуществами тетрода перед триодом яв¬
ляются малое значение емкости Cag и левое расположение анодно*
сеточных характеристик при значительном коэффициенте усиле¬
ния. Недостатком тетрода является возможность возникновения
динатронного эффекта, вносящего искажения в работу усилителя.
Сущность динатронного эффекта заключается в следующем.
При возрастании анодного тока увеличивается падение напряже¬
ния на сопротивлении Ra в анодной цепи. При этом напряжение
анода Ua будет снижаться, поскольку его величина определяется
следующей формулой, вытекающей из закона Ома:
Ua = U-IaRa,
где U — напряжение анодной батареи; IaRa — падение напряже¬
ния на сопротивлении Ra в анодной цепи.
При определенных величинах 1а анодное напряжение может
стать меньше напряжения на экранирующей сетке (в тех слу¬
чаях, когда laRa будет больше падения напряжения на гасящем
сопротивлении в цепи экранирующей сетки).
При наличии экранирующей сетви электроны, достигающие
анода, приобретают большую скорость и способны, ударяясь
с большой энергией о поверхность анода, вызвать явление вторич¬
ной эмиссии электронов с поверхности анода (рис. 94). Эти элек¬
троны будут притягиваться экранирующей сеткой в том случае,
если напряжение экранирующей сетки выше анодного. Они
создадут поток электронов в направлении, противоположном ос¬
новному потоку электронов, от катода к аноду, что вызовет рез¬
кое уменьшение анодного тока и увеличение тока в цепи экрани¬
рующей сетки. Уменьшение анодного тока крайне
нежелательно, так как оно приведет не только к
уменьшению коэффициента усиления, но и к иска- (У/&/лу
жению формы усиливаемого напряжения. Поэтому -1-1-4- J—^
во избежание нежелательного уменьшения анод¬
ного тока из-за динатронного эффекта в лампах
в непосредственной близости к аноду размещают
уретью, так называемую защитную, или анти-
д и натронную, сетку, которая обычно внутри ная эмиссия
лампы соединяется с катодом и имеет потенциал электронов с
катода. Защитная сетка отталкивает электроны, анода
izk
W
7*
99
w
вылетающие с поверхности анода в результате вторичной эмиссии,
и этим препятствует уменьшению анодного тока.
Лампы с пятью электродами — катодом, анодом, управляющей,
экранирующей и защитной сетками —называются пентодами
(рис. 95) и представляют собой основной тип ламп, применяемых
в усилительных схемах. Пентоды обладают все-
I ми преимуществами, присущими тетродам, и
в то же время лишены их недостатка — возмож-
ЗШцшпная ности возникновения в них динатронного
сетка эффекта.
§ 24. Маркировка электронных ламп. Каждый
тип ламп имеет свое условное обозначение. При¬
нятая в настоящее время система маркировки
Рис. 95. Схемати- электронных ламп состоит из четырех знаков:
ческое изображе- — первый знак — цифра, обозначает (при-
ние пент°да близительно) напряжение накала в вольтах; на¬
пример, в дозиметрических приборах применяют¬
ся лампы, условное обозначение которых начинается с цифры «1»,
это означает, что напряжение накала приблизительно равно 1 в (точ¬
нее 1,2 в); если условное обозначение лампы начинается с циф¬
ры «6», то это значит, что напряжение накала ламп равно 6,3 в;
— второй знак — буква, является условным обозначением типа
лампы; например, буква «Ж» обозначает, что данная лампа яв¬
ляется пентодом;
— третий знак — цифра, обозначает номер заводской серии;
— четвертый знак — буква, обозначает форму баллона лампы;
в войсковых дозиметрических приборах применяются лампы, имею¬
щие стеклянные баллоны «пальчиковой» (обозначаются бук¬
вой «П»), «сверхминиатюрной» (обозначаются буквой «Б») и «же¬
лудевой» (обозначаются буквой «Ж») формы.
«Пальчиковые» баллоны имеют цилиндрическую форму; диа¬
метр баллона 19 мм, длина 67 мм. По своей форме они напоминают
палец, откуда и происходит их название. Баллоны «сверхминиатюр¬
ной» формы обладают малыми габаритами. Длина такого баллона
38 мм, сечение в плоскости, перпендикулярной оси баллона, оваль¬
ное с размерами 10 X 7,25 мм. Некоторые баллоны имеют форму
желудя, поэтому называются «желудевыми».
§ 25. Электронные лампы, применяемые в войсковых дозиметри¬
ческих приборах. Лампа 1Э1П представляет собой специальный
электрометрический тетрод. Особенностью ее является
очень высокое сопротивление участка управляющая сетка —катод.
Если в обычных электронных лампах величина этого сопротивле¬
ния не превышает 107—108 ом, то в электрометрических лампах
она достигает 1012—1013 ом. Лампа имеет две сетки, одна из кото¬
рых является управляющей, а вторая, расположенная между
управляющей сеткой и катодом, катодной.
Электрометрические лампы работают при низком анодном на¬
пряжении и обладают малой крутизной характеристики, что исклю¬
чает возможность применения их в усилительных схемах.
100
В новейших дозиметрических приборах применяется электро¬
метрический триод 1ЭЗП.
Лампа 2П1П представляет собой тетрод с баллоном «пальчи¬
ковой» формы. Крутизна характеристики этой лампы достаточно
велика, что позволяет использовать лампу в
усилительных схемах. Особенностью лампы яв¬
ляется то, что ее катод состоит из двух по¬
ловин. Это дает возможность использовать
лампы источ-
в и 1 в (при
использовании одной половины катода).
2 П1П
для питания цепи накала этой
ники питания с напряжением 2
1Э1П
Рис. 96. Нумерация но¬
жек электронной лампы
с баллоном „пальчико¬
вой" формы
1Б1П
Рис. 97. Цоколев¬
ка некоторых ти¬
пов электронных
ламп
В усилителях новейших дозиметрических приборов применяется
лампа 1П4Б, представляющая собой пентод, имеющий баллон
«сверхминиатюрной» формы.
Лампа 1Б1П является комбинированной: она представляет со¬
бой сочетание двух отдельных ламп — диода и пентода — в одном
баллоне. Катод ламп общий.
В табл. 4 приведены основные данные некоторых электронных
ламп, применяемых в войсковых дозиметрических приборах.
Таблица 4
Основные данные некоторых типов электронных ламп
Условное обозначение и тип лампы
Крутизна
характеристики
Внутреннее
сопротивление
Анодное напря¬
жение, в
1Э1П — электрометрический
50±15 мка!в
30 КОМ
6—8
тетрод
1ЭЗП — электрометрический
80 мка [в
27 ком
6—8
триод
2П1П — тетрод
2 ма1в
—
80
1П4Б — пентод
0,4 ма1в
200 ком
45
1Б1П — диод-пентод
0,35 ма/в
625 ком
67,5
6Ж1Б — пентод
4,8 ма[в
200 ком
120
6Ж1Ж — пентод
1,6 Male
1,2 мгом
250
101
§ 26. Цоколевка электронных ламп. Для правильного включения
лампы в схему необходимо знать ее цоколевку, т. е. схему со¬
единения ножек лампы с ее электродами.
Ножки лампы имеют порядковую нумерацию, считаемую по ча¬
совой стрелке, если смотреть на днище лампы снизу (для ламп
с баллоном «пальчиковой» формы). Счет ножек начинается с пер¬
вой ножки, следующей за большим интервалом между ножками
(рис. 96).
Цоколевка некоторых из ламп, перечисленных в табл. 4, пока¬
зана на рис. 97.
Лампы с баллонами «пальчиковой» формы вставляются в па¬
нели, имеющие отверстия, соответствующие расположению ножек
лампы. Нумерация отверстий панели производится также начиная
с большого интервала между отверстиями, но против часовой
стрелки, если смотреть на панель с той стороны, с которой в нее
вставляется лампа. Проводники схемы припаиваются к выводам
панели с ее нижней стороны.
Лампы с баллонами «сверхминиатюрной» формы впаиваются
в схему непосредственно, без панели.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое термо-, фото-, автоэлектронная и вторичная эмиссии электронов?
2. Объясните устройство катодов и анодов электронных ламп.
3. Вычертите схему включения диода и объясните ее работу.
4. Вычертите схему включения триода и объясните ее работу.
5. Вычертите и объясните анодно-сеточную характеристику триода.
6. Перечислите и объясните параметры трехэлектродной лампы.
7. Для чего на управляющую сетку лампы подается отрицательное напряже¬
ние смещения?
8. Для чего предназначается экранирующая сетка в тетроде?
9. Для чего предназначается защитная сетка в пентоде?
10. Перечислите основные типы ламп, применяемых в войсковых дозиметриче¬
ских приборах, и поясните их маркировку.
11. Объясните принцип действия лампового усилителя на сопротивлении.
12. Объясните работу элемента связи RC между двумя каскадами усилителя.
13. Объясните принцип действия лампового усилителя на трансформаторе.
14. Объясните, почему обычные вольтметры не могут применяться для измерения
напряжения на конденсаторах и падения напряжения на высокомегомных со¬
противлениях.
15. Объясните принцип действия лампового вольтметра.
16. Объясните причины возникновения сеточных токов в лампах,
17. Перечислите особенности электрометрических ламп.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАМПЫ
§ 1. Неоновые лампы. В дозиметрических приборах наряду с ва¬
куумными электронными лампами применяются газоразряд¬
ные лампы, баллон которых заполняется газом (обычно инерт¬
ным) . К числу таких ламп относятся неоновые лампы.
Неоновая лампа (рис. 98) представляет собой стеклянный бал¬
лон, заполненный неоном. Внутри баллона создается некоторое раз¬
режение. В баллоне размещаются два электрода. Пока
напряжение, приложенное к электродам неоновой
лампы, не достигло определенной величины, назы¬
ваемой порогом зажигания лампы, неон в
лампе является диэлектриком, и ток через лампу не
проходит. Как только напряжение, приложенное к
электродам, превысит порог зажигания, в лампе начи¬
нается ионизация атомов неона под действием сил
электрического поля, газовая среда становится токо- Риа98. Схе-
проводящей, через лампу начнет проходить электриче- матическое
ский ток, что сопровождается ярко-красным свечением изображе-
неона. При уменьшении напряжения, приложенного н“®й л“®°нь°'
к электродам лампы, прохождение тока будет продол¬
жаться до тех пор, пока напряжение не станет меньше определен¬
ной величины, называемой порогом гашения лампы. Как
только напряжение станет меньше порога гашения, прохождение
тока через лампу и свечение неона прекратятся.
Неоновые лампы могут применяться для сигнализации о по¬
даче в цепь напряжения определенной величины, превышающей
порог зажигания лампы, и для регистрации числа импульсов тока
или напряжения. Принцип этой регистрации будет изложен во
втором разделе настоящего учебника.
§ 2. Стабилитроны. К числу .газоразрядных ламп относятся
также стабилитроны, применяемые для стабилизации на¬
пряжения.
Стабилитрон представляет собой стеклянный баллон, напол¬
ненный аргоном или неоном. Внутри баллона помещаются катод,
имеющий форму цилиндра, и анод — тонкий металлический стер¬
жень, расположенный по оси цилиндра-катода (рис. 99),
103
Вольтамперная характеристика стабилитрона показана на
рис. 100. Особенностью ее является то, что при приложении к ста¬
билитрону напряжения, превышающего напряжение зажигания,
ток, протекающий через стабилитрон, очень резко изменяется
при изменении напряжения. Из характеристики видно, что при из¬
менении напряжения, приложенного к стабилитрону в неболь¬
ших пределах — от Ui до £/2, ток стабилитрона изменяется
^ст. min Л® А:т. max'
Рис. 99. Устройство ста¬
билитрона:
I — стеклянный баллон;
2 — катод; 3 — анод
Рис. 100. Вольтамперная характеристика
стабилитрона
Схема включения стабилитрона показана на рис. 101. После¬
довательно с источником стабилизируемого напряжения U и ста¬
билитроном включается дополнительное сопротивление R. Полез¬
ная нагрузка R„ присоединяется параллельно стабилитрону.
Принцип стабилизации на-
R пряжения состоит в следую-
,0 щем. Допустим, что напряже¬
ние источника U уменьшилось
на некоторую величину AU.
а т -г-'* Последнее вызовет уменьшение
1 напряжения на стабилитроне.
I Уменьшение напряжения на
стабилитроне на небольшую
величину AUCT вызовет незна¬
чительное уменьшение (Д/н)
тока, протекающего через на¬
грузку /?„, и весьма значительное уменьшение (Д/ст) тока, проте¬
кающего через стабилитрон. Уменьшение токов /сх и /н в свою
очередь вызовет уменьшение падения напряжения на сопротивле¬
нии R на величину Ai/K:
AUr — (Д/ст + Д/н) R.
Таким образом, уменьшение напряжения источника питания
на величину ДU вызовет одновременное уменьшение падения на¬
Рис. 101. Схема включения стаби¬
литрона
104
пряжения на сопротивлении R на величину ДUR и уменьшение
напряжения на стабилитроне на величину Д£УСХ. Эти величины
связаны между собой соотношением
Д£/= AUr + Ш„.
Величина MJR будет превышать Д£/Ст примерно во столько
раз, во сколько раз сопротивление R превышает внутреннее сопро¬
тивление стабилитрона Rt. При R Rt уменьшение напряжения
источника вызовет лишь уменьшение падения напряжения на со¬
противлении R. Напряжение же на стабилитроне, а следователь¬
но, и на сопротивлении нагрузки Ra будет оставаться практически
постоянным.
Напряжение на нагрузке будет оставаться постоянным не толь¬
ко при уменьшении, но и при увеличении напряжения источника
питания. Очевидно, что это увеличение приводит
лишь к увеличению падения напряжения на со¬
противлении R.
Стабилизация напряжения в схеме, приведен¬
ной на рис. 101, имеет место не только при изме¬
нении напряжения источника питания, но и при
изменении сопротивления нагрузки RH. Рассуж¬
дая аналогично вышеизложенному, легко прийти
к заключению, что всякие изменения сопротив¬
ления нагрузки будут приводить лишь к пере¬
распределению величин токов, протекающих че¬
рез стабилитрон и сопротивление нагрузки.
Сумма же этих токов останется постоянной.
В соответствии с этим будут оставаться неиз¬
менными падение напряжения на сопротивлении R и напряжение
на стабилитроне и сопротивлении нагрузки.
§ 3. Тиратрон с холодным катодом. Тиратрон с холодным като¬
дом представляет собой неоновую лампу с тремя электродами.
Условное изображение его показано на рис. 102. Два основных
электрода, один из которых является катодом, а другой — ано¬
дом, представляют собой коаксиальные цилиндры. К аноду и ка¬
тоду приложено напряжение, величина которого несколько мень¬
ше порога зажигания и больше порога гашения. Между анодом и
катодом (ближе к катоду) расположен третий электрод, называе¬
мый зажигающим.
Если к зажигающему электроду приложен отрицательный или
недостаточный по величине положительный потенциал, ионизации
газа в лампе и прохождения тока через лампу не будет. Если к за¬
жигательному электроду приложить положительный импульс на¬
пряжения определенной величины (запускающий импульс), то
вследствие большой напряженности поля между зажигающим
электродом и катодом возникнет ионизация газа, причем процесс
ионизации быстро распространится на весь объем лампы.
Газ, находящийся между анодом и катодом, станет токопроводя¬
щим и по цепи, соединяющей анод и катод, потечет ток. Ток будет
Рис. 102. Схемати¬
ческое изображе¬
ние тиратрона с
холодным„катодом:
/ — катод; 2 — анод;
3 — зажигающий элек¬
трод
105
проходить и после того, как прекратится действие запускающего
импульса, так как ионизация газа продолжится вследствие дейст¬
вия электронов, летящих от катода к аноду. Для прекращения
прохождения тока через лампу нужно уменьшить напряжение,
приложенное к аноду, до величины, меньшей, чем порог гашения
лампы.
В описанной лампе подогрев катода не производится и про¬
хождение тока обеспечивается свободными электронами, выбивае¬
мыми из атомов газа. Поэтому данная лампа называется тира¬
троном с холодным катодом, или безнакальным тиратроном.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните устройство и работу неоновой лампы.
2. Вычертите и объясните работу схемы для стабилизации напряжения при по¬
мощи стабил'итрона.
3. Объясните устройство и работу тиратрона с холодным катодом.
МОД
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
§ 1. Электронная и «дырочная» проводимость. Выше указыва¬
лось, что в твердых проводниках электрический ток представляет
собой упорядоченное движение свободных электронов. Такой ток
называется электронным.
В полупроводниках электрический ток может создаваться не
только свободными электронами, но и электронами внешних сло¬
ев электронных оболочек атомов, слабо связанных со своими
ядрами. Представим себе, что внешний
электрон одного из атомов под дей¬
ствием сил электрического поля ото¬
рвался от своего атома. В электрон¬
ной оболочке этого атома образова¬
лась своеобразная «дырка». Пустую-
оосг
о
шее место в электронной оболочке рас- 5 ( )
сматриваемого атома быстро запол-
нится одним из электронов соседнего
атома, но такое заполнение означает,
что «дырка» образовалась в электрон- 8 (
ной оболочке соседнего атома, отдав¬
шего свой электрон. Далее эта «дыр¬
ка» заполнится электроном третьего Рис-1°3- Механизм „дырочной”
атома; следовательно, «дырка» обра- проводимости
зуется в оболочке третьего атома и т. д.
Если направление сил электрического поля таково, что электроны
двигаются, например, слева направо, то «дырки» будут переме¬
щаться справа налево (рис. 103). Таким образом, «дырка» ведет
себя подобно частице, имеющей положительный электрический за¬
ряд, по абсолютной величине равный заряду электрона. Если
согласиться с таким условным предположением, то следует при¬
знать, что в полупроводниках, помимо электронного тока, может
быть и «дырочный» ток.
В зависимости от характера примесей, находящихся в полу¬
проводнике, основное значение может приобретать или электрон¬
ный, или «дырочный» ток. Если к полупроводнику добавить при¬
107
месь атомов, легко отдающих свои внешние электроны, то в та¬
ком полупроводнике будет преобладать электронный ток. Полу¬
проводник в этом случае будет обладать электронной про¬
водимостью, обозначаемой буквой п, а примесь, создающая
избыток свободных электронов, называется д о н о р н о й (т. е.
«дарящей» свободные электроны). Если к полупроводнику доба¬
вить примесь атомов, легко присоединяющих к себе электроны, то
в таком полупроводнике будет преобладать «дырочный» ток. Полу¬
проводник в этом случае будет обладать «д ы р о ч н о й» прово¬
димостью, обозначаемой буквой р, а примесь, поглощающая
электроны, называется акцепторной (т. е. «принимающей»
электроны).
§ 2. Свойствар—я перехода. п
Представим себе (рис. 104)
стык двух полупроводников,
©♦©+©
0
©
©-©-©
© <§*©
0
©
©-©■©
0+0+0
©
©
©-©-©
+0+0
©
©
©
©
©-
-©-
+©+©
0
©
©
©
©-
-©+©
©
©
©
©
©-
-©-
+ ©+©
©
©
©
©
©-
-©-
H I 111
Рис. 104. Запорный слой на стыке
двух полупроводников
Рис. 105. Расширение запорного слоя
при подключении батареи в запираю¬
щем направлении
один из которых обладает «дырочной» проводимостью (слой р), а
другой — электронной (слой п). На рисунке значками «+» и «—»
обозначены соответственно дырки и электроны, а значками « + » и
«—» в кружочках — атомы доноров и акцепторов. Атомы доноров
и акцепторов распределены в толще проводника равномерно вслед¬
ствие их почти полной неподвижности. Дырки и электроны несколь¬
ко сконцентрированы в стороне от стыка, называемого р — «-сты¬
ком, или р — л-переходе м. Концентрация дырок влево от р — п-
перехода объясняется отталкивающим действием суммарного по¬
ложительного заряда атомов-доноров, а концентрация электронов
вправо от р — «-перехода — отталкивающим действием суммарного
отрицательного заряда атомов-акцепторов. Атомы-доноры, легко
отдающие свои электроны, будут легко превращаться из электри¬
чески нейтральных атомов в положительные ионы, обладающие
суммарным положительным зарядом. Соответственно атомы-акцеп¬
торы, легко принимающие электроны, будут легко превращаться
в отрицательные ионы, обладающие суммарным отрицательным за¬
рядом. Таким образом, в слое п вблизи границы создается обедне¬
ние электронами, а в слое р, также вблизи границы, создается обед¬
нение дырками. Пограничная область с пониженной концентрацией
свободных носителей зарядов будет обладать повышенным сопро¬
тивлением; эту область принято называть запирающим
108
слоем. Запирающий слой препятствует перетеканию дырок в элек¬
тронную область и, наоборот, электронов в дырочную область.
Если к слою п подключить положительный полюс батареи, а
к слою р — отрицательный (рис. 105), то положительный полюс
будет притягивать к себе электроны и смещать их еще более впра¬
во, а отрицательный полюс будет притягивать дырки и смещать
их еще более влево of р—«-перехода. В результате область запи¬
рающего слоя окажется более расширенной, Сопротивление этого
слоя увеличится, а проводимость полупроводника уменьшится.
Подключение батареи, показанное на рис. 105, называется под¬
ключением в обратном, или запирающем направлении.
Если батарею подключить в противоположном направлении,
т. е. к слою п подключить от¬
рицательный полюс батареи, Р п
а к слою р — положительный q q+q+q @~@~@ 0
(рис. 106), то положительный ~ ~
полюс батареи будет отталки-
вать дырки в направлении к © © © © © © © ©
электронной области, а отри- с\+р)’|’р)+,с\-
цательный полюс будет оттал- — 1^—1
кивать электроны в направле¬
нии к дырочной области. В об-
ласти р—«-перехода дырки и 1 '
электроны встречаются и ре- рИс. 106. Сокращение запорного слоя
комбинируют. При каждой ре- при подключении батареи в пропуск-
комбинации дырки и электрона ном направлении
в дырочной области полупро¬
водника разрушается одна связь электрона с атомом. При этом осво¬
бодившийся электрон переходит на положительный полюс бата¬
реи, а образовавшаяся дырка начинает перемещаться по направ¬
лению к электронной области. Одновременно от отрицательного
полюса батареи перемещается электрон, восполняющий убыль
электронов в «-области. Через полупроводник, таким образом, в
течение всего времени, пока к нему приложено напряжение, бу¬
дет течь электрический ток и сопротивление полупроводника будет
малым.
Подключение батареи, показанное на рис. 106, называется
подключением в прямом, или пропускном направлении.
Благодаря своей способности пропускать ток в одном направ¬
лении и не пропускать в другом полупроводник с р—«-переходом
обладает выпрямляющим действием. Такой полупроводник пред¬
ставляет собой диодный выпрямитель, который может быть ис¬
пользован для преобразования переменного напряжения в по¬
стоянное.
§ 3. Селеновые выпрямители. Селеновые выпрямители обла¬
дают свойством пропускать ток только в одном направлении и поч¬
ти не пропускать его в обратном направлении. В них используется
свойство полупроводников, в частности элемента селен (Se),
©+©+©+©
©+©+©+©_
© ©+©+©_
© © © ©
+© !©!©_©
+©_©_©_©
+©_©_©_©
© © © ©
109
создавать слои униполярной проводимости, т. е. такие слои, кото¬
рые при пропускании тока в одном направлении обладают срав¬
нительно небольшим сопротивлением, а при пропускании тока
в противоположном направлении обладают очень большим сопро¬
тивлением.
Селеновые выпрямители, применяемые в дозиметрической ап¬
паратуре, обычно представляют собой набор последовательно
соединенных стальных или алюминиевых дисков, имеющих диа¬
метр порядка нескольких миллиметров и помещенных в запаян¬
ную плексигласовую ампулу. С одной стороны диски покрыты
тонким слоем селена, а поверх селена — тонким слоем сплава из
висмута, кадмия и олова. В за¬
висимости от рабочего напря¬
жения длина ампулы и коли¬
чество дисков могут быть боль¬
ше или меньше; диаметр дис-
0-
0—
s—
о
о ^
•т
О
-С0
Id¬
ee е ©
etetefe
Рис. 107. Схема включения
селенового выпрямителя
Рис. 108. Принцип устройства и дей¬
ствия германиевого триода:
/ — пластинка из германия (база); 2—капля
индия (эмиттер); 3 — вторая капля индия (кол¬
лектор)
ков определяется величиной протекающего через выпрямитель
тока. Если к селену приложить положительный потенциал, а к слою
сплава из висмута, кадмия и олова — отрицательный, то величина
тока, проходящего через диски, будет значительно больше, чем в
случае противоположной полярности.
При включении селенового выпрямителя в цепь источника пе¬
ременного напряжения вследствие униполярной проводимости вы¬
прямителя величина тока в течение одного полупериода будет зна¬
чительно больше, чем в течение другого полупериода (при изме¬
нении полярности напряжения). Приближенно можно считать,
что в этом случае по цепи будет протекать импульсный ток.
Селеновые выпрямители в сочетании с накопительными кон¬
денсаторами могут использоваться для выпрямления переменного
тока (рис. 107). Принцип работы селенового выпрямителя анало¬
гичен принципу работы ранее рассмотренного лампового выпря¬
мителя, лишь с той разницей, что электронная лампа-диод заме¬
няется селеновым выпрямителем.
§ 4. Германиевые триоды. Полупроводниковые приборы могут
выполнять также функции триода. Примером этого может слу¬
жить германиевый триод, применяемый в некоторых НО'
вейших дозиметрических приборах.
110
Германиевый триод (рис. 108) состоит из пластинки кристалла
германия, обладающего n-проводимостью и называемого базой.
С противоположных сторон базы вплавлены две капли индия,
обладающего р-проводимостью. Одна из капель индия называется
эмиттером, а другая — коллектором. На границах сты¬
ков индий-—германий образуются запорные слои. Благодаря нали¬
чию двух запорных слоев (первый—на стыке эмиттера и базы,
второй — на стыке базы и коллектора) проводимость участка
эмиттер—коллектор будет очень малой.
Подключим к участку эмиттер—коллектор батарею так, чтобы
положительный полюс батареи был соединен с эмиттером, а отри¬
цательный — с коллектором. Из-за большого сопротивления вну¬
три полупроводникового прибора ток в цепи батареи практически
будет отсутствовать. Положение изменится, если сообщить базе
отрицательный потенциал по отношению к эмиттеру. Как было
разъяснено выше, ширина запорного слоя между эмиттером и
базой уменьшится. При этом «дырки» из эмиттера будут «впрыс¬
киваться» в базу, в результате чего база как бы обогатится «дыр¬
ками», что вызовет уменьшение ширины запорного слоя и на сты¬
ке база—коллектор. Следствием этого явится увеличение проводи¬
мости участка эмиттер—коллектор; по цепи батареи потечет элек¬
трический ток. Возрастание абсолютной величины отрицательного
потенциала базы приведет к еще большему сокращению ширины
запорных слоев и возрастанию тока, текущего через участок эмит¬
тер— коллектор. Таким образом, изменяя величину отрицатёльного
потенциала базы, можно регулировать величину тока, текущего
через участок эмиттер—коллектор.
Подобно тому как в обычных триодах путем изменения потен¬
циала управляющей сетки можно управлять величиной анодного
тока, в полупроводниковом триоде путем изменения потенциала
базы можно управлять величиной тока коллектора. Поэтому
при рассмотрении работы полупроводникового триода базу мож¬
но сравнивать с управляющей сеткой, коллектор — с анодом, а
эмиттер — с катодом. Разница будет заключаться лишь в том, что
в электронной лампе катод является эмиттером электронов, а в
полупроводниковом триоде эмиттер выделяет не электроны, а
«дырки». В электронной лампе уменьшение абсолютной величины
отрицательного потенциала управляющей сетки вызывает увели¬
чение анодного тока. В полупроводниковом триоде, наоборот, для
увеличения тока коллектора необходимо увеличивать абсолютную
величину отрицательного потенциала базы.
§ 5. Преимущества полупроводников. Полупроводниковые при¬
боры по сравнению с электронными лампами обладают рядом
весьма существенных преимуществ.
В полупроводниковых приборах не расходуется электрическая
энергия на нагрев катода, отпадает необходимость в источнике пи¬
тания цепи накала. Вследствие этого приборы с использованием
полупроводников значительно экономичнее аналогичных прибо¬
ров с использованием электронных ламп. Необходимо учитывать
111
также, что источники питания цепей накала должны обладать до¬
статочной емкостью и соответственно имеют относительно боль¬
шие габариты. Поэтому отказ от источников питания накала по¬
зволит значительно уменьшить габариты всего прибора.
Полупроводниковые приборы в механическом отношении зна¬
чительно прочнее хрупких электронных ламП. Следовательно, пб-
ЛупровОдники буДут более надежными в полевых приборах, кото¬
рые в силу условий эксплуатаций неизбежно будут подвергаться
толчкам и сотрясениям.
Полупроводниковые приборы обладают значительно меньШИ-
Ми габаритами, чем соответствующие им электронные лампы. По¬
этому, применяя полупроводники в сочетании с так называемыми
микросопротивлениями и микроконденсаторами (так называются
детали электрических цепей, имеюшие уменьшенные габариты),
можно значительно уменьшить размеры и вес прибора.
Полупроводниковые приборы имеют значительно больший срок
службы, чем электронные лампы.
Перечисленные преимущества полупроводников открывают ши¬
рокие перспективы их использования в различных видах военной
техники, в частности в войсковых дозиметрических приборах.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое электрояиая и «дырочная» проводимость?
2. Объясните свойства р—я-стыка.
3. Объясните устройство селенового выпрямителя и его работу в схеме для вы¬
прямления переменного тока.
4. Объясните устройство и принцип действия германиевого триода.
5. Поясните преимущества полупроводников перед электронными лампами,
Раздел второй
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ II ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЯДЕРНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
§ 1. Радиоактивные изотопы. Изотопы химических элементов
в отношении устойчивости ядер их атомов разделяются на ста¬
бильные и радиоактивные.
Стабильными называются изотопы, ядра атомов которых
представляют устойчивые образования. Изменить состав таких
ядер можно только при достаточно мощном внешнем воздействии,
например путем облучения нейтронным потоком. Самопроизвольно
изменять свой состав эти ядра не могут. Например, ядро ста¬
бильного изотопа гелия Не^ всегда состоит из двух протонов и
двух нейтронов.
Радиоактивными называются изотопы, ядра атомов кото¬
рых представляют неустойчивые образования, способные самопро¬
извольно изменять свой состав. Например, ядро радиоактивного
изотопа стронция Sr398° состоит из 38 протонов и 52 нейтронов.
Однако без всяких внешних воздействий, самопроизвольно (спон¬
танно) один из нейтронов этого ядра может превратиться в про¬
тон. Новое ядро, возникшее в результате такого превращения, бу¬
дет состоять из 39 протонов и 51 нейтрона и будет представлять
собой уже не ядро атома стронция, а ядро изотопа иттрия УЦ.
Один и тот же химический элемент может иметь несколько
изотопов, одни из которых будут стабильными, а другие будут
радиоактивными. Например, изотоп кобальта Со^ является ста¬
бильным, а изотоп кобальта Со®°— радиоактивным.
§ 2. Естественная и искусственная радиоактивность. Некоторые
радиоактивные изотопы встречаются в природе. К их числу отно¬
сятся, например, уран, радий, торий и др. Такие радиоактивные
изотопы называются естественными.
Большинство радиоактивных изотопов получается искусствен¬
ным путем, поэтому они называются искусственными.
Искусственные изотопы можно получать путем облучения стабиль¬
ных изотопов нейтронами в ядерных реакторах. Например, облу¬
чая потоком нейтронов стабильный изотоп кобальта Со®®, можно
8-1176
113
получить радиоактивный изотоп кобальта Со^. При этом проио-
ходит следующая ядерная реакция:
Большое количество искусственных радиоактивных изотопов
образуется при атомном взрыве в результате деления ядер атом¬
ного заряда (уран-233, уран-235, плутоний-239). Явление искусст¬
венной радиоактивности было открыто в 1934 г. выдающимся
французским физиком Фредериком Жолио-Кюри.
§ 3. Понятие о радиоактивном распаде. Самопроизвольное пре¬
вращение ядра атома радиоактивного элемента в ядро атома дру¬
гого элемента называется радиоактивным распадом.
Ядро, которое распадается, называется материнским; полу¬
чившееся в результате распада ядро называется дочерним.
Например, Со|£, распадаясь, превращается в стабильный изо¬
топ никеля NiSjg. Ядро Со“ в этом случае будет являться мате¬
ринским, а ядро Ni®£ — дочерним. Радиоактивный изотоп Sr^,
распадаясь, превращается в изотоп иттрия Ygg, который, являясь
также радиоактивным, затем превращается в стабильный изотоп
циркония Zr$jj. Ядро будет являться дочерним по отношению
к ядру Sr^ и материнским — по отношению к ядру Zr
Радиоактивные изотопы характеризуются периодом полу¬
распада. Под периодом полураспада (Г) понимается время,
за которое распадается половина всех ядер данного изотопа. Пе¬
риоды полураспада для каждого изотопа представляют собой
вполне определенную величину. Для различных изотопов они могут
колебаться в очень широких пределах — от миллиардов лет до до¬
лей секунды. В табл. 5 приведены величины периодов полураспада
для некоторых радиоактивных изотопов.
Со®® + п\ -* Cog.
Таблица 5
Периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов
Изотоп
Период полураспада, Т
4,5 млрд. лет
891 млн. лет
24 ООО лет
1600 лет
27,7 года
5,3 года
v90
39
61 час
Не®
15 сек
6-10-20 сек
114
Поясним физический смысл периода полураспада на примере.
Предположим, что имеется 1 г радиоактивного кобальта Со!$.
В результате самопроизвольного распада ядер этого изотопа и
превращения их в ядра никеля-60 через 5,3 года от 1 г кобаль¬
та-60 останется всего '/г г. Остальные 7г г превратятся в ни¬
кель-60. Через 10,6 года будет '/4 г кобальта-60 и 3Д г никеля-60,
через 15,9 года — ’/в г кобальта-60 и 7/в г никеля-60 и т. д. Если
в момент времени to радиоактивное вещество состояло из No ато¬
мов, то в результате радиоактивного распада количество атомов
данного радиоактивного вещества будет непрерывно умень¬
шаться. Количество нераспавшихся атомов N радиоактивного ве¬
щества можно подсчитать по формуле
ЛГ лг ~°'6Э37 (51)
N = N0e , v ’
где t — время, прошедшее с исходного момента to', е — основание
натуральных логарифмов и Г — период полураспада. Величины t
и Т должны быть выражены в одинаковых единицах измерения
времени.
§ 4. Виды радиоактивного распада. Существуют два вида ра¬
диоактивного распада ядер: альфа-распад и бета-распад.
При альфа-распаде ядро атома радиоактивного изотопа
испускает так называемые альфа-частицы, состоящие из двух
протонов и двух нейтронов каждая и обладающие, следовательно,
двойным положительным электрическим элементарным зарядом
и массой, приблизительно в четыре раза превышающей массу
протона. Альфа-частица представляет собой ядро атома гелия Не^.
Получающееся при альфа-распаде дочернее ядро имеет поряд¬
ковый номер в периодической таблице Д. И. Менделеева меньше
материнского на две единицы, а массовое число — меньше на
четыре единицы. Например, плутоний-239 в результате альфа-рас¬
пада превращается в уран-235:
Puff -*• U9f + Не2‘
При бета-распаде внутри ядра происходит превращение
нейтронов в протон или протона в нейтрон. При этом превраще¬
нии внутри ядра образуется электрон или позитрон, называемые
бета-частицами. Одновременно с испусканием бета-части¬
цы из ядра вылетает нейтрино — элементарная частица, обладаю¬
щая очень малой массой и не имеющая электрического заряда.
Бета-распад с испусканием электрона внутриядерного проис¬
хождения называется электронным бета-распадом, а испущенный
ядром электрон — отрицательной бета-частицей. Испускание яд¬
ром позитрона имеет место при позитронном бета-распаде, а пози¬
трон в этом случае будет называться положительной бета -частицей.
Получающееся при электронном бета-распаде дочернее ядро
будет иметь порядковый номер на одну единицу больше, чем ма-
8*
115
tepHHCKoe, и такое же массовое число. Например, стронции-90
в результате бета-распада превращается в иттрий-90:
Sr93^Y» + p-
Дочернее ядро, образующееся при позитронном бета-распаде,
будет иметь порядковый номер на единицу меньше материнского
и такое же массовое число. Например, натрий-22, испуская по¬
зитрон, превращается в неон-22:
Na?2 -> Neg + р+.
Радиоактивный распад сопровождается испусканием из ядра
альфа-частицы или бета-частицы. Альфа- и бета-распады часто
сопровождаются испусканием из ядра гамма-излучений, представ¬
ляющих собой поток особых материальных частиц, называемых
квантами.
Альфа- и бета-частицы, а также гамма-кванты, испускаемые
ядрами при радиоактивных распадах, называются ядерными
излучениями. Ядерные излучения называют также радиоак¬
тивными излучениями.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие изотопы называются стабильными и радиоактивными?
2. Что называется радиоактивным распадом?
3. Что называется альфа-распадом?
4. Что называется бета-распадом?
ГЛАВА ВТОРАЯ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ
§ 1. Возбуждение и ионизация атомов вещества ядерными из¬
лучениями. Ядерные излучения, проходя через любую среду, всту¬
пают во взаимодействие с атомами (молекулами) этой среды. В ре¬
зультате этого взаимодействия излучения передают свою энергию
атомам (молекулам) среды. Следовательно, энергия атомов облу¬
чаемой среды будет возрастать.
Энергия атома не может испытывать любых изменений. Она
может изменяться только на определенные, так называемые дис¬
кретные, значения и только скачками. Последнее является рледст-
вием того, что атомы любого элемента могут поглощать или ис¬
пускать энергию только строго определенных (для данного эле¬
мента) величин.
Атому каждого элемента присущи определенные энергетиче¬
ские уровни, каждый из которых соответствует определенному
количеству энергии, которым может обладать данный атом. Наи¬
меньшая энергия, присущая данному атому, соответствует основ¬
ному энергетическому уровню атома. Атом, получивший извне
дополнительную энергию, переходит на высший энергетический
уровень и будет называться возбужденным. Количество по¬
глощенной атомом энергии Е будет равно разности энергетиче¬
ских уровней:
E = Ei-E2, (52)
где Е2 — энергетический уровень атома до поглощения энергии и
Ei — более высокий энергетический уровень, на который перешел
атом после поглощения энергии извне.
Энергия, необходимая для возбуждения атома, называется п о-
тенциалом возбуждения. Для большинства газов потен¬
циал возбуждения составляет величину порядка нескольких элек-
тронвольт.
Примерно через 10~8 —10~7 сек после возбуждения атом
' самопроизвольно вернется в основное состояние, испустив при
этом «частицу» света — фотон. Испускание возбужденным ато¬
мом фотона называется высвечиванием. Энергия фотона будет
117
равна разности между энергетическим уровнем атома в возбуж¬
денном состоянии и тем низшим энергетическим уровнем, на кото¬
рый атом переходит после высвечивания.
У некоторых веществ атомы, перейдя в возбужденное состоя¬
ние, остаются в возбужденном состоянии и не могут самостоя¬
тельно, высвечивая фотон, возвратиться в основное состояние. Та¬
кое состояние возбужденных атомов называется метастабильным.
Только в том случае, если этим возбужденным атомам сообщить
еще некоторое количество дополнительной энергии и перевести их
на более высокий энергетический уровень, они самостоятельно воз¬
вращаются на основной уровень.
Если энергия, поглощенная атомом, окажется достаточной для
того, чтобы не только возбудить атом, но оторвать от него один
или несколько электронов, то атом, лишенный одного или несколь¬
ких электронов, получит преобладающий положительный электри¬
ческий заряд и станет положительным ионом. Энергия, необходи¬
мая для ионизации атома, называется потенциалом иони¬
зации. Величина потенциала ионизации для данного вещества
больше величины потенциала возбуждения.
Поскольку для возбуждения требуется меньшая энергия, чем
для ионизации, число ионизированных атомов обычно бывает в
2—4 раза меньше числа возбужденных атомов.
В результате ионизации атомов газовой среды излучениями про¬
исходит превращение электрически нейтрального атома в пару за¬
ряженных частиц, состоящих из положительного иона (остаток
атома, лишенный электрона) и электрона, оторванного от атома.
§ 2. Средняя работа ионизации. Для образования одной пары
ионов требуется затратить энергию, превышающую величину потен¬
циала ионизации. Это объясняется тем, что энергия, поглощаемая
средой, расходуется не только на ионизацию, но и на возбуждение
атомов.
Количество энергии, необходимой для образования одной пары
ионов, называется средней работой и о н и з а ц и и. Для воз¬
духа средняя работа ионизации равняется около 32,5 эв.
Чтобы приблизительно определить число пар ионов, которое
может создать одна частица излучений, следует энергию частицы
разделить на среднюю работу ионизации для данной среды. На¬
пример, одна частица излучений, обладающая энергией 3,25 Мэе,
образует в воздухе 3,25 • 106 : 32,5 = 100 ООО пар ионов.
Общее число пар ионов, образованных частицей в среде, может
быть распределено на большей или меньшей длине пути частицы в
среде. Для характеристики ионизирующего действия излучений не¬
обходимо оценивать удельную ионизацию, т. е. число пар
ионов, создаваемых на 1 см пути частицы.
§ 3. Первичная и вторичная ионизация. Ионизация атомов или
молекул среды, производимая непосредственно действием излуче¬
ний на среду, называется первичной. Электроны, выбитые при
первичной ионизации, в ряде случаев могут обладать достаточно
большой энергией и сами способны производить ионизацию среды.
т
Ионизация, производимая электронами, выбитыми при первичной
ионизации, называется вторичной.
Прохождение излучений через среду связано с целым комплек¬
сом явлений, возникающих в облучаемой среде, к числу которых от¬
носятся образование ионов в результате первичной и вторичной
ионизации, возбуждение атомов и высвечивание фотонов видимого
и ультрафиолетового света, а также рентгеновского излучения.
§ 4. Изменение физических и химических свойств вещества в ре¬
зультате ионизации. В результате возбуждения и ионизации атомов
вещество может изменить свои физические и химические свойства.
Например, газы при нормальном давлении (порядка 1 атм и бо¬
лее) являются диэлектриками, однако в результате ионизации в га¬
зовой среде образуются свободные электроны и ионы, могущие упо¬
рядоченно передвигаться под действием сил электрического поля.
Следовательно, ионизированная газовая среда становится про¬
водником электрического тока.
Некоторые вещества способны светиться при воздействии излу¬
чений. Объясняется это тем, что молекулы вещества при воздей¬
ствии излучений переходят в возбужденное состояние и при воз¬
вращении в основное состояние испускают фотоны видимого и
ультрафиолетового света. Вещества, способные светиться при воз¬
действии излучений, называются фосфорами. К числу фосфо¬
ров относятся нафталин, антрацен, антипирин, сернистый цинк
и др.
При ионизации молекул возможно разложение их на составные
части с образованием новых химических соединений. Явление раз¬
ложения молекул под действием ионизирующих излучений назы¬
вается радиолизом. Например, от молекулы воды при иони¬
зации отрывается один электрон. Остаток молекулы распадается
на положительный ион водорода и радикал ОН:
Н20 -»■ Н+ + ОН + ег.
В результате облучения хлороформа СНС13 его молекулы
распадаются, образуя в числе других химических соединений соля¬
ную кислоту НС1. Молекула бромистого серебра AgBr, теряя один
электрон, распадается на бром и серебро.
Некоторые вещества, например стекло, фарфор, поваренная
соль и некоторые другие минералы, изменяют окраску при дейст¬
вии на них излучений, что также является следствием изменения
их химического состава. Этим объясняется то, что в зоне атомного
взрыва оптические приборы могут выходить из строя даже в том
случае, если они не разрушаются ударной волной (мощный поток
излучений, сопровождающий взрыв, может вызвать потемнение оп¬
тики) .
§ 5. Поглощение и рассеяние излучений. Если в среде, подвер¬
гающейся облучению, возникают различные изменения, то и сами
излучения, проходя через среду, также претерпевают изменения.
При прохождении излучений через среду всегда будет происходить
поглощение и рассеяние излучений.
119
В результате поглощения уменьшается как число частиц излу¬
чений, проходящих через среду (рис. 109), так и энергия частиц.
Рассеяние заключается в изменении направления распространения
излучений, что происходит вследствие «столкновений» частиц излу¬
чений с атомами среды. Рассеяние излучений схематически пока¬
зано на рис. 110. В результате рассеяния энергия излучений, как
правило, будет уменьшаться.
Следует различать понятия «ослабление» и «поглощение» излу¬
чений. После прохождения излучений через слой любого вещества
анергия излучений уменьшится — часть излучений будет погло¬
щена средой, часть ввиду рассеяния излучений, обладающих опре¬
деленной энергией, будет распространяться в направлениях, от¬
личных от первоначального (см. рис. 110), в том числе и в на¬
правлении, противоположном начальному («обратное рассеяние»).
Характеризуя среду с точки зрения поглощения излучений,
имеют в виду лишь ту часть энергии, которая поглощается
средой. Характеризуя среду с точки зрения ослабления излу¬
чений, необходимо учитывать не только поглощенную, но и рассе¬
янную средой энергию излучений.
1. Расскажите о процессах, происходящих при возбуждении атомов.
2. Что называется потенциалом ионизации и средней работой ионизации?
3. Что называется первичной и вторичной ионизацией?
4. Какие изменения физико-химических свойств могут происходить в веществах
в результате возбуждения и ионизации атомов?
5. Что называется поглощением и рассеиванием излучений?
Рис. 109. Поглощение из¬
лучений средой
Рис. 110. Однократное рассея¬
ние излучений в среде
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЯДЕРНЫХ
ИЗЛУЧЕНИЙ
§ 1. Альфа-излучения и их основные свойства. Альфа-активно¬
стью, т. е. способностью испускать альфа-частицы, обладают, как
правило, элементы, расположенные в конце периодической табли¬
цы Д. И. Менделеева и имеющие порядковый номер более 83 (поло¬
ний, радон, радий, уран, плутоний и др.). Все вещества, употреб¬
ляемые в качестве атомного заряда (уран-233, уран-235, плуто¬
ний-239), альфа-активны.
При каждом альфа-распаде из ядра вылетает только одна
альфа-частица; исключение составляет лишь изотоп бериллия Ве^(
ядро которого, распадаясь, образует две альфа-частицы.
Для каждого альфа-активного изотопа характерно испускание
альфа-частиц, имеющих определенную (для данного изотопа) энер¬
гию. Например, уран-238 испускает альфа-частицы с энергией
4,18 Мэе, радон (Rn82^2) —5,49 Мэе. Энергия альфа-частиц, испу¬
скаемых различными изотопами, лежит в пределах 4—11 Мэе.
Начальная скорость движения альфа-частиц— 15 000—
19 000 км/сек.
Пробег альфа-частиц по воздуху составляет 3—11 см (в зави¬
симости от энергии альфа-частицы). Более плотные вещества, даже
обычный лист писчей бумаги, полностью поглощают альфа-частицы.
Ткань обмундирования, внешние кожные покровы тела человека
также полностью поглощают альфа-частицы, поэтому внешнее
облучение альфа-частицами опасности для организма не представ¬
ляет.
§ 2. Прохождение альфа-частиц через вещество. Проходя через
вещество, альфа-частицы взаимодействуют главным образом с
электронами атомов, притягивая и срывая их с орбит; атомы или
молекулы вещества ионизируются. Альфа-частицы, присоединяя к
себе сорванные с орбит электроны, образуют однозарядные поло¬
жительные ионы гелия Не+ и электрически нейтральные атомы
гелия.
Но скорость движения альфа-частиц так велика, что присоеди¬
ненные электроны быстро отщепляются и процесс повторяется
121
многократно. В среде после пролета альфа-частицы образуются про¬
тивоположно заряженные ионы и возбужденные атомы. Выбитые
альфа-частицами из атомов электроны могут обладать ионизирую¬
щим действием. Постепенно расходуя свою энергию и уменьшая
скорость, альфа-частица к концу своего пробега присоединяет к
себе два электрона и превращается в атом гелия. Таким образом,
при движении альфа-частиц в среде происходит поглощение альфа-
излучений средой.
В воздухе при 15° и давлении 760 мм рт. ст. одна альфа-частица
образует 150 000—250 000 пар ионов (в зависимости от начальной
энергии альфа-частицы). Плотность ионизации, создаваемой альфа-
частицами, очень велика: на каждый сантиметр пути в воздухе
одна альфа-частица создает около 30 000 пар ионов. Высокая
плотность ионизации, создаваемой альфа-частицами, делает альфа-
активные вещества весьма опасными при попадании их внутрь
организма.
Удельная ионизация увеличивается к концу пробега (рис. 111).
Возрастание удельной ионизации к концу пробега объясняется
уменьшением скорости и возрастанием вероятности ионизации. Уве¬
личение числа образуемых ионов приводит к быстрой потере энер¬
гии частицей и прекращению ее ионизирующего действия.
Пробег альфа-частиц в веществе является, как правило, прямо¬
линейным. Вдоль пути альфа-частицы образуются цепочки, или ко¬
лонны ионов, поэтому ионизация, создаваемая альфа-частицами,
называется колонной. Рассеяние альфа-частиц наблюдается
лишь в редких случаях (примерно один из десяти тысяч), когда
альфа-частица отклоняется от своей первоначальной траектории
ядром, пролетая от него в непосредственной близости.
Длина пробега альфа-частиц, обладающих данной начальной
энергией, бывает для определенной среды почти строго постоянной
и испытывает незначительные колебания, определяемые вероятно¬
стью столкновения отдельных частиц с атомами среды. Поэтому
определенные слои вещества поглощают практически все альфа-
частицы и являются слоями полного поглощения. На¬
пример, для алюминия полное поглощение альфа-частиц с энергией
5 Мэе происходит в слое толщиной 0,02 мм\ альфа-частиц с энер¬
гией 7 Мэе — в слое толщиной 0,033 мм.
п
й=5
Рис. 111. Кривая удельной
ионизации для альфа-частиц
Ркс. 112. Схема радиоактивного
распада плутония-239
122
§ 3. Альфа-активные препараты. В войсковой практике в каче¬
стве альфа-активного вещества для изготовления контрольных пре¬
паратов к дозиметрическим приборам обычно применяется плуто¬
ний-239 (Pu2f). Период его полураспада равен 24 ООО лет; энер¬
гия испускаемых им альфа-частиц равна 5,1 Мэе. В результате
распада плутония образуется уран-235, который также альфа-ак¬
тивен.
Схемы распада любых радиоактивных изотопов, в том числе
и альфа-активных, можно изображать графически. На рис. 112 по¬
казана схема альфа-распада плутония-239. Верхней горизонтальной
линии соответствует материнское состояние ядра, нижней горизон¬
тальной линии — дочернее состояние ядра. Обе горизонтальные
линии соединены наклонной стрелкой, направленной влево, что сим¬
волизирует смещение дочернего изотопа по отношению к материн¬
скому влево по месту, занимаемому данным элементом в периоди¬
ческой таблице элементов. Расстояние между линиями по верти¬
кали соответствует в масштабе графика разности энергий между
соответствующими состояниями ядра. Численное значение энергии
испускаемых частиц, выраженное в мегаэлектронвольтах, записы¬
вается между горизонтальными линиями.
§ 4. Бета-излучения и их основные свойства. Бета-активность,
т. е. способность испускать бета-частицы, является наиболее рас¬
пространенным видом радиоактивности и встречается как среди
легких, так и среди тяжелых элементов, начиная с трития HJ и
кончая америцием Аш^2.
Радиоактивные изотопы, образующиеся при атомном взрыве в
результате деления ядер атомного заряда, или радиоактивные
изотопы, возникающие в почве, продуктах и других веществах под
действием нейтронного потока проникающей радиации, обладают
бета- и бета-гамма-активностью.
При бета-распаде один и тот же изотоп испускает бета-частицы
самых различных энергий, начиная от очень малых величий и кон¬
чая максимальной энергией, определенной для данного изотопа.
Чем больше энергия испущенной бета-частицы, тем меньше энер¬
гия одновременно вылетевшего из ядра нейтрино. Таким образом,
каждому единичному акту бета-распада соответствует совершенно
определенное изменение энергии ядра, несмотря на различие энер¬
гий испускаемых частиц.
При каждом бета-распаде из ядра вылетает только одна бета-
частица.
Максимальная энергия бета-частиц колеблется для различных
изотопов от десятков килоэлектронвольт до нескольких мегаэлек¬
тронвольт. Например, максимальная энергия бета-частиц, испускае¬
мых изотопом О^9, составляет 4,5 Мэе, для Y|g°—2,2 Мэе, для
Sr9® — 0,6 Мэе. Максимальная энергия бета-частиц, испускаемых
радиоактивными продуктами атомного взрыва, достигает 3 Мэе.
Распределение бета-частиц, испускаемых одним изотопом, по
123
энергетическим уровням характеризуется кривой, показанной на
рис. 113. Характер этой кривой примерно одинаков для всех бета-
активных изотопов и имеет следующие особенности:
— кривая не приближается к
оси абсцисс асимптотически, но
пересекает ее в точке, соответ¬
ствующей максимальной энергии
бета-частиц;
— максимум испускаемых ча¬
стиц соответствует энергии, рав¬
ной приблизительно одной трети
максимальной.
Начальная скорость движения
бета-частиц определяется их энер¬
гией и для частиц наибольших
энергий достигает 299 ООО км/сек,
приближаясь к скорости света, но
не достигая ее.
Масса бета-частиц не является постоянной величиной, а зави¬
сит от скорости их движения, т. е. от энергии, которой эти частицы
обладают. Соотношение между массой (т) и энергией (Е) для
любого тела, в том числе и для бета-частицы, определяется следу¬
ющей формулой:
Е = тс2, (53)
где с — скорость света в вакууме.
Чем больше энергия и соответственно скорость движения ча¬
стицы, тем больше становится ее масса. Например, масса бета-ча¬
стицы, движущейся со скоростью около 2 - 109 см/сек, возрастает
всего на 0,2% по отношению к массе покоящегося электрона. Если
бета-частица движется со скоростью 11 • 109 см/сек, то ее масса
увеличивается на 10%; при скорости движения около 26- 109 см/сек
масса бета-частицы возрастает в два раза, а при скорости в
29,94 • 109 см/сек — в 20 раз.
Для бета-частицы, как и для любого движущегося тела, зави¬
симость между массой и скоростью движения может быть выра¬
жена формулой
где Ото—масса покоящегося тела (для бета-частицы равна массе
покоящегося электрона — 9,105-10~28 г); v — скорость движения
частицы; с — скорость света в вакууме.
§ 5. Прохождение бета-частиц через вещество. Проникающая
способность бета-частиц значительно больше, чем у альфа-частиц.
Это объясняется тем, что бета-частицы обладают большей скоро¬
стью движения. Они очень быстро пролетают мимо атомов среды,
Рис. 113. Распределение бета-частиц,
испускаемых одним изотопом, по
энергетическим уровням
124
поэтому ионизация под действием бета-частиц происходит реже,
чем ионизация под действием альфа-частиц, которые при своем
движении более длительное время находятся в непосредственной
близости от электронных оболочек атомов облучаемой среды.
Пробег бета-частиц по воздуху зависит от их энергии и для
частиц, обладающих энергией 3 Мэе, составляет около 14 м. Ткань
обмундирования и внешние покровы тела человека поглощают до
50% бета-частиц. При внешнем облучении бета-частицами внутрь
организма на глубину порядка 1 мм проникает приблизительно
■j — у всего количества бета-частиц. Применение защитных кос¬
тюмов значительно уменьшает число бета-частиц, попадающих
внутрь организма. При внешнем облучении бета-частицами наи¬
большую опасность представляет попадание бета-частиц в глаза,
поскольку внешняя поверхность глаза не имеет грубых защитных
покрытий, которые могли бы поглотить бета-частицы.
Бета-частицы взаимодействуют главным образом с электронами
атомов, срывая их с орбит в результате действия кулоновых сил
взаимного отталкивания. Удельная ионизация, создаваемая бета-
частицами, значительно меньше, чем у альфа-частиц той же энер¬
гии. Это объясняется большей скоростью движения бета-частиц и
меньшей вероятностью ионизации. Бета-частица с энергией 1 Мэе
при пробеге в воздухе около 380 см образует около 24 000 пар
ионов, что создает удельную ионизацию в 63 пары ионов на 1 см
пути. С увеличением энергии бета-частиц до 2 Мэе создаваемая ими
удельная ионизация уменьшается: электрическое поле частицы
так быстро проносится мимо атома, что не «успевает» сбить элек¬
трон атома с орбиты. При увеличении энергии бета-частиц более
2 Мэе удельная ионизация вновь начинает увеличиваться. Сред¬
нюю удельную ионизацию, производимую бета-частицами в возду¬
хе, можно считать равной 60—100 парам ионов на 1 см пути бета-
частицы.
Изменение удельной ионизации, создаваемой бета-частицей в
зависимости от длины пройденного пути, носит примерно такой же
характер, как и для альфа-частицы.
Электроны, выбитые из атомов бета-частицами, могут обладать
ионизирующим действием. Так, например, бета-частица с энергией
0,33 Мэе образует около 10 000 пар ионов, из них около 4000 в ре¬
зультате вторичной ионизации.
Рассеяние для легких бета-частиц играет значительно боль¬
шую роль, чем для тяжелых альфа-частиц. В результате значитель¬
ного отклонения бета-частиц под влиянием электрических полей,
создаваемых атомными электронами и ядрами, фактический путь
бета-частицы превышает толщину пройденного слоя (рис. 114).
В связи с криволинейной траекторией движения бета-частиц
образуемые ими ионы не располагаются цепочкой, как при иони¬
зации альфа-частицами, а распределяются равномерно во всем
облучаемом объеме. Поэтому ионизация, создаваемая бета-части¬
цами, называется объемной.
125
Для бета-частиц больших энергий, пролетающих вблизи ядер
атомов, имеет место тормозное излучение. Это излучение
у проявляется в виде испускания рентге¬
новых лучей. Возникновение тормозно¬
го излучения может происходить, на¬
пример, при заполнении некоторыми
бета-активными жидкостями стеклян¬
ных емкостей. Бета-частицы будут по¬
глощаться стеклом емкости, но при
этом в стекле возникнет тормозное из¬
лучение, испускаемое в окружающее
пространство.
§ 6. Ослабление бета-излучений ве¬
ществом. Бета-излучение, проходя че¬
рез слой поглощающего вещества, постепенно ослабляется. Погло¬
щение бета-частиц может быть выражено следующей формулой:
/
Рис.
114. Путь бета-частицы
в веществе
N = N0e-pd,
(55)
где N — число бета-частиц, прошедших через слой вещества толщи¬
ной d\ N0 — число бета-частиц в той же точке при отсутствии по¬
глощающего слоя; ц — линейный коэффициент поглощения.
Для бета-частиц с максимальной энергией более 0,5 Мэе линей¬
ный коэффициент поглощения определяется по формуле
22
р‘/>
max
Р.
(56)
где £шах—максимальная энергия бета-частиц в Мэе; р—плот¬
ность поглощающего вещества в г/см3.
Толщина слоя полного поглощения R бета-частиц с максималь¬
ной энергией 0,8 Мэе может быть приблизительно подсчитана по
формуле
R=
0,542-£max —0,133
(57)
Для бета-частиц с энергиями от 0,15 до 0,8 Мэе формула (57)
изменяется и приобретает следующий вид:
о 407-£1,38
/? = - 255-- (58)
Р
В третьем разделе книги (см. таблицу 25) приведены величины
слоев полного поглощения бета-частиц различных энергий для воз¬
духа, воды и алюминия. Например, полное поглощение бета-частиц
с энергией 1 Мэе происходит в слое воздуха толщиной около 3 м,
в слое воды — 4,8 мм, в слое алюминия — 1,52 мм.
126
§ 7. Бета-активные препараты. В войсковой практике в каче¬
стве бета-активного вещества для изготовления контрольных и эта¬
лонных препаратов к дозиметрическим приборам обычно приме¬
няется стронций-90 (Sr|g). Его период полураспада 27,7 года.
Максимальная энергия бета-частиц, испускаемых стронцием-90,
около 0,6 Мэе. В результате распада Sr|jj образуется изотоп ит¬
трия Y|g, который также является бета-активным (Т = 61 час;
Етзх = 2,2 Мэе). В результате распада УЦ образуется стабильный
изотоп циркония Zr^Q.
Схема распада изотопов Sr^ и Y|J изображена на рис. 115.
Наклонная стрелка на схеме бета-распада с испусканием отри¬
цательной бета-частицы направляется вправо, что символизирует
смещение дочернего изотопа
вправо по периодической таб-
ского заряда, они могут обла¬
дать различной энергией и различной массой; основной их особен¬
ностью является движение со строго постоянной скоростью.
Гамма-излучения по своей физической природе родственны ра¬
диоволнам, инфракрасным лучам, видимому свету, ультрафиолето¬
вым и рентгеновым лучам. Все эти излучения представляют собой
особый вид материи. С одной стороны, они представляют собой
поток мельчайших материальных частиц («фотонов» — для види¬
мого или ультрафиолетового света и «квантов» — для гамма-излу¬
чений), с другой — они могут рассматриваться как электромагнит¬
ные колебания различной частоты. Количественное различие ме¬
жду радиоволнами, светом, рентгеновыми лучами и гамма-лучами
определяется частотой колебаний, что показано в табл. 6. Эти ко¬
личественные различия предопределяют и качественные различия
отдельных видов излучений.
Энергия фотонов или квантов определяется присущей данному
виду излучений частотой по формуле
где Е — энергия кванта (фотона); h — постоянная Планка, равная
6,6-10 ~27 эрг • сек\ v— частота колебаний данного вида излучений.
Чем больше будет частота колебаний, тем больше будет и энер¬
гия кванта. Из табл. 6 следует, что наибольшей частотой из всех
видов электромагнитных колебаний обладают гамма-лучи, поэтому
энергия гамма-квантов будет значительно большей, чем энергия фо¬
§ 8. Гамма-излучения и их
основные свойства. Гамма-из¬
лучения представляют собой
поток гамма-квантов — своеоб¬
разных мельчайших матери¬
альных частиц, движущихся
со скоростью света. Гамма-
кванты не имеют электриче-
лице элементов.
Е=Ь,
(59)
127
тонов. Чем больше будет энергия квантов, тем больше будет и их
масса, что следует из формулы (53), вполне справедливой и для
материи в виде излучений.
Таблица 6
Виды электромагнитных колебаний
Вид колебаний
Частота колебаний, периоды/сек
Радиоволны
ДО 2-10»
Радиоволны сверхвысокой частоты . .
до 3-1012
Инфракрасные лучи .
3. Ю'2—4 • 1014
Видимый свет
4-1014—8-1014
Ультрафиолетовые лучи
8-1014—6 -1016
Рентгеновы лучи
6-10=6—7,5- 101в
Гамма-излучения
7,5-1019—3- 10s1
Выше было указано, что испускание фотонов является след¬
ствием перехода атома из возбужденного в основное состояние.
Ядро, так же как и атом, может находиться на различных дискрет¬
ных энергетических уровнях, но для него различие между смежны¬
ми энергетическими уровнями значительно больше, чем для энерге¬
тических уровней атома. Испускание гамма-квантов ядром радио¬
активных изотопов является следствием перехода ядра из возбу¬
жденного в основное состояние. Вследствие большой разности
смежных энергетических уровней ядра энергия гамма-квантов зна¬
чительно больше энергии фотонов.
Испускание гамма-излучения, как правило, сопровождает аль¬
фа- или бета-распад. Образующееся в результате альфа- или бета-
распада дочернее ядро может иметь различные энергетические
уровни, т. е. дочернее ядро может образовываться в основном или
возбужденном состоянии.
В тех случаях, когда дочернее ядро образуется в возбужден¬
ном состоянии, примерно через 10~13 сек оно перейдет в основное
состояние, испустив при этом гамма-квант, энергия которого рав¬
на разности энергетических уровней ядра до и после испускания
гамма-кванта:
Я, = Ei — Ео,
где Ят — энергия гамма-кванта; Е\ — начальный энергетический
уровень дочернего ядра; Е2 — низший энергетический уровень, на
который ядро переходит после испускания гамма-кванта.
Если переход возбужденного дочернего ядра в основное состоя¬
ние осуществляется через ряд промежуточных состояний, то про¬
изойдет последовательное испускание гамма-квантов различных
энергий. В этих случаях при каждом альфа- или бета-распаде из
ядра будет вылетать несколько гамма-квантов.
128
Таким образом, гамма-излучение сопровождает альфа- или
бета-распад только в том случае, когда в результате распада обра¬
зуется возбужденное дочернее ядро. При гамма-излучении, сопро¬
вождающем альфа-распад, энергия гамма-квантов не превышает
0,5 Мэв. Например, радий Ra^6 испускает, кроме альфа-частицы,
гамма-квант с энергией 0,19 Мэв\ уран кроме альфа-частицы,
испускает пять гамма-квантов с энергиями 0,09, 0,14, 0,18, 0,29
и 0,37 Мэе, что свидетельствует о том, что дочернее ядро переходит
из возбужденного в основное состояние через несколько промежу¬
точных состояний. При бета-распадах, сопровождаемых гамма-из¬
лучениями, наблюдается испускание гамма-квантов с энергиями от
сотых долей мегаэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт.
Например, Со™ при каждом распаде испускает два гамма-кванта:
один с энергией 1,33 Мэе и второй с энергией 1,17 Мэе. Изотоп
азота N16 при каждом распаде испускает три гамма-кванта с энер¬
гиями 7,1, 6,13 и 6,05 Мэе. Каждый изотоп испускает гамма-кван¬
ты строго определенной энергии.
Гамма-излучения с энергией гамма-квантов менее 1 Мэв на¬
зываются мягким излучением, ас энергией более 1 Мэв—
жестким излучением. Следовательно, изотоп Со!$ испус¬
кает жесткие гамма-излучения. Изотоп цезия Cs|g4 считается ис¬
точником мягкого гамма-излучения, поскольку его ядром испуска¬
ются два гамма-кванта — один с энергией 0,58 Мэв и второй с энер¬
гией 0,78 Мэв.
Гамма-излучения обладают наибольшей проникающей способ¬
ностью из всех видов ядерных излучений. По воздуху гамма-излу¬
чения могут преодолевать значительные расстояния, не испытывая
существенного ослабления. Свинец, сталь, бетон, грунт, вода и дру¬
гие плотные материалы при определенных толщах производят су¬
щественное ослабление гамма-излучения.
Большая проникающая способность делает гамма-излучения
особенно опасными при внешнем облучении. Никакой защитный ко¬
стюм практически не может ослабить гамма-излучения. Например,
чтобы ослабить воздействие гамма-излучений на человека только в
два раза, потребовался бы свинцовый комбинезон весом около
130 кг, применить который, конечно, невозможно.
Удельная ионизация, создаваемая гамма-излучением, значи¬
тельно меньше, чем при облучении бета- или альфа-частицами.
На 1 см пути в воздухе гамма-квант создает несколько пар
ионов.
Существенное отличие ионизации, производимой гамма-кванта¬
ми, от ионизации, создаваемой альфа- или бета-частицами, заклю¬
чается в том, что при прохождении через среду гамма-квантов
ионизация производится в основном не самими гамма-квантами, а
электронами, которые выбиваются из атомов в результате взаимо¬
действия атомов с гамма-квантами.
§ 9. Явление внутренней конверсии. У некоторых радиоактив¬
9-1 176
129
ных изотопов переход' ядра из возбужденного состояния в основ¬
ное может вызвать явление внутренней конверсии, за¬
ключающееся в том, что вместо излучения гамма-кванта ядром
происходит испускание групп электронов, обладающих одинаковой
энергией, из внутренних слоев электронной оболочки атома. Явле¬
ние внутренней конверсии, в частности, наблюдается у урана Ug®
и некоторых изотопов трансурановой группы элементов (нептуний
Npj|8 и Np2|9, плутоний PUg^9). Если явление внутренней кон¬
версии сопровождается бета-распадом, то, кроме бета-частиц, энер¬
гия которых по величине различна, атомом испускаются группы
электронов, обладающих равной энергией и представляющих собой
электроны внутренней конверсии.
§ 10. Взаимодействие гамма-излучений с веществом. Различают
три характерных формы взаимодействия гамма-излучений с веще¬
ством:
— фотоэлектрическое поглощение (или фотоэлектрический эф¬
фект) ;
— рассеяние без изменения частоты или с изменением частоты
(эффект Комптона);
— образование электронно-позитронных пар.
Фотоэлектрический эффект заключается в поглоще¬
нии гамма-кванта электронной оболочкой атома, в результате чего
из оболочки выбивается один или несколько электронов (рис. 116).
Выбитый электрон называется фотоэлектроном. Атом, потерявший
электрон, может быстро восполнить потерю за счет свободных или
слабо связанных электронов соседних атомов и будет находиться
в возбужденном состоянии. Если в этом случае возбуждение затра¬
гивает внутренние слои электронной оболочки атома, что соответ¬
ствует большей разности энергетических уровней, чем при возбу¬
ждении, затрагивающем внешние слои оболочки, то при высвечи¬
вании атом будет испускать не фотоны видимого или ультрафиоле¬
тового света, а излучение, соответствующее большей частоте коле¬
баний,— рентгеновы лучи.
При фотоэлектрическом эффекте гамма-квант полностью погло¬
щается атомом. Из атома вылетает фотоэлектрон, энергия которо¬
го почти полностью равна энергии поглощенного кванта. Кроме
того, происходит испускание рентгеновых излучений или фотонов
атомами.
Фотоэлектрическое поглощение бывает главным образом при
прохождении гамма-квантов сравнительно малых энергий (поряд¬
ка 0,5 Мэв) через элементы, расположенные в конце периодиче¬
ской таблицы (например, через свинец).
Рассеяние может быть без изменения частоты рассеянного
гамма-излучения или с уменьшением частоты рассеянного излуче¬
ния и соответственно с уменьшением энергии рассеянных гамма-
квантов.
При рассеянии без изменения частоты гамма-квант не теряет
своей энергии, изменяется лишь направление распространения из¬
лучений.
130
При рассеянии с изменением частоты квант отдает часть своей
энергии одному из электронов атома. Последний, получив дополни¬
тельную энергию, выбивается из атома. Выбитые электроны назы¬
ваются электронами отдачи (или комптон-электронами). Электро¬
ны отдачи могут обладать самой различной энергией — от очень
малых величин до максимальных значений. Квант, отдавший часть
своей энергии электрону, уменьшает свою энергию и соответственно
частоту и изменяет направление своего движения на некоторый
угол ф (рис. 117). Это явление называется эффектом Комп¬
тона.
Характерно, что уменьшение энергии гамма-кванта совершенно
не зависит от свойств облучаемой среды, а определяется исключи¬
тельно углом между направлением падающего и рассеянного излу¬
чения.
При рассеянии с изменением частоты энергия гамма-квантов
уменьшается, а направление распространения излучений изме¬
няется. Из атома выбивается электрон отдачи, энергия которого
приблизительно равна той величине, на которую уменьшилась энер¬
гия гамма-кванта.
Рассеяние имеет место главным образом при прохождении гам¬
ма-квантов средней энергии (порядка 1—3 Мэв) через элементы,
расположенные в первой половине периодической таблицы (при¬
мерно до алюминия).
Рассеяние может быть неоднократным, т. е. гамма-квант отдаст
некоторую часть своей энергии одному атому, затем некоторую
часть второму и т. д. Происходящее при этом уменьшение энергии
гамма-квантов приводит к тому, что заключительным этапом вза¬
имодействия кванта с веществом будет фотопоглощение.
Образование электронно-позитронных пар за¬
ключается в том, что гамма-кванты больших энергий, попадая в не¬
посредственную близость от ядер атомов облучаемой среды, могут
превращаться в пару: электрон и позитрон (рис. 118). В данном
случае материя одного качественного состояния превращается в
Рис. 116. Фотоэлек¬
трическое поглоще¬
ние гамма-кванта
Рис. 117. Рассеяние гамма-кванта
(эффект Комптона)
131
материю другого качественного состояния. Позитрон через очень
малый промежуток времени после своего появления (примерно
1,5* 10 ~10 сек) превращается в пару фотонов.
Явление образования пар может быть только в том случае,
если энергия гамма-кванта больше суммы полной энергии образо¬
вавшихся частиц. Полная энергия неподвижного электрона (а рав¬
но и позитрона) будет равна произведению массы электрона те на
квадрат скорости света с (см. формулу 53). Следовательно, энер¬
гия гамма-кванта, могущего образовать пару, должна удовлетво¬
рять следующему неравенству:
Ег>2те.с\ (60)
Так как масса покоя электрона соответствует полной энергии
0,51 Мэв, то явление образования пар может быть только при
энергиях гамма-квантов, превышающих 1,02 Мэв, что полностью
подтверждается экспериментами. При больших энергиях гамма-
квантов (более 3 Мэв) роль этого явления значительно возрастает.
В табл. 7 (см. К. К. Аглинцев «Дозиметрия ионизирующих из¬
лучений», М.— Л., 1950, стр. 57) приведены данные, показы¬
вающие, при каких значениях энергии гамма-квантов преобла¬
дают те или иные формы взаимодействия гамма-излучений с ве¬
ществом.
Таблица 7
Преобладающие формы взаимодействия гамма-квантов с веществом
Вещество
Фотоэлектрическое
поглощение
Рассеяние
Образование пар
Алюминий .
До 50 кэв
От 50 кэв до
Свыше 15 Мэв
15 Мэв
Медь
До 150 кэв
От 150 кэв до
Свыше 10 Мэв
10 Мэв
Свинец
До 0,5 Мэв
От 0,5 Мэв до
Свыше 5 Мэв
5 Мэв
В результате образования пар в веществе образуются электрон
с энергией, приблизительно равной половине энергии гамма-
кванта, и два фотона.
Электроны, выбитые гамма-квантами из атомов вещества при
фотоэлектрическом поглощении или рассеянии, а также электроны,
возникшие в результате образования пар, могут обладать зна¬
чительной энергией и способны сами производить ионизацию
атомов.
§11. Ослабление гамма-излучений веществом. Поток гамма-из¬
лучения характеризуется его интенсивностью. Под интенсивностью
132
понимается энергия излучений, падающая за 1 сек на 1 см2 пло¬
щадки, перпендикулярной направлению распространения излу¬
чений.
Предположим, что в источнике излучений ежесекундно проис¬
ходит С распадов; при каждом распаде из ядра испускается п гам¬
ма-квантов со средней энергией кванта Е. Тогда общий поток энер¬
гии, уносимой гамма-излучениями за каждую секунду в пределах
телесного угла 4я, будет равен
СпЕ.
Если источник помещен в центре сферы с радиусом R, то энер¬
гия гамма-излучения, падающая в каждую секунду на 1 см2 по-
h
I
.
~-с/ -
Рис. 118. Образование пары:
электрон и позитрон
Рис. 119. Ослабление гамма-
излучений поглощающим
слоем
верхности сферы, будет равна частному от деления общего потока
энергии на поверхность сферы:
г @пЕ /'с 1 ч
При этом предполагается, что поглощения гамма-излучений внутри
сферы не происходит.
При прохождении гамма-излучений через поглощающий слой
толщиной d см (рис. 119) интенсивность гамма-излучений умень¬
шается. Если интенсивность потока, падающего на поглощающий
слой, равна /о, то интенсивность того же потока I после прохожде¬
ния через слой толщиной d будет равна
I = I0e^d, (62)
где (л — линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, опре¬
деляемый свойствами вещества ослабляющего слоя и зависящий
от энергии гамма-квантов.
Защитные свойства вещества характеризуются толщиной слоя
половинного ослабления, т. е. такого слоя, после про¬
хождения через который интенсивность гамма-излучения умень¬
шается вдвое. Связь между коэффициентом ослабления гамма-из¬
133
лучений и слоем половинного ослабления dtji (в см) выражается
следующей формулой:
d4. = ^T- (63)
В табл. 8 приведены величины d,u и ц для различных материа¬
лов и различных энергий гамма-квантов.
Таблица 8
Величины коэффициента ослабления гамма-излучений (jj.)
и слоев половинного ослабления (di/2)
Вещество
Энергия гамма-квантов
Е =
[ Мэв
£ = 2,5 Мэв
(1, см~1
ЛЧш. см
ц, см 1
d , см
12
Дерево
0,033
20,0
0,027
25,0
Вода
0,048
14,5
0,03
23,0
Грунт
0,08
9,0
0,05
24,0
Бетон
0,11
6,4
0,07
10,0
Железо
0,33
2,1
0,25
2,8
Свинец
0,60
1,2
0,39
1,8
В табл. 9 приведены величины d,u и р. для воздуха.
Таблица 9
Величины коэффициента ослабления гамма-излучений (|л) и слоев
половинного ослабления (rfi/2) для воздуха
Энергия гамма-
квантов, Мэв
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
JJ., см-‘
d1/t, м
1
О
2 ю
0,8-10—4
87
0,64-10-*
108
0,55-10-*
126
0,5- 10—i
138
§ 12. Гамма-активные препараты. В войсковой практике для
проверки работоспособности и градуировки дозиметрических при¬
боров применяются контрольные и эталонные препараты из кобаль¬
та-60.
Схема радиоактивного распада кобальта-60 изображена на
рис. 120. Стрелки, символически изображающие испускание гамма-
квантов, проводятся вертикально, так как при испускании гамма-
134
излучения ядро не меняет своего соста¬
ва, а только переходит с высшего на
низший энергетический уровень.
Поскольку кобальт-60 обладает бе-
та-гамма-активностью, то для полного
поглощения испускаемых изотопом
бета-частиц радиоактивное вещество
помещается в алюминиевый экран,
толщина стенок которого должна быть
больше слоя полного поглощения бета-
частиц с энергией 0,3 Мэв. Такой пре¬
парат в экране можно считать источ¬
ником только одних гамма-излучений
со средней энергией гамма-квантов
Рис. 120. Схема радиоактив¬
ного распада кобальта-60
1,33+ !’17 = 1,25 Мэв.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Расскажите об основных свойствах альфа-частиц.
2. Расскажите об основных свойствах бета-частиц.
3. Объясните, как происходит ослабление бета-излучений при прохождении че¬
рез вещество.
4. Расскажите об основных свойствах гамма-излучений.
5. Что называется фотоэлектрическим поглощением?
6. Что называется эффектом Комптона?
7. Как происходит образование электронно-позитронных пар?
8. Объясните, как происходит ослабление гамма-излучений при прохождении их
через вещество,
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
§ 1. Активность источников излучений и единицы ее измерения.
Любое количество радиоактивного вещества является источником
ядерных излучений. С количественной стороны источники излуче¬
ний характеризуются их активностью. Активность источника (а)
определяется числом ядер, распадающихся за каждую секунду. Чем
больше ядер распадается за каждую секунду в данном количестве
радиоактивного вещества, тем больше частиц ядерных излучений
будет испускать данное вещество, тем больше будет и его актив¬
ность.
Единицей для измерения активности служит кюри (с). Со¬
гласно определению, приведенному в ГОСТ 8848—58, один кюрч
соответствует активности препарата данного изотопа, в котором
в 1 сек происходит 37,1 миллиарда актов распада. Радиоактивно¬
стью, приблизительно равной одному кюри, обладает 1 г радия.
Существуют более мелкие единицы активности: милликюри
(тс) — 10~3 с и микрокюри (ткс) = 10~6 с.
Активность данного источника не есть величина постоянная; она
неизбежно уменьшается со временем за счет естественного распада.
Предположим, что источник активностью в один кюри изготовлен
из кобальта-60. Выше указывалось, что за счет естественного рас¬
пада через 5,3 года количество радиоактивного кобальта умень¬
шится в два раза — половина количества кобальта-60 превратится
в стабильный изотоп никеля NiЦ*, в котором никаких распадов
происходить не будет. Следовательно, за 5,3 года активность источ¬
ника из кобальта-60 уменьшится вдвое.
Истинная активность источника излучений может быть опреде¬
лена по формуле
-о,бэз y
а — а0е , (64)
где а — истинная активность; а0 — первоначальная активность; е —
основание натуральных логарифмов; Т — период полураспада изо¬
топа, из которого изготовлен источник; t — время, прошедшее с мо¬
мента определения первоначальной активности.
136
Для изотопов с очень большим периодом полураспада
(уран-238, плутоний-239) активность источников можно считать
практически не уменьшающейся со временем. Для изотопов, имею¬
щих сравнительно небольшой период полураспада (кобальт-60) не.
обходимо периодически вычислять истинную активность.
Чтобы определить вес изотопа, обладающего заданной активно¬
стью, необходимо руководствоваться следующей формулой:
G — 2,8- 10_вЛГа, (65)
где G — вес изотопа в г; А — атомный вес; Т — период полураспада
в годах; а — активность, выраженная в с.
Приблизительные веса изотопов, обладающих активностью в 1 с,
приведены в табл. 10.
Таблица 10
Приблизительный вес изотопов, обладающих активностью 1 с
Изотоп
Атомный вес
(А)
Период полураспада
в года х
Вес изотопа актив¬
ностью 1 с
и238
92
‘238
4,5-10»
3 m
и235
и92
235
8,9-10s
585 кг
р..239
239
24 000
16 г
s 90
38
90
27,7
7 мг
Г „АО
Со27
60
5,3
0,9 мг
§ 2. Доза гамма-излучений и единицы ее измерения. Активность
источника, выраженная в кюри, не может прямо характеризовать
ионизирующего действия излучений, испускаемых данным источни¬
ком. При одной и той же активности источника ионизирующее дей¬
ствие излучений будет зависеть от ряда факторов: вида и энергии
излучений, физической природы облучаемой среды и многих дру¬
гих. Поэтому, кроме измерения активности источника излучений,
требуется также измерять ионизирующее действие излучений, ис¬
пускаемых данным источником.
Для оценки ионизирующего действия гамма-излучений служит
физическая величина, называемая д о з о й излучения (D). Эта
величина количественно характеризует ионизацию, которую данные
излучения могут произвести в воздушном объеме.
Единицей для измерения дозы гамма-излучений является рент*
ген (р). Согласно определению, приведенному в ГОСТ 8848—58,
1 р — это доза рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при
которой сопряженная корпускулярная эмиссия на 0,001293 г воз¬
духа производит в воздухе ионы, несущие заряд в олну электро¬
статическую единицу количества электричества каждого знака.
137
Это определение нуждается в некоторых пояснениях.
В определении подчеркивается, что ионы образуются в воздухе
не в результате 'непосредственного воздействия гамма-излучений,
а в результате действия «сопряженной корпускулярной эмиссии».
В этом случае имеется в виду ранее рассмотренная особенность
ионизации среды гамма-квантами, которая заключается в том, что
гамма-кванты ионизируют атомы или молекулы среды не своим не¬
посредственным воздействием, а в результате ионизирующего дей¬
ствия электронов, выбитых гамма-квантами из атомов облучаемой
среды. Термин «сопряженная корпускулярная эмиссия» имеет
в виду именно эти электроны, представляющие собой элементарные
частицы (корпускулы) вещества.
Приведенное в определении число 0,001293 представляет значе¬
ние массы в граммах одного кубического сантиметра атмосферного
воздуха при температуре 0° С и давлении 760 мм рт. ст.
Общее количество ионов, образуемых дозой в 1 р в 0,001293 г
воздуха, будет определяться тем, какие ионы образуются в резуль¬
тате ионизации. Если предположить, что в результате ионизации в
воздухе образуются исключительно однозарядные ионы, то-общее
количество однозарядных ионов, несущих заряд в одну электроста¬
тическую единицу, будет равно 2,08 • 10® (см. § 3 первой главы, пер¬
вого раздела).
С учетом приведенных выше пояснений можно считать, что доза
гамма-излучений в 1 р образует в 1 см3 атмосферного воздуха при
температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. 2.08-109 пар однозаряд¬
ных ионов.
Для измерения дозы гамма-излучений применяются также более
мелкие единицы: миллирентген (мр) — 10~3 р и микро¬
рентген (мкр) = 10~б р.
Применение рентгена (и производных от рентгена единиц) до¬
пускается для измерения гамма-излучений с энергией квантов до
3 Мэв. Для измерения доз других видов ионизирующих излучений
(альфа- и бета-частицы, нейтроны) применяется единица физи¬
ческий эквивалент рентгена (фэр)—деза любого вида
излучений, создающая то же количество пар ионов в единице
объема облучаемой среды, что и доза гамма-излучения в 1 р.
§ 3. Мощность дозы излучения. Одна и та же доза может на¬
капливаться в различные промежутки времени. При большой ин¬
тенсивности излучений накопление данной дозы может происходить
быстро, при малой интенсивности — значительно медленнее. Биоло¬
гический эффект излучений будет зависеть не только от величины
дозы, но и от скорости ее накопления. Поэтому необходимо изме¬
рять не только величину дозы, но и скорость ее накопления, т. е.
дозу, образующуюся в единицу времени. Скорость накопления дозы
называется мощностью дозы (Р).
Мощность дозы измеряется в рентгенах в час (р/час),
миллирентгенах в час (мр/час) и микрорентгенах
в секунду (мкр/сек). Эти единицы связаны между собой сле¬
дующими соотношениями;
138
1 р!час — 1000 мр/час\
1 мр/час — 10_3 р/час — 0,27 мкр/сек\
1 мкр/сек = 3,6 мр/час.
Если мощность дозы в течение достаточно длительного времени
остается практически постоянной, то величина дозы D, полученной
за время облучения Т при постоянной мощности дозы Р, может
быть определена по формуле
D = PT. (66)
Если активность источника излучений быстро уменьшается, то
соответственно также быстро будет уменьшаться и мощность дозы,
создаваемой этим источником. В этих условиях формула (66) не¬
пригодна для измерения дозы, так как она не учитывает естествен¬
ного спада мощности дозы и подсчитанные по ней величины дозы
будут завышены. Формула (66) применима лишь для подсчета доз
от таких источников, период полураспада которых достаточно ве¬
лик по сравнению со временем облучения.
§ 4. Поглощение энергии излучений облучаемой средой. На об¬
разование одной пары ионов в воздухе расходуется приблизительно
32,5 эв. Исходя из этой величины, можно подсчитать, что при дозе
гамма-излучений в 1 р в 1 см3 воздуха поглощается приблизительно
следующее количество энергии излучений:
2,08• 109X32,5 = 68-109 эв = 6,8-104 Мэв = 0,11 эрг.
В 1 г воздуха при дозе в 1 р будет поглощаться приблизительно
85 эрг энергии излучений. В 1 г человеческого тела при дозе излу¬
чений в 1 р будет поглощаться приблизительно 93 эрг энергии из¬
лучений.
Для количественной оценки поглощенной энергии излучений слу¬
жит физическая величина, называемая поглощенной дозой
излучений. Единицей для измерения поглощенной дозы излу¬
чений служит рад. Согласно определению, приведенному в ГОСТ
8848—58, 1 рад соответствует поглощенной дозе излучений, равной
100 эрг на 1 г поглощенного вещества.
Не следует смешивать две различные физические величины:
«доза излучений» и «поглощенная доза излучений». Величина «доза
излучений» показывает, какой ионизационный эффект данные из¬
лучения могли бы вызвать в воздухе; величина «поглощенная доза
излучений» показывает действительное количество энергии излуче¬
ний, поглощенное в данной среде при облучении.
Для оценки биологического действия облучения решающую
роль играет количество энергии излучений, поглощенной организ¬
мом. Однако существующие дозиметрические приборы позволяют
измерять .не поглощенную дозу, а лишь дозу излучений по иониза¬
ционному эффекту, производимому данными излучениями в воз¬
душной среде. Поэтому все расчеты, связанные с защитой личного
состава от поражающего действия излучений, приходится произво¬
дить на основании измерений не фактически поглощенной дозы, а
дозы излучений, показывающей ионизирующее.действие излучений
139
в воздухе. Такое допущение практически вполне приемлемо, так
как на образование одной пары ионов в воздухе и в тканях челове¬
ческого тела расходуется приблизительно одинаковое количество
энергии излучений (в воздухе — около 32,5 эв, в мягких тканях
организма — около 35 эв).
§ 5. Относительная биологическая эффективность различных ви¬
дов излучений. Воздействие излучений на организм человека опре¬
деляется не только количеством поглощенной энергии или числом
пар образованных ионов, но и плотностью ионизации, т. е. количе¬
ством пар ионов, образованных на единицу пути ионизирующей ча¬
стицы в тканях тела. Выше указывалось, что наибольшую плот¬
ность ионизации создают альфа-частицы, поэтому поражающее
действие их в несколько раз больше, чем бета-частиц или гамма-
излучений, даже при равном количестве поглощенной энергии.
Для сравнительной оценки биологического действия различных
видов излучений используется коэффициент относитель¬
ной биологической эффективности (ОБЭ), показываю¬
щий, во сколько раз биологическое действие данного вида излуче¬
ний сильнее биологического действия гамма-излучений при равных
величинах поглощенной энергии.
Таблица 11
Относительная биологическая эффективность различных
видов излучений
Вид излучений
ОБЭ
Гамма- и рентгеновы лучи
1
Бета-частицы
1
Альфа-частицы
10
Нейтроны с энергией до 20 Мзв
10
Нейтроны с энергией более 20 Мэв
20
Как видно из табл. 11, биологическое действие альфа-частиц
в десять раз больше биологического действия бета-частиц или гам-
ма-излучений при равном количестве энергии излучений, поглощен¬
ной в единице объема (или веса) организма.
Для оценки биологического действия альфа- и бега-излучений
применяется единица, называемая биологическим эквива¬
лентом рентгена (бэр). Под дозой альфа- или бега-излучений
в 1 бэр понимается такое количество альфа- или бега-излучений,
которое по своему биологическому действию на организм эквива¬
лентно воздействию дозы гамма-излучений в 1 р.
§ 6. Определение мощности дозы, создаваемой точечным источ¬
ником излучения. Для того чтобы определить ионизирующее дей¬
ствие источника гамма-излучений, необходимо знать не только ак¬
тивность данного источника, но и удаление ионизируемого объекта
от источника, энергию испускаемых источником гамма-квантов, гео¬
метрические размеры и форму его.
140
Поясним, как производится учет этих факторов, на примере
определения мощности дозы гамма-излучений, создаваемой точеч¬
ным источником излучений, т. е. источником, линейные размеры ко¬
торого очень малы по сравнению с расстоянием до облучаемого
объекта.
Представим себе 1 см3 воздуха на удалении R см от точечного
источника гамма-излучений, обладающего активностью в «а» тс
(рис. 121). Интенсивность гамма-излучений, падающих на перед-
Н *j
1/
Тем3
воздуха
Рис. 121. Определение мощности дозы, создаваемой
точечным источником излучений
нюю грань рассматриваемого объема (обращенную к источнику),
может быть определена по формуле (61). Из количества падающей
энергии излучений I, определенной по формуле (61), в одном ку¬
бическом сантиметре воздуха за единицу времени поглощается
лишь ее часть, которая выражает мощность дозы Р, равную
P=ha,
где fjte—коэффициент поглощения гамма-излучений в воздухе.
Подставив выражение /, заимствованное из формулы (61), по¬
лучим
п СпЕ
н = ц
г 4nR2 Га-
Если активность источника равняется «а» тс, то общее количе¬
ство распадов, происходящих в данном источнике в 1 сек, будет
равно 3,7•107; количество распадов в 1 час соответственно соста¬
вит 3,7* 107 • 3600. Таким образом, мощность дозы будет равна
п 3,7-107-3600|j.anE
Из изложенного ранее известно, что мощность дозы в 1 р/час
соответствует поглощению энергии излучений в 1 см3 воздуха за
1 час в количестве 6,8-104 Мэв. Следовательно, для того чтобы
получить мощность дозы в рентгенах в час, необходимо выведенное
ранее выражение для мощности дозы разделить на 6,8 • 104. Тогда
оно примет следующий вид;
Выражение 15,5- Ю4рйгс£ определяется исключительно данными
изотопа, из которого изготовлен источник излучений. Для данного
изотопа оно будет представлять постоянную, определенную вели¬
чину. Поэтому выражение 15,5 • 10*V-anE можно заменить обозначе¬
нием i — ионизационной гамма-постоянной; при этом
формула для определения мощности дозы, создаваемой точечным
источником гамма-излучений, приобретает следующий простой вид:
В табл. 12 приведены ионизационные гамма-постоянные некото¬
рых радиоактивных изотопов.
Таблица 12
Ионизационные гамма-постоянные некоторых радиоактивных
изотопов
Изотоп
Период полу¬
распада
Число гамма-
квантов на
1 распад
Энергия гамма-
квантов,
Мэв
Ионизационная
гамма-постоян¬
ная
Кобальт-60
5,3 года
2
1,17; 1,33
13,5
Натрий-24
15 нас
2
1,37; 2,76
19,1
Железо-59
45,5 дня
1
1,3.
6,55
Цирконий-95 •
65,3 дня
1,88
0,73; 0,23
5,4
Церий-141
28 дней
0,54
0,15
0,38
Иод-131
8 дней
1
0,36
2,45
Ионизационная гамма-постоянная численно равна мощности
дозы, создаваемой в воздухе точечным источником активностью
в 1 тс на расстоянии 1 см.
Пользуясь формулой (67) и данными таблицы 12, можно под¬
считать мощности дозы, которые будут создаваться точечными
источниками из различных изотопов и разной активности.
Например, точечный источник из кобальта-60 активностью в 1 с
на расстоянии 1 м создает мощность дозы
п 13,5-1000 . ос ,
р = —шо^- = 1 >35 Р/‘шс-
Источник активностью в 1 с, но изготовленный из церия-141, на рас¬
стоянии в 1 м создает значительно меньшую мощность дозы
т-ч 0,38'1000 г\ о о I
Р = 1002 " = °’038 р/наС-
§ 7. Единица «миллиграмм-эквивалент радия». Иногда для из¬
мерения активности источника гамма-излучения применяется еди¬
ница, называемая «миллиграмм-эквивалент радия» (жг-экв). Актив¬
ностью в один миллиграмм-эквивалент радия обладает такое коли¬
чество радиоактивного изотопа, которое создает такую же иониза¬
цию, как и один миллиграмм радия (заключенного в фильтр из
платины толщиной 0,5 мм).
142
Зная активность (а) изотопа, выраженную в милликюри, и
ионизационную гамма-постоянную (г’г) данного изотопа, актив¬
ность в мг-эт (М) можно определить по следующей формуле:
(ионизационная гамма-постоянная радия равна 8,4). Например,
если источник из Со!$ имеет активность 1 тс, то активность
этого же источника, выраженная в мг-экв, будет равна
/И= 1 • = 1,61 мг-экв.
Зная активность точного источника, приготовленного из любого
радиоактивного изотопа, выраженную в мг-экв, можно определить
создаваемую им мощность дозы (в р/час) по следующей формуле:
п 8,4 М
г— R2 -
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Чем определяется активность источника излучений и в каких единицах она
измеряется?
2. Что такое доза излучений и в каких единицах она измеряется?
3. Определите истинную активность источника из Со^у на апрель 1959 Г., если
первоначальная активность его, измеренная в январе 1954 г., равнялась 408 тс.
4. Определите мощность дозы излучения, создаваемой точечным источником из
кобальта-60 активностью в 520 тс на расстоянии 0,5 м.
%
ГЛАВА ПЯТАЯ
МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ЯДЕРНЫХ
ИЗЛУЧЕНИЙ
В основе методов обнаружения и измерения ядерных излучений
лежат изменения физико-химических свойств облучаемой среды.
В настоящее время известны четыре метода:
— сиинтилляционный;
— фотографический;
— химический;
— ионизационный.
§1. Сцинтилляционный метод. Сцинтилляционный ме¬
тод основан на явлении свечения некоторых веществ при облуче¬
нии их ядерными излучениями. Возникновение свечения среды яв¬
ляется следствием возбуждения атомов под действием излучений:
при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны,
воспринимаемые органами зрения в виде вспышек ^сцинтил¬
ляций. Например, сернистый цинк дает сцинтилляции при воз¬
действии на него альфа-частиц; платиносинеродистый барий, вольф-
рамат кальция, синтетический сапфир и ряд других неорганических
вешеств дают сцинтилляции под влиянием бета-частип. Из органи¬
ческих соединений возникновение сцинтилляций наблюдается у наф¬
талина, антрацена, антипирина.
Основной частью дозиметрического прибора, работающего на
основе сцинтилляционного метода, является сцинтилляционный
счетчик, представляющий собой экран, покрытый фосфором, т. е.
веществом, способным светиться под воздействием излучений.
§ 2. Принцип действия фотоэлектронного умножителя. Истори¬
чески сцинтилляционный метод является самым старым, но в пер¬
вые годы развития атомной физики наблюдение за возникновением
сцинтилляций на экране велось визуально, при помощи микро¬
скопа, что затрудняло процесс наблюдения и делало его результаты
недостаточно объективными. В настоящее время сцинтилляции ре¬
гистрируются фотоэлектронными умножителями, дающими очень
большое усиление и исключающими субъективность отсчетов.
Принцип действия фотоэлектронного умножителя показан на
рис. 122. Предположим, что из катода умножителя под действием
144
вспышки света (сцинтилляции) выбивается 1 электрон, который
затем двигается ускоренно к первому электроду умножителя, назы¬
ваемому динодом, и приобретет достаточную энергию для того,
чтобы при ударе о поверхность динода выбить несколько вторич¬
ных электронов. Распределение электрического поля в трубке умно¬
жителя таково, что вторичные электроны направляются к следую¬
щему диноду и каждый из них выбивает с поверхности его еще пэ
нескольку электронов. Повторяя этот процесс несколько раз, в од¬
ной трубке можно получить громадное усиление (в 106 и более
раз). Таким образом, каждая сцинтилляция, возникшая на экране
сцинтилляционного счетчика, вызывает образование импульса тока
и дальнейшая задача дозиметрического прибора сводится к реги¬
страции возникающих импульсов.
v, и3 и5 щ
Поскольку каждая сцинтилляция, соответствующая удару ча¬
стицы излучений о поверхность экрана счетчика, может быть заре¬
гистрирована, применение описанного метода позволяет вести счет
частицам, попавшим на экран, определять количество происшед¬
ших радиоактивных распадов и по величине возникающего им¬
пульса тока различать и измерять энергию падающей частицы из¬
лучений.
§ 3. Сцинтилляционный дозиметр. В настоящее время исполь¬
зуется и другая разновидность сцинтилляционного метода, основан¬
ная на способности некоторых веществ накапливать энергию из¬
лучений и выделять ее в виде светового импульса лишь после до¬
полнительного облучения инфракрасными лучами.
Практически этот метод осуществляется следующим образом.
Небольшая (площадью около 1 см2) пластинка специального фос¬
фора (например SrS — Eu, Sm) помещается в светонепроницаемую
кассету. При облучении молекулы фосфора возбуждаются, но са¬
мопроизвольно возвратиться в основное состояние не могут. Следо¬
вательно, энергия излучений, поглощенная фосфором, аккумули¬
руется, фосфор накапливает «световую сумму». Для измерения
дозы пластинку фосфора вынимают из кассеты и подвергают до¬
полнительному облучению инфракрасными лучами. В результате
молекулы еще более возбуждаются, после чего они уже самопро-
10—1176
145
j
извольно переходят на ос¬
новной энергетический уро¬
вень, испуская при этом све¬
товой импульс, пропорцио¬
нальный ранее накопленной
энергии ядерных излучений.
Измерив при помощи сцин¬
тилляционного счетчика и
фотоумножителя этот свето¬
вой импульс, можно опреде¬
лить дозу излучения, полу¬
ченную фосфором.
§ 4. Фотографический метод. Фотографический метод
основан на использовании воздействия излучений на фотоэмуль¬
сию. Как указывалось выше, все виды ядерных излучений дейст¬
вуют на фотоэмульсию; в результате выбивания электрона связи
из молекулы бромистого серебра (являющегося основным компо¬
нентом фотоэмульсии) последняя распадается на Ag и Вг, что мо¬
жет быть легко обнаружено при последующем проявлении пленки
(по степени ее потемнения). Количество распавшихся молекул бро¬
мистого серебра пропорционально энергии излучений, поглощен¬
ной пленкой, т. е. дозе, полученной пленкой. Кроме того, количе¬
ство распавшихся молекул определяет и степень потемнения
пленки при проявлении. Сравнивая потемнение облученной пленки
с имеющимися эталонами, можно определить дозу, полученную
пленкой.
При использовании фотографического метода следует иметь
в виду, что плотность потемнения пленки лишь в определенных
пределах пропорциональна величине полученной дозы.
При определенной величине дозы D (рис. 123) плотность потем¬
нения 5 достигает максимума, а при больших дозах уменьшается.
Это может привести к грубой ошибке, так как две совершенно раз¬
личные дозы (D1 и D2) создают одинаковую плотность потем¬
нения. Во избежание ошибки необходимо применять пленку та¬
кой чувствительности, чтобы ожидаемые дозы практически были
меньше величины Dmay..
§ 5. Понятие о «ходе с
жесткостью». При воздей¬
ствии на пленку гамма-кван¬
тов энергией менее 0,3 Мэв
плотность потемнения зави¬
сит не только от величины
дозы, но и от энергии гамма-
квантов (рис. 124). Зави¬
симость показаний любо¬
го дозиметрического при¬
бора от энергии гамма-кван¬
тов называется «ходом с
жесткостью».
Рис. 124. Зависимость плотности потемне¬
ния фотопленки от энергии гамма-кван¬
тов при постоянной величине дозы
Рис. 123. Зависимость плотности потемне¬
ния фотопленки от мощности дозы
146
Наличие «хода с жесткостью» — явление нежелательное, так как
одинаковые дозы, созданные гамма-квантами различных энергий,
создают различное потемнение пленки, что приводит к существен¬
ным ошибкам при измерении полученной дозы. Для устранения
«хода с жесткостью» фотопленку при применении фотографиче¬
ского метода измерения доз следует закрывать экранами из свин¬
цовых или кадмиевых листов, которые сильно ослабляют гамма-
излучения с энергией гамма-квантов 0,3 Мэв и без заметного ослаб¬
ления пропускают гамма-кванты больших энергий. В результате
использования таких экранов зависимость плотности потемнения
пленки от энергии гамма-квантов значительно сглаживается. (Кри¬
вая 2 на рис. 124 снята при применении кадмиевого экрана.)
§ 6. Пленочные дозиметры. Фотографический метод измерения
доз гамма-излучений используется в пленочных дозиметрах, пред¬
ставляющих собой светонепроницаемые малогабаритные кассеты,
в которые вложен кусочек фотопленки. Такая кассета выдается
лицу, работающему с радиоактивными веществами. В конце рабо¬
чей недели дозиметр сдают в фотолабораторию, где пленку прояв¬
ляют. Сравнивая проявленную пленку с эталонной шкалой (для
данной чувствительности), по степени потемнения пленки опреде¬
ляют дозу гамма-излучений, полученную данным лицом за рабо¬
чую неделю.
Недостатком пленочных дозиметров является сравнительно ма¬
лая точность измерений.
§ 7. Химический метод. Химический метод основан на из¬
менениях химического состава облучаемой среды в результате
ионизации молекул среды под воздействием излучений. Например,
при облучении хлороформа (СНС1з) вследствие радиолиза наблю¬
дается
2СНС13 -> СС13 — СНС12 + НС1.
Количество образовавшихся молекул соляной кислоты будет
прямо пропорционально дозе излучения, поглощенной хлорофор¬
мом, и может быть определено по изменению цвета добавляемого
индикатора.
§ 8. Химический дозиметр ДП-70. Индивидуальный химический
дозиметр ДП-70 предназначается для измерения доз гамма-излу¬
чений от 50 до 800 р. Дозиметр представляет собой стеклянную
ампулу, в которой содержится около 6 мл бесцветного раствора;
ампула помещается в металлический футляр, на торце которого
выбит номер дозиметра. Вес одного дозиметра — 40 г.
Под действием излучений раствор дозиметра приобретает мали¬
новую окраску, интенсивность которой пропорциональна получен¬
ной дозе. На внутренней стороне крышки металлического футляра
помещен цветной индикатор, соответствующий дозе в 100 р. Срав¬
нивая цвет содержимого ампулы с индикатором, можно определить,
превысила ли полученная доза величину 100 р.
Для более точного определения полученной дозы применяется
полевой колориметр ПК-56, в который вставляются измеряемая и
10*
контрольная (необлучавшаяся) ампулы. Применяя светофильтры
различной плотности, размещенные на вращающемся диске коло¬
риметра, путем сравнения цветов определяют полученную дозу
с точностью +20%. Колориметр имеет 10 светофильтров, соответ¬
ствующих величинам доз: 50—75—100—150—200—250—300—450—
600—800 р. Вес колориметра в ящике для переноски 1,4 кг.
Дозиметр позволяет измерять дозу, полученную как при одно¬
кратном, так и при многократном облучении (в течение 10—
15 дней). Измерение должно производиться не ранее чем через 1 час
после облучения, так как изменение цвета раствора происходит по¬
степенно.
При температурах ниже —20° С раствор в ампуле замерзает, но
после оттаивания он снова становится пригодным для работы.
Ампулу нельзя подвергать действию света и вынимать на дли¬
тельное время из светонепроницаемого металлического футляра.
После измерения ее уничтожают; футляр для ампул может быть
использован многократно. Срок хранения ампулы 18 месяцев.
§ 9. Ионизационный метод. Ионизационный метод в на¬
стоящее время является основным и применяется почти во всех
войсковых дозиметрических приборах. Сущность его заключается
в том, что ядерные излучения, воздействуя на газовый объем, про¬
изводят ионизацию газа; электрически нейтральные атомы (моле¬
кулы) газа разделяются на пары: положительные ион и электрон.
При наличии электрического поля в ионизированном газовом
объеме возникнет направленное движение заряженных частиц
>(рис. 125), т. е. через объем проходит электрический ток, называе¬
мый ионизационным. Величина тока зависит от ионизирую¬
щего действия излучений, поэтому возникновение его является при¬
знаком наличия ядерных излучений, а измерения тока позволяют
определить ионизирующее действие излучений.
Более подробно ионизационный метод рассматривается в после¬
дующих главах.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните сущность сцинтилляционного метода обнаружения и измерения
излучений.
2. Объясните принцип действия фотоэлектронного умножителя.
3. Объясните устройство и принцип действия индивидуального сцинтилляцион¬
ного дозиметра.
4. Объясните сущность фотографического метода и устройство пленочного до¬
зиметра.
5. Объясните устройство и принцип действия химического дозиметра ДП-70.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
ИОНИЗАЦИОННЫЕ КАМЕРЫ И ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ С ИОНИЗАЦИОННЫМИ
КАМЕРАМИ
§ 1. Принцип действия ионизационной камеры. Основной ча¬
стью каждого дозиметрического прибора, работающего на основе
ионизационного метода, является детектор излучений, на¬
зываемый также воспринимающим устройством. Де¬
тектор излучений представляет собой воздушный или газовый
объем, ионизируемый под воздействием излучений; в этом объеме
расположены два электрода,
к которым приложено по¬
стоянное напряжение. Меж¬
ду электродами создается
электрическое поле. Ионы
и электроны, образовавшие¬
ся в результате ионизации
газовой среды, упорядоченно
двигаются под действием
сил электрического поля
(рис. 125). Таким образом,
в детекторе возникает иони¬
зационный ток.
Одним из видов де¬
текторов излучений явля¬
ются ионизационные
камеры.
Рассмотрим основные
физические процессы, проис¬
ходящие в ионизационной камере при воздействии на нее излуче¬
ний. Если к электродам камеры не приложено напряжение, то ионы
и электроны, так же как и электрически нейтральные атомы и моле¬
кулы газов, находятся в беспорядочном движении.
В процессе движения ионы и электроны сталкиваются между
собой и рекомбинируют. Таким образом, при отсутствии электри¬
ческого поля в ионизированном газовом объеме непрерывно про-
*-© ©—
—0©~в[
L и
ЗФ
1
Рис. 125. Ионизационный метод измерения
излучений
149
исходит как ионизация, так и рекомбинация. Если к электродам
камеры приложить напряжение и создать в облучаемой газовой
среде электрическое поле, то к беспорядочному движению ионов
добавится общее упорядоченное движение (называемое дрейфом)
в направлении, определяемом силами электрического поля. Упоря¬
доченное движение элементарных электрических зарядов под дей¬
ствием сил электрического поля создает в ионизированном объеме
электрический ток.
На рис. 125 схематически показано движение отдельных частиц
между двумя электродами.
Направление и скорость движения каждой отдельной частицы
могут быть совершенно различны, но в то же время все заряжен¬
ные частицы совершают общее упорядоченное движение; направ¬
ления дрейфов электронов и положительных ионов противополож¬
ны. Численное значение скорости дрейфа (W) приблизительно в де¬
сять раз меньше скорости движения отдельной частицы. Скорость
дрейфа электронов вследствие их малой массы обычно на несколь¬
ко порядков больше, чем скорость движения ионов. Это объяс¬
няется тем, что при соударениях с атомами (молекулами) газов
электроны теряют значительно меньшую долю энергии, чем ионы;
кроме того, в промежутках между соударениями электроны, дви¬
гаясь в ускоряющем электрическом поле, наращивают свою энер¬
гию быстрее, чем ионы. При увеличении напряжения, приложенного
к электродам камеры, скорость дрейфа электронов возрастает бы¬
стрее, чем скорость дрейфа ионов. Характерным для движения
электронов является также и то, что вероятность рекомбинации их
с положительными ионами примерно в 104 раз меньше, чем положи¬
тельных ионов с отрицательными. При наличии дрейфа концентра¬
ция ионов в воздушном объеме уменьшается; соответственно умень¬
шается вероятность столкновения их между собой и рекомбинации.
Рассмотрим процессы, происходящие при достижении положи¬
тельными ионами отрицательного электрода камеры и электро¬
нами — положительного электрода. Положительный ион, достигнув
отрицательного электрода, содержащего в избытке свободные элек¬
троны, вырывает один из электронов, соединяется с ним и нейтра¬
лизуется, образуя электрически нейтральный атом (молекулу)
газа. Следовательно, количество атомов (молекул) газов в камере
остается постоянным. Электрон, достигнув положительного элек¬
трода, проникает в вещество электрода и частично восполняет не¬
достаток свободных электронов в положительном электроде. Та¬
ким образом, нейтрализация положительных ионов и электронов на
электродах камеры приводит к тому, что как отрицательный, так
и положительный потенциалы электродов несколько уменьшаются
по своим абсолютным значениям.
Но так как напряжение на выводах источника питания, вклю¬
ченного в цепь камеры, остается постоянным, то при уменьшении
потенциалов электродов камеры от источника питания по цепи к
отрицательному электроду перемещается соответствующее число
свободных электронов; равное количество их переместится и от по¬
150
ложительного электрода камеры к положительному полюсу источ¬
ника питания. Поскольку нейтрализация ионов и электронов на
электродах камеры происходит непрерывно, то по цепи камеры
также непрерывно двигаются свободные электроны, т. е. по цепи
камеры протекает ионизационный ток. Величина тока определяется
количеством ионов и электронов, которые, не рекомбинируя внутри
воздушного объема камеры, достигают ее электродов; она может
быть определена по формуле
I = eN„ (68)
где е—заряд электрона; Na—число пар электрон—положитель¬
ный ион, нейтрализующихся на электродах камеры в каждую се¬
кунду.
Количество нейтрализующихся пар Ne зависит от объема ка-,
меры, ионизирующего действия излучения и напряжения, прило¬
женного к электродам камеры.
§ 2. Вольтамперная характеристика ионизационной камеры.
Предположим, что к двум электродам камеры, расположенным
в воздушном объеме, подводится электрическое напряжение U, ве¬
личину которого можно регулировать. Состав и давление газа в ка¬
мере, а также ионизирующее действие внешнего ионизатора (источ¬
ника излучений, расположенного вне камеры) остаются неизмен¬
ными. Рассмотрим, как в данном случае будет изменяться вели¬
чина ионизационного тока I в зависимости от величины напряжен
ния, приложенного к электродам камеры.
Кривая, графически показывающая зависимость ионизацион¬
ного тока / от напряжения U, называется вольтамперной ха*
рактеристикой камеры (рис. 126).
Вольтамперная характеристика может быть разбита на следую-
щие характерные области:
— область закона Ома;
— область насыщения;
— область газового усиления.
Область закона Ома лежит в начале характеристики
при значениях напряжения, изменяющихся от нуля до некоторой
величины U„. В пределах этой области напряженность поля в ка¬
мере невелика, большин¬
ство образующихся ионов
успевает рекомбинироваться,
прежде чем они достигнут
электродов.
Чем больше напряжен¬
ность поля, тем большая
часть ионов достигает элек¬
тродов камеры, не рекомби¬
нируясь. Это объясняется
тем, что увеличение напря¬
женности ПОЛЯ уменьшает рис. 126. Вольтамперная характеристика
концентрацию ионов в воз- ионизационной камеры
151
душном объеме и, следовательно, промежутки между отдельными
столкновениями ионов возрастают. Кроме того, увеличивается ско¬
рость движения ионов и электронов, а следовательно, сокращается
время их пребывания в газовой среде. Все это уменьшает вероят¬
ность рекомбинации. Увеличение напряжения вызывает приблизи¬
тельно пропорциональное увеличение тока.
Описываемая область характеристики не может быть использо¬
вана в дозиметрических приборах ввиду ее нестабильности. При
малых напряженностях электрического поля величина ионизацион¬
ного тока в большой степени зависит от многих факторов, которые
не могут быть точно учтены в каждом отдельном случае.
Область насыщения начинается с величины напряжения,
равной UH. При достижении напряженностью поля достаточно
больших значений все или почти все ионы, образованные в резуль¬
тате ионизации, участвуют в создании ионизационного тока, не ре¬
комбинируясь. Повышение напряжения (до известных пределов) не
вызывает роста ионизационного тока, поскольку увеличение коли¬
чества ионов может произойти только при возрастании ионизирую¬
щего действия внешнего ионизатора. Область насыщения, следо¬
вательно, характерна тем, что величина ионизационного тока
остается постоянной в широком диапазоне изменения напряжения
(от UH до Uу).
Ионизационные камеры дозиметрических приборов работают
в области насыщения.
Область газового усиления начинается с достижения
напряжением значения UT При увеличении напряжения сверх (Jy
вновь наблюдается рост ионизационного тока. Это объясняется
тем, что вторичные электроны, выбитые в результате первичной
ионизации, двигаясь с ускорением в поле высокой напряженности,
сами приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов
газа. Поэтому к количеству пар электрон — положительный ион,
которое было образовано в результате первичной ионизации, добав¬
ляется дополнительное количество пар, образованных вследствие
вторичной, так называемой ударной ионизации, производимой элек¬
тронами, выбитыми из атомов газа при первичной ионизации.
Эта область вольтамперной характеристики в ионизационных
камерах не используется.
Более подробно сущность явления газового усиления будет из¬
ложена в главе 7-й.
Рассмотрим несколько вольтамперных характеристик, снятых
при различных мощностях доз, создаваемых внешним ионизато¬
ром (рис. 126). Пусть характеристика 1 соответствует мощности
дозы Р\. При увеличении мощности дозы до Р2 (характеристика 2)
величина ионизационного тока (при равных напряжениях, прило¬
женных к электродам камеры) будет больше, чем при мощности
дозы Pi, так как в камере начинает образовываться большее коли?
чество пар ионов. Режим насыщения наступает при боль?
ших значениях напряжения, так как из-за большего числа образо¬
ванных пар возрастает концентрация ионов в воздушном объеме
152
и для практического устранения рекомбинации требуется большая
напряженность поля.
При работе в области насыщения и в случае равномерной иони¬
зации всего объема камеры величина ионизационного тока равна
I„ = e-No6p-V, (69)
где е—1,6 • 19~19 к — заряд иона; No6p — количество пар одноза¬
рядных ионов, образующихся в 1 см? объема камеры в 1 сек\ V —
объем камеры в см3.
Ионизационный ток /„, соответствующий области насыщения,
называется током насыщения.
Имея в виду, что 1 р соответствует такая доза гамма-излуче¬
ний, при которой в 1 см3 воздуха при нормальных условиях обра¬
зуется 2,08 • 109 пар ионов, выражение для количества пар
однозарядных ионов jVo6p, образующихся в 1 см3 в 1 сек, может
быть записано в виде
дj 2,08-109 р
о6р 3600 V
где —мощность дозы гамма-излучений, выраженная в р/час.
Подставляя значение No6p из этой формулы в формулу (69),
получаем:
/н = 9,24-10-“РтК^ 10-13PT1/. (70)
Из формулы следует, что величина тока ионизационной камеры
в режиме насыщения прямо пропорциональна мощности дозы
гамма-излучений и объему камеры. Следовательно, измерение мощ¬
ности дозы Р может быть сведено к измерению тока
С целью упрощения измерений шкалу электроизмерительного
прибора можно проградуировать непосредственно в единицах из¬
мерения мощности дозы (p/час), что в действительности и выпол¬
нено в приборах, предназначенных для измерения мощности дозы.
Напряжение С/н на электродах камеры, при котором наступает
режим насыщения, называется напряжением насыщения.
Величина напряжения насыщения (для данной камеры) прямо про¬
порциональна квадратному корню из измеряемой мощности дозы.
Рабочее напряжение Upa6 выбирается несколько большим, чем
напряжение насыщения. Точка, соответствующая рабочему напря¬
жению, должна лежать в пределах области насыщения вольтам-
перной характеристики; при этом некоторые колебания величины
рабочего напряжения, возможные при эксплуатации дозиметриче¬
ского прибора, не вызывают изменений величины ионизационного
тока и, следовательно, точность показаний прибора не нарушается.
Во время измерения малых мощностей доз камера может рабо¬
тать в области насыщения при малых напряжениях между электро¬
дами камеры. Однако если при такой же величине напряжения на ка¬
меру воздействуют излучения, обладающие большей мощностью дозы,
то прямая пропорциональная зависимость между мощностью дозы
И ионизационным током нарушается и измерения мощности дозы по
153
величине ионизационного тока становятся неточными. Следователь¬
но, при измерениях больших мощностей доз напряжение на элек¬
тродах камеры должно быть соответственно увеличено. Например,
в рентгенметре ДП-1-Б измерение уровней радиации до 4 р/час
возможно при напряжении между электродами камеры порядка
12 в; при измерении высших уровней радиации (до 400 p/час) это
напряжение должно быть увеличено до 120 в.
§ 3. Конструкции ионизационных камер, применяемых для из¬
мерения мощности дозы. В войсковых дозиметрических приборах
обычно применяются ионизационные камеры, представляющие со¬
бой прямоугольную коробку из пресс-порошка. Внутренняя поверх¬
ность камеры покрыта слоем акводага (смесь графитного порошка
с различными клеющими веществами) для придания ей свойств
проводника электрического
тока: слой акводага служит
положительным электродом.
Отрицательный электрод по¬
мещен внутри камеры и мо¬
жет иметь различную фор¬
му. Камера заполняется воз¬
духом при нормальном ат¬
мосферном давлении; зна¬
чит, электроды камеры раз¬
делены воздушной средой.
Один из образцов иони¬
зационных камер изображен
на рис. 127. В этой камере
положительным электродом
служит внутренняя поверх¬
ность как самой коробки, так
и сердечника, находящегося
в середине камеры. Отрица¬
тельным электродом являет¬
ся кольцеобразная металли¬
ческая пластина, располо¬
женная между стенками и сердечником камеры. Провод от отрица¬
тельного электрода выводится через высококачественный янтарный
изолятор, снабженный охранным кольцом. Охранное кольцо распо¬
лагается между выводом электрода и крышкой камеры, соеди¬
няется с корпусом прибора и препятствует утечке тока по поверх¬
ности изолятора. Объем камеры составляет 750 см3-, режим насы¬
щения при измерениях мощности дозы до 400 р/час обеспечивается
при напряжении 120 в.
Для возможности проникновения внутрь камеры бета-частиц
днище камеры, изображенной на рис. 127, изготовляется из тонкой
алюминиевой фольги. Бета-частицы могут проникнуть внутрь ка¬
меры только через это днище, тогда как гамма-излучения вслед¬
ствие своей большой проникающей способности проникают в ка¬
меру со всех сторон. Такое различие в условиях проникновения
Рис. 127. Конструкция ионизационной
камеры рентгенметра ДП-1-Б:
/ — внутренняя поверхность камеры и сердечника
(положительный электрод); 2 — кольцеобразная ме¬
таллическая пластина (отрицательный электрод);
3 — днище камеры; 4 — янтарный изолятор; 5 —
охранное кольцо
154
следует учитывать в тех случаях, когда одна и та же камера ис¬
пользуется для измерения мощностей доз как гамма-излучений,
так и бета-излучений. Кроме того, необходимо учитывать, что
даже тонкая алюминиевая фольга заметно поглощает бета-части¬
цы. Таким образом, при одной и той же мощности дозы ионизирую¬
щее действие бета-частиц внутри камеры будет ослаблено по срав¬
нению с ионизирующим действием гамма-излучений в несколько
раз.
В камере, изображенной на рис. 128, отрицательным электро¬
дом служит пластина, размещенная внутри камеры на фарфоро¬
вых изоляторах и параллельная основанию камеры. Объем такой
камеры около 350 см3, рабочее напряжение — 200 в. Камера может
использоваться только для измерения мощностей доз гамма-излу¬
чений; бета-частицы внутрь камеры не проникают.
§ 4. Процесс ионизации воздушного объема камеры. Гамма-из¬
лучения, воздействующие на камеру, создают свободные элек¬
троны:
— в воздухе, окружающем камеру снаружи («наружные»
электроны);
Рис. 128. Конструкция ионизационной камеры рент-
генметра ДП-2:
1 — внутренняя поверхность камеры (положительный электрод);
2 — металлическая пластина (отрицательный электрод); 3 — фар¬
форовые изоляторы
— в материале, из которого сделаны стенки камеры («стеноч-
ные» электроны);
— в воздухе, заполняющем внутрений объем камеры («воздуш¬
ные» электроны).
Процесс образования «наружных», «стеночных» и «воздушных»
электронов схематически показан на рис. 129.
Ионизирующее действие «наружных» электронов является не¬
желательным, поскольку количество и энергия этих электронов
определяются большим числом разнообразных факторов, могущих
изменяться в процессе эксплуатации и поэтому не поддающихся
точному учету. Для того чтобы «наружные» электроны не могли
производить ионизации воздуха внутри камеры, толщина ее стенок
должна быть больше, чем длина пробега свободных электронов в
веществе, из которого изготовлены стенки камеры. В этом случае
«наружные» электроны внутрь камеры не проникают и ионизация
воздуха внутри камеры создается «стеночными» и «воздушными»
155
электронами, причем главную роль играют «стеночные» электроны.
Преобладающая роль «стеночных» электронов определяется тем,
что из единицы объема стенок выбивается значительно больше
электронов, чем из такой же единицы воздушного объема, так как
плотность вещества стенки во много раз больше плотности воз¬
духа. Без большой погрешности можно считать, что величина иони¬
зационного тока камеры в основном определяется количеством
электронов, образованных в стенках камеры.
Доля поглощенной энергии гамма-излучений тем или иным ве¬
ществом, а следовательно, и количество образованных в этом ве¬
ществе электронов, кроме плотности вещества, определяется еще
атомным номером элементов, составляющих данное вещество, и
энергией гамма-квантов. Поэтому величина ионизационного тока
при одной и той же мощности дозы зависит от энергии гамма-
квантов, т. е. камера обладает «ходом с жесткостью». Последнее
может внести серьезные ошибки в результаты измерений, так как
энергия гамма-квантов, испускаемых продуктами атомного взрыва,
может значительно отличаться от энергии гамма-квантов изотопа,
использованного для градуировки прибора.
Результаты измерений будут точными в том случае, если в объ¬
еме ионизационной камеры, помещенной в область действия гамма-
излучений с данной интенсивностью, создается столько же элек¬
тронов, сколько в объеме воздуха, равном объему камеры и поме¬
щенном в ту же точку области действия излучений, причем рас¬
пределение этих электронов по энергиям должно быть таким же,
как и при ионизации воздуха. Выполнение этого условия обеспечи¬
вается, если стенки ионизационной камеры изготовить из материа¬
ла, массовый коэффициент поглощения которого равен массовому
коэффициенту поглощения воздуха, т. е. количество атомов в слое
материала некоторой толщины, выраженной в г/см2, равно числу
атомов в слое воздуха такой же толщины и эффективный атомный
номер материала равен эффективному атомному номеру воздуха.
Такие материалы называются воздухоэквивалентными;
к ним относятся: графит, бакелит, целлулоид, плексиглас, полисти¬
рол, полиэтилен и другие пластические материалы.
Рис. 129. „Наружные”, „стеночные“ и „воздушные*
электроны
№
§ 5. Принцип измерения ионизационного тока. Как указано
выше, в ионизационной камере, работающей в области насыщения,
величина ионизационного тока прямо пропорциональна мощности
дозы излучения. Следовательно, задача измерения мощности дозы
в конечном итоге сводится к измерению величины ионизационного
тока.
Наиболее простым способом измерения ионизационного тока
было бы непосредственное включение микроамперметра в цепь
ионизационной камеры, как это показано на рис. 125. Однако этот
способ практически не применим; иони¬
зационные токи даже при больших
мощностях дозы не превышают со¬
тых долей микроампера, тогда как
самые чувствительные микроамперме¬
тры, которые можно использовать в
полевых дозиметрических приборах,
могут измерять токи не менее несколь¬
ких микроампер. Поэтому в схемах
дозиметрических приборов с иониза¬
ционными камерами используется кос¬
венный метод измерения слабых иони¬
зационных токов, который заключает¬
ся в том, что измеряемый ток пропу¬
скают через сопротивление очень большой величины (107—1010 ом)
с тем, чтобы получить на нем падение напряжения в несколько
вольт, которое можно измерить ламповым вольтметром (рис. 130).
При прохождении электрического тока I через сопротивление R
на сопротивлении создается падение напряжения U, величина ко¬
торого определяется по формуле (13). Например, при протекании
тока / = 0,01 мка через сопротивление R = 47 мгом на нем падает
напряжение:
U= IR = 0,01 • 10"6- 47 -106 = 0,47 в.
Если величина тока, протекающего через сопротивление, воз¬
растет до 0,02 мка, то и величина падения напряжения на сопро¬
тивлении увеличится также вдвое и станет равной 0,94 в. По¬
скольку ток I и создаваемое им на сопротивлении R падение на¬
пряжения U связаны между собой прямой пропорциональной зави¬
симостью, измерение падения напряжения позволяет определять
величину тока.
Ранее указывалось, что ионизационный ток для камер, работа¬
ющих в режиме насыщения, прямо пропорционален мощности д^/зы.
Следовательно, падение напряжения на сопротивлении и мощность
дозы излучений, действующих на камеру, также связаны прямой
пропорциональной зависимостью. Поэтому шкалу лампового вольт¬
метра градуируют так, что по ней можно отсчитать непосредствен¬
но величину не только ионизационного тока, но и мощности дозы.
Так как вольтметр, применяемый в схеме, изображенной на
рис. 130, должен иметь очень большое внутреннее сопротивление,
/
Рис. 130. Косвенный метод из¬
мерения ионизационного тока
157
на несколько порядков превышающее величину сопротивления,
включенного в цепь ионизационной камеры, то необходимо приме¬
нять ламповый вольтметр с электрометрической лампой. Обычный
вольтметр, обладающий сравнительно небольшим сопротивлением
(и даже ламповый вольтметр с обычной электронной лампой), не
может быть использован, так как его небольшое внутреннее сопро¬
тивление шунтирует сопротивление, включенное в цепь ионизацион¬
ной камеры.
При включении в цепь ионизационной камеры сопротивления R
напряжение, приложенное к электродам камеры, несколько умень¬
шается за счет падения напряжения, создаваемого на этом сопро¬
тивлении ионизационным током. Однако уменьшение напряжения,
приложенного к электродам камеры, не вызовет изменений величи¬
ны ионизационного тока, поскольку рабочее напряжение камеры
(£/раб) всегда выбирается несколько большим, чем напряжение
насыщения (£/н).
Следует отметить, что в дозиметрических приборах величины
падения напряжения на сопротивлениях, включаемых в цепь иони¬
зационной камеры, очень малы по сравнению с напряжениями,
приложенными к электродам камеры, и не могут вызвать наруше¬
ния режима насыщения, в котором работает камера. Например, к
электродам камеры, изображенной на рис. 127, прикладывается
напряжение 120 в, тогда как наибольшие величины падения напря¬
жения на сопротивлении, включаемом в цепь камеры, не превы¬
шают 1,8 в.
§ 6. Ламповый электрометр. Для измерения ионизационного
тока, как следует из изложенного выше, необходимы высокомегом-
ное сопротивление, включаемое в цепь ионизационной камеры, и
ламповый вольтметр, измеряющий падение напряжения на высо-
комегомном сопротивлении, создаваемое ионизационным током.
Такое устройство для измерения ионизационного тока называется
ламповым электрометром.
На рис. 131 изображена одна из схем лампового электрометра.
Рассмотрим работу схемы отдельно для двух ее частей: для цепи
ионизационной камеры и для цепи лампового вольтметра.
В цепь ионизационной камеры включена батарея, предназна¬
ченная для создания электрического поля между электродами
камеры. Величина напряжения Еик этой батареи должна превы¬
шать напряжение насыщения. Кроме того, последовательно в эту
же цепь включена батарея смещения с 3J\C—Eg. Своим отри¬
цательным полюсом она подключается к управляющей сетке лам¬
пы вольтметра и создает постоянное отрицательное напряжение
смещения Eg на управляющей сетке лампы. При возникновении
ионизационного тока/ики создаваемого им падения напряжения
на сопротивлении RBX, равного /HKRBX> абсолютное значение отри¬
цательного потенциала в точке А (т. е. на управляющей сетке лам¬
пы) уменьшается, так как падение напряжения на сопротивлении
подается на управляющую сетку лампы своим положительным
полюсом.
158
Рассмотрим изменение потенциала точки А на конкретном
примере. Предположим, что Eg=3,2 в, /?м= 47 Мом. Тогда при
отсутствии ионизационного тока потенциал точки А будет равен
—3,2 в. При возникновении ионизационного тока/ик= 0,01 мка на
сопротивлении Rm = 47 Мом возникает падение напряжения, рав¬
ное 0,47 в, при этом абсолютная величина потенциала точки А
уменьшается и становится равной
?д = —3,2 + 0,47 = —2,73 в.
При увеличении ионизационного тока до 0,02 мка потенциал
точки А равен
?д = —3,2 + 0,94 = —2,26 в.
В общем виде потенциал точки А равен
Eg ~f~ IukRbi'
Из рассмотренного следует, что потен¬
циал точки А изменяется в зависимости
от величины ионизационного тока, т. е. в
зависимости от мощности дозы, действую¬
щей на камеру.
Измерение потенциала точки А осу¬
ществляется при помощи лампового
вольтметра.
Рассмотрение работы цепи лампового
вольтметра следует производить, исполь¬
зуя анодно-сеточную характеристику лам¬
пы вольтметра, изображенной на рис. 132.
При отсутствии излучений ток в цепи
ионизационной камеры не возникает,
159
Рис. 132. Анодно-сеточная
характеристика лампы
(к рис. 131)
падение напряжения на сопротивлении не создается и на управляю¬
щую сетку лампы подается только отрицательное напряжение сме¬
щения, равное Eg (точка 1 на характеристике). При этом в анод¬
ной цепи лампы вольтметра протекает начальный анодный ток /а0,
соответствующий началу прямолинейного участка анодно-сеточной
характеристики лампы. Очевидно, что такой же ток будет проте¬
кать и через микроамперметр.
С эксплуатационной точки зрения, было бы желательным уста¬
новление стрелки микроамперметра на нуль при отсутствии излу¬
чений. Для этого в схеме (рис. 131) применяется компенсацион¬
ный метод, сущность которого сводится к следующему: через
микроамперметр, помимо анодного тока, пропускают компенсаци¬
онный ток от отдельного источника питания, причем направления
компенсационного и анодного токов в той части цепи, в которую
включен микроамперметр, должны быть противоположны. Вели¬
чину компенсационного тока можно регулировать при помощи
реостата RK, включенного в компенсационную цепь. При наличии
компенсационного тока показания микроамперметра определяют¬
ся разностью двух токов — анодного и компенсационного:
/Пр I а
Если установить величину компенсационного тока, равной ве¬
личине начального анодного тока /а0, то при отсутствии излучений
стрелка микроамперметра установится на нуль.
При воздействии излучений абсолютная величина отрицатель¬
ного потенциала на управляющей сетке лампы уменьшается, сле¬
довательно, возрастает величина анодного тока. Анодный ток пре¬
вышает ранее установленный компенсационный ток, и стрелка
микроамперметра отклоняется на соответствующее число делений.
Если мощность дозы изменяется от нуля до некоторой вели¬
чины Р, то напряжение на управляющей сетке лампы вольтметра
изменяется на величину
Но так как величина ионизационного тока прямо пропорциональ¬
на уровню радиации, то можно считать, что
Д Ug=*tP,-RB„
где k—коэффициент пропорциональности, зависящий от конструк¬
ции камеры.
Изменение напряжения на управляющей сетке вызывает со¬
ответствующее изменение анодного тока, которое может быть
определено по формуле
Ma = SdAUg = SdkPiRBX,
где Sd—крутизна динамической характеристики лампы.
Анодный ток лампы при мощности дозы, равной Р, составляет
К — ^аО + Д Ki
160
а Показания микроамперметра, включенного в анодную и компен¬
сационную цепи, определяется разностью
-^пр Iа ^к ^аО Ь" AIа
Но так как компенсационный ток был установлен равным на¬
чальному анодному току (fK — Iao)> то показания микроампер¬
метра определяются током А/а. Подставив вместо А/а ранее вы¬
веденное его выражение, получим:
Jnp=SdkPRu„ (71)
т. е. показания микроамперметра прямо пропорциональны мощ¬
ности дозы.
Величины напряжения смещения и сопротивления должны
быть подобраны таким образом, чтобы при измерениях мощностей
доз, изменяющихся от нуля до максимальной величины, рабочая
точка на характеристике лампы не выходила за пределы прямоли¬
нейного участка характеристики (1—2 на рис. 132). Если напря¬
жение на управляющей сетке станет по своему абсолютному зна¬
чению больше напряжения, соответствующего точке /, или меньше
напряжения, соответствующего точке 2, то крутизна характери¬
стики не будет постоянной, а следовательно, и прямая пропорцио¬
нальная зависимость между уровнем радиации и показаниями
микроамперметра нарушится, что ухудшит точность измерений.
Переменное сопротивление R4 (рис. 131), включенное после¬
довательно с микроамперметром, используется для регулировки
чувствительности схемы.
§ 7. Ламповый электрометр с катодной нагрузкой. Недостатком
описанной в § 6 схемы является довольно резкая зависимость по¬
казаний прибора от изменения напряжений в цепях электронной
лампы. Понижение на¬
пряжения любой из пи¬
тающих батарей вызы¬
вает изменение чувстви¬
тельности схемы и нару¬
шение ее исходного ре¬
жима (уход нуля микро¬
амперметра).
Более стабильной яв¬
ляется схема, изображен¬
ная на рис. 133. Основны¬
ми элементами ее, как и
ранее рассмотренной, яв¬
ляются ионизационная ка¬
мера, электрометрическая
лампа, микроамперметр и
источники питания. От¬
личие состоит в том, что
в этой схеме микроампер¬
Рис. 133. Схема лампового электрометра с ка¬
тодной нагрузкой
11—1176
161
метр и ряд регулировочных сопротивлений включены не между
анодом и положительным полюсом анодной батареи, а между ка¬
тодом и отрицательным полюсом анодной батареи. Такая схема
называется схемой с катодной нагрузкой.
Предположим, что в схеме, изображенной на рис. 131, в резуль¬
тате частичного разряда анодной батареи, анодное напряжение
уменьшилось на ДUa\ это вызовет уменьшение анодного тока
на Д/0. Изменение анодного напряжения на Ша по своему воздей¬
ствию на анодный ток эквивалентно изменению сеточного напря¬
жения наД6?8. = ^' (см. формулу 40). Следовательно, соответ¬
ствующее изменение анодного тока будет равно
Перейдем к рассмотрению схемы, изображенной на рис. 133.
Изменение анодного напряжения на ДUa в этой схеме вызовет изме¬
нение анодного тока на ДIJ, которое по своей величине отлично
от Д/а. Уменьшение анодного тока на величину Д/а' вызовет соот¬
ветствующее уменьшение абсолютного значения отрицательного на¬
пряжения смещения на управляющей сетке лампы на вели¬
чину Д/;#;. Это произойдет потому, что в схеме с катодной
нагрузкой отрицательное напряжение смещения на управляющей
сетке лампы состоит не только из постоянного напряжения Eg, но
и падения напряжения на сопротивлении R'H за счет протекания
по нему анодного тока. (Под R'H понимается суммарное сопротив¬
ление, включенное в катодный участок анодной цепи.) Следова¬
тельно, в схеме с катодной нагрузкой уменьшение анодного
тока ДId, вызванное уменьшением анодного напряжения на ДUa,
будет равно
Из последнего выражения следует, что при равном изменении
анодного напряжения на ДUa вызванное этим изменение анод¬
ного тока для схемы с катодной нагрузкой будет в (1 + SdR'K) раз
меньше, чем для схемы, описанной в § 6 данной главы.
. (72)
Решая это выражение относительно ДId . получим
(73)
Заменив выражение Sd~a на Д 1а (см. формулу 72), получим
162
Физический смысл этой особенности схемы с катодной нагруз¬
кой может быть объяснен следующим образом. При уменьшении
анодного напряжения должен уменьшиться анодный ток. Однако
уменьшение анодного тока повлечет за собой соответствующее
уменьшение абсолютной величины отрицательного напряжения на
управляющей сетке лампы, что вызовет увеличение анодного тока
практически до прежнего значения. Следовательно, изменения анод¬
ного напряжения (в определенных пределах) при постоянстве иони¬
зационного тока не будут вызывать изменений в показаниях при¬
бора. Такая же стабильность показаний будет обеспечиваться и
при изменениях напряжения накала лампы.
Это существенное преимущество схемы с катодной нагрузкой
обеспечило ее широкое использование в новых дозиметрических
приборах (ДП-2, ДП-23). Малая зависимость показаний прибора
от величин питающих напряжений позволила исключить из схемы
органы регулировки анодного и накального напряжений, что суще¬
ственно упрощает подготовку к действию и пользование прибором.
Высокая стабильность показаний позволяет, например, в приборе
ДП-2 получать гарантированную точность измерений при уменьше¬
нии питающего напряжения с 1,6 до 1,1 в (т. е. на 30%).
Если зависимость между измеряемой мощностью дозы Р-, и по¬
казаниями микроамперметра /пр для схемы электрометра, опи¬
санной в § 6 данной главы, определялась формулой (71), то для
электрометра с катодной нагрузкой такая зависимость выражается
следующей формулой:
SdkRB:[
пр = 1 + SdR'HPT
Следовательно, при воздействии на камеру ионизирующих излу¬
чений одной и той же мощности дозы Р показания микроампер¬
метра в рассматриваемой схеме будут в -—-—г меньше по срав-
1 + SdRH
нению с показаниями в схеме, описанной в § 6, т. е. схема с катод¬
ной нагрузкой обладает меньшей чувствительностью. Вследствие
этого в приборах, основанных на схеме с катодной нагрузкой, при¬
меняются, как правило, микроамперметры, рассчитанные на изме¬
рение токов меньшей величины. Например, в приборах ДП-1-Б и
ДП-21-Б, основанных на схеме, описанной в § 6, применены соот¬
ветственно микроампер метры на 50 и 100 мка, а в приборах ДП-2
и ДП-23, имеющих в своей основе схему с катодной нагрузкой, —
микроампер метры на 20 мка.
Кроме указанных особенностей, схемы с катодной нагруз¬
кой обладают большим входным сопротивлением и меньшей посто¬
янной времени т сеточной цепи, что позволяет прибору быстрее
реагировать на изменения измеряемой мощности дозы излу¬
чений.
11*
163
§ 8. Применение ионизационных камер для измерения дозы из¬
лучения. Ионизационные камеры могут быть применены также для
измерения дозы излучения. Предположим, что камера, состоящая
из двух плоскопараллельных электродов, была подключена к ис¬
точнику питания с ЭДС, равной Е. Поскольку камера представляет
собой по существу конденсатор, то на ее электродах накопится
определенный электрический заряд, равный
Q = ЕС,
где С — емкость камеры.
Если после заряда камеру отключить от источника питания, то
она останется заряженной, сохраняя на своих электродах заряд Q.
При воздействии гамма-излучений на камеру ее воздушный объем
ионизируется; через ионизированный объем будет происходить по¬
степенный разряд конденсатора. Уменьшение заряда AQ можно
выразить как произведение числа пар образованных однозарядных
ионов N на заряд электрона е
AQ - Ne.
Соответственно уменьшение напряжения на камере может быть
представлено в виде
... Д Q Ne
Ш = = (/4)
Учитывая, что доза гамма-излучений в 1 р соответствует обра¬
зованию при нормальных условиях 2,08-109 пар однозарядных
ионов в 1 см3 воздуха, выражение для числа пар ионов N, создан¬
ных в камере, изготовленной из воздухоэквивалентного материала,
может быть написано в следующем виде:
N =2,08-109 VD, (75)
где V — объем ионизационной камеры в см3\
D— доза излучения в р.
Подставляя в формулу (74) значение N из формулы (75) и
значение е = 1,6 • 10“19 к, получаем
Д£/ = 3,328- lO-'o^rD. (76)
л
Из этого выражения видно, что уменьшение напряжения на
камере прямо пропорционально дозе излучения D. Следователь¬
но, измерение дозы излучения может быть сведено к измерению
уменьшения напряжения на ионизационной камере.
164
Однако камеры, описанные в § 3 данной главы, не могут быть
непосредственно использованы для измерения доз. Они обладают
сравнительно малой емкостью из-за большого объема камеры,
необходимого для создания ионизационного тока достаточной ве¬
личины, и соответственно большого расстояния между электро¬
дами, поэтому накапливаемый на их электродах заряд невелик.
Следовательно, разряд камер в результате ионизации при дозах
порядка нескольких рентгенов может вызвать значительное умень¬
шение напряжения и в силу этого выход камеры из режима насы¬
щения, что сделает результаты измерения недостоверными. Для
измерения доз нужны камеры с увеличенной емкостью, что дости¬
гается включением в конструкцию камеры конденсатора, обла¬
дающего достаточной емкостью и могущего накопить заряд не¬
обходимой величины. Такие камеры называются конденсатор¬
ными.
§ 9. Конструкции конденсаторных камер для измерения доз.
Конструкция конденсаторной камеры, часто называемой индивиду¬
альным дозиметром, показана на рис. 134. Камера представляет
собой дюралевую трубку, внутри которой расположен стержень,
отделенный от стенок камеры воздухом, заполняющим трубку.
2
Рис. 134. Конденсаторная камера для измерения дозы гамма-
излучений:
/ — дюралевая трубка (положительный электрод); 2— стержень (отрицатель¬
ный электрод); 3 — стирофлексный конденсатор
Внутри камеры находится конденсатор со стирофлексной или фто¬
ропластовой изоляцией. Емкость такого конденсатора для камер
комплекта ДП-21-Б около 390 пф, для камер ДС-50 комплекта
ДП-23 — около 500 пф. Одна из пластин конденсатора соединена
со стержнем, являющимся центральным электродом камеры, а
вторая — со стенками камеры, представляющими собой второй
электрод. По внешнему виду и габаритам такие конденсаторные
камеры напоминают авторучки, вес одной камеры около 30 г.
Конденсатор камеры заряжается до напряжения определенной
зеличины. Для камер комплекта ДП-21-Б это напряжение состав¬
ляет 20 или 200 в. Конденсаторы камер типа ДС-50, входящих
в состав комплекта ДП-23, заряжаются до 95 в.
Кроме того, в камерах комплекта ДП-23 в отличие от камер
165
комплекта ДП-21-Б центральный электрод при заряде получает
положительный электрический потенциал.
При воздействии излучений воздушный объем камеры ионизи¬
руется главным образом за счет электронов, выбиваемых гамма-
квантами из дюралевых стенок камеры, и конденсатор постепенно
разряжается через ионизированный воздушный объем.
Для измерения доз бета-излучений данная камера не предна¬
значена.
Доза в 1 р вызывает в камерах комплекта ДП-21-Б такой раз¬
ряд конденсатора, что напряжение на его пластинах уменьшается
приблизительно на 3,3 в (точнее на 3,27 в). Например, если кон¬
денсатор камеры был заряжен до напряжения 20 в, а после облу¬
чения напряжение снизилось до 10,1 в, то уменьшение напряже¬
ния составит 20—10,1=9,9 в и полученная камерой доза будет
равняться 9,9 : 3,3 = 3 р.
Уменьшение напряжения, вызванное дозой в 1 р, в камерах
типа ДС-50 составляет 1,5 в.
Для повышения точности измерений необходимо, чтобы напря¬
жение, остающееся на конденсаторе камеры при получении пол¬
ной дозы (соответствующей всему диапазону измерений), было не
меньше напряжения насыщения.
При эксплуатации описанных камер конденсатор постепенно
разряжается за счет саморазряда, даже при отсутствии облуче¬
ния. Хотя стирофлекс является весьма высококачественным ди¬
электриком, саморазряд неизбежен даже для стирофлексных кон¬
денсаторов. Поэтому при измерениях необходимо учитывать умень¬
шение напряжения на камере, возникающее вследствие самораз¬
ряда.
Для измерения доз, помимо самих камер конденсаторного
типа, необходимы:
— устройство для заряда камер (зарядное устройство);
— устройство для измерения напряжения, оставшегося на ка¬
мерах после облучения (измерительное устройство).
Конденсаторные камеры, зарядное и измерительное устройства
представляют собой комплект для контроля облучения.
§ 10. Зарядное устройство для камер конденсаторного типа. За¬
рядное устройство представляет собой делитель напряжения, изо¬
браженный на рис. 135. Схема и работа такого делителя были разо¬
браны в § 4 пятой главы первого раздела.
Рассмотрим работу делителя на конкретном примере примени¬
тельно к зарядному устройству, использованному в комплексе
ДП-21-Б. К делителю напряжения в качестве источника питания
подключены три последовательно соединенные батареи 100-ПМЦГ.
При положении переключателя поддиапазонов «5» падение напря¬
жения, подаваемое для заряда конденсатора камеры, снимается
с сопротивления R\ и R2 общей величиной 3 + 47 = 50 ком.
166
Реостатом «Зарядное напряжение»
устанавливается ток в цепи дели¬
теля, равный 0,4 ма; при этом с де¬
лителя снимается напряжение, рав¬
ное
ЛТП
яЗа рядное
напряжение”
0,4-10" *-50-10* = 20 в,
заряда
1 ж -зоря?
Рис. 135. Схема зарядного устрой¬
ства
которое используется для
конденсатора камеры.
При переводе переключателя
поддиапазонов в положение «50»
падение напряжения снимается с
трех сопротивлений (Rь R2 и R3)
общей величиной 3 + 47 -f- 430 =
= 480 ком. При этом реостатом «Зарядное напряжение» необхо¬
димо несколько увеличить ток в цепи делителя с тем, чтобы паде¬
ние напряжения на сопротивлениях было равно 200 в.
Пользуясь описанным зарядным устройством, конденсаторы
камер можно заряжать так, что напряжение на них будет равно 20
или 200 в.
§ 11. Измерительное устройство для камер конденсаторного
типа. Измерительное устройство для камер конденсаторного типа
представляет собой ламповый вольтметр. Схема вольтметра, при¬
меняемого для измерения напряжения, оставшегося на конденсато¬
рах камер, требует некоторых усложнений. Вызывается это сле¬
дующим.
Во-первых, рабочее напряжение конденсаторов камер, обеспе¬
чивающее работу в области насыщения, должно быть достаточно
большим, превосходить напряжение запирания ламп, применяемых
в схеме вольтметра. В этом случае уменьшение напряжения кон¬
денсаторов камер в процессе облучения лежит за пределами потен¬
циала запирания лампы и, следовательно, не оказывает влияния
на величину анодного тока лампового вольтметра. Например,
в комплекте ДП-21-Б низший предел напряжения конденсаторов
камер составляет (для поддиапазона «50») 200—3,3 • 50 = 35 в,
тогда как потенциал запирания электрометрической лампы 1Э1П,
примененной в измерительном устройстве этого комплекта, равен
9—9,5 в. Таким образом, изменение напряжения в пределах от 200
до 35 в не может быть измерено непосредственным подключением
конденсатора камеры к управляющей сетке лампы вольтметра.
Во-вторых, изменения измеряемого напряжения должны лежать
в пределах прямолинейного участка анодно-сеточной характери¬
стики лампы, что для лампы 1Э1П составляет приблизительно
1—4 в.
Для осуществления указанных требований схема лампового
вольтметра приобретает вид, изображенный на рис. 136.
К сетке подключаются сеточные конденсаторы Сi или Сг (в за-
167
висимости от положения переключателя поддиапазонов П\), ем¬
кость которых значительно превышает емкость конденсатора ка¬
меры С0. Сеточный конденсатор предварительно заряжается до на-
Рис. 136. Схема измерительного устрой- Рис. 137. Анодно-сеточная характе-
ства ристика лампы (к рис. 136)
пряжения Uь снимаемого с делителя напряжения через переклю¬
чатель Я2; напряжение U\ соответствует концу прямолинейного
участка анодно-сеточной характеристики лампы (точка / на
рис. 137).
При подключении к цепи сетки конденсатора камеры С0 с на¬
пряжением U происходит перераспределение заряда между кон¬
денсатором С0 и сеточным конденсатором С\ или С2. (Процесс
перераспределения заряда между двумя конденсаторами различ¬
ной емкости рассмотрен в § 9 пятой главы первого раздела.) В ре¬
зультате этого на обоих конденсаторах, а следовательно, и на
управляющей сетке лампы установится результирующее напря¬
жение
// _ с«и
— С0 + С\ •
Работа схемы, изображенной на рис. 136, сводится к следую¬
щему.
А. При измерении напряжения на конденсаторах камер, не
подвергавшихся облучению, результирующее напряжение, уста¬
навливающееся в сеточной цепи после подключения к ней конден¬
сатора камеры, должно быть равно U2, т. е. наибольшему (по аб¬
солютной величине) напряжению в начале прямолинейного уча¬
стка анодно-сеточной характеристики лампы (точка 2 на рис. 137).
Анодный ток при этом будет соответствовать величине /а0,
а показания микроамперметра благодаря применению компенса¬
ционного метода определятся разностью
^пр I аО If
При установке с помощью реостата «Установка нуля» величи¬
ны компенсационного тока, равной величине анодного тока /а0,
суммарный ток, текущий через микроамперметр, становится рав¬
ным нулю и стрелка микроамперметра устанавливается на нуль.
Это значит, что доза, полученная камерой, была равна нулю.
Б. Если камера подвергалась облучению, то напряжение на
конденсаторе камеры будет равно
U= U0 — А V,
где U0 — нормальное зарядное напряжение камеры; AU —
величина, прямо пропорциональная дозе излучения D, полученной
камерой.
Д U = 3,328 • 10“10 -J D —kD,
где k — коэффициент пропорциональности.
При этом результирующее напряжение, устанавливающееся
в сеточной цепи после подключения к ней конденсатора камеры,
равно
С0Ц + С,U, _ с0 (U0 - \U) + C\U\ Со (Ц0 - kD) + CtUt
р Со + С\ Cq 4- С\ Со 4- Ci
Cq£/q — C0kD + C\U\ CqU0 + C\U\ C0 , t-ч
Co + Ci C0 + Ci C0 + Ci
= и* — Г kD = — k'D,
Cq ~r Ci
y r C0U0 + C\U\
где и,— V. . X' —напряжение на сетке при измерении не-
W
облученной камеры;
Таким образом, изменение результирующего напряжения в се¬
точной цепи (по сравнению со случаем измерения необлученной
камеры) составит
Д Ug=U2 — Up = Uo + k'D — U2 = k'D,
т. e. будет прямо пропорционально дозе, полученной камерой. Из¬
меряя это напряжение, можно определить дозу, полученную каме¬
рой. Чем больше эта доза, тем меньше (по абсолютному значе¬
нию) результирующее напряжение в сеточной цепи и тем больше
анодный ток лампового вольтметра.
Поскольку изменение напряжения в сеточной цепи ДUg свя¬
зано с изменением анодного тока соотношением
а = SdAUg, или Д/а = Sdk’D,
169
то показания микроамперметра, включенного в анодную цепь
вольтметра, определяемые разностью
/пр = /*-/. = /*- 1а о = 4о + Д/. - /*о = SJD, (77)
будут прямо пропорциональны дозе излучения. Следовательно,
шкала микроамперметра может быть отградуирована таким обра¬
зом, что микроамперметр будет показывать непосредственно дозу
в рентгенах.
§ 12. Прямопоказывающие камеры электроскопического типа.
Некоторым недостатком камер конденсаторного типа является
то, что измерение дозы с
помощью их может про¬
изводиться только при на¬
личии специального из¬
мерительного устройства
и после конца облуче¬
ния; непрерывно контро¬
лировать получаемую до¬
зу при таких камерах в
процессе облучения не¬
возможно.
Указанный недостаток
устранен в камерах
электроскопического типа
(рис. 138). Такая камера
представляет собой метал¬
лический футляр цилин¬
дрической формы, прибли¬
зительно таких же габа¬
ритов, как и камера кон¬
денсаторного типа;внутри
расположена цилиндриче¬
ская ионизационная камера. Стенки ее изготовлены из токопро¬
водящей воздухоэквивалентной пластмассы и представляют
собой один из электродов. Вторым электродом служит дуго¬
образная алюминиевая проволока, расположенная по оси камеры
и укрепленная в изоляторе из полистирола или янтаря. К про¬
волоке прикреплена тонкая кварцевая нить (также дугообраз¬
ной формы), покрытая тонким слоем металла (золота или платины).
Кварцевая нить может отклоняться от алюминиевого электрода.
Перед выдачей на руки камера получает определенный элек¬
трический заряд; для этого используется зарядное устройство.
Так как алюминиевый электрод и покрытая металлом кварцевая
нить электрически соединены друг с другом, то они получат одно¬
именный электрический заряд. Получив заряд, подвижная квар¬
цевая нить отклоняется от алюминиевого электрода на угол, опре¬
деляемый величиной зарядного напряжения.
При воздействии гамма-излучений воздух в рабочем объеме
камеры ионизируется, возникает ионизационный ток, в результате
1 гточ
■ ^Btl
v
5 г з
Схема зарядного устройства
камеры
Рис. 138. Ионизационная камера электроско¬
пического типа:
/ — металлический футляр; 2 — ионизационная камера;
3 — электроскоп; 4 — оптическое устройство; 5 — миниа¬
тюрная шкала
170
чего заряд, имеющийся на центральном электроде, постепенно сте¬
кает. Уменьшение заряда центрального электрода приводит к тому,
что угол, на который кварцевая нить отклонилась от центрального
электрода, уменьшается — кварцевая нить под действием упругих
сил постепенно приближается к центральному электроду.
Из вышеизложенного следует, что центральный электрод с при¬
крепленной к нему кварцевой нитью является по существу элек¬
троскопом, позволяющим по углу отклонения подвижного лепестка
(кварцевой нити) измерять величину заряда электроскопа. Для
визуального наблюдения за положением кварцевой нити в камере
имеется оптическое устройство, подобное микроскопу, и миниа¬
тюрная шкала, на которой нанесены деления, позволяющие непо¬
средственно отсчитывать измеряемую дозу в миллирентгенах или
рентгенах. Положение кварцевой нити проектируется (при наблю¬
дении против рассеянного источника света, проникающего внутрь
трубки через прозрачный полистироловый изолятор, на котором
закреплен центральный электрод) в виде тонкого теневого следа
на шкале. Теневой след нити благодаря примененному оптическому
устройству виден с 80-кратным, а шкала — с 20-кратным увеличе¬
нием. Хотя диаметр нити составляет всего 5 мк и отклонение нити
на всю шкалу всего 0,5 мм, оптическая система позволяет отчет¬
ливо видеть нить и производить отсчет ее положения с точностью
1
до -у деления шкалы.
Максимальное значение дозы D в рентгенах, измеряемое элек-
тросконической камерой, может быть определено по формуле
D = -((/з ~vUh) С k, (78)
где U3 — зарядное напряжение; (JH —напряжение насыщения, со¬
ответствующее максимальным мощностям дозы, при которых ка¬
мера используется; С — емкость камеры; V — объем камеры; k —
коэффициент пропорциональности.
Для камер, предназначенных для измерения доз до 0,2 р, вели¬
чина U3 — Un должна быть около 50 в. Если подобные камеры
будут применяться для измерения больших доз, а именно 5 и 50 р,
то емкость камеры необходимо увеличить включением в ее конст¬
рукцию стирофлексового конденсатора. Увеличение емкости позво¬
ляет измерять большие дозы при таком же диапазоне изменения
напряжения, что и для камер, рассчитанных на измерение малых доз
(т. е. U3 — U„ = 50 в), и при равном зарядном напряжении (по¬
рядка 100 в).
Для заряда камер применяется зарядное устройство, представ¬
ляющее собой обычный потенциометр (рис. 138); к нему подклю¬
чаются две батареи 100-ПМЦГ. Зарядное гнездо, в которое встав¬
ляется заряжаемая камера, подсвечивается снизу лампочкой; для
питания ее имеется элемент 1,6-ПМЦ. Величина зарядного напря¬
жения устанавливается при помощи ручки потенциометра до такой
величины, при которой теневой след кварцевой нити совпадает
с нулевым делением шкалы. Данное зарядное устройство исполь¬
зуется для заряда индивидуальных дозиметров ДК-02.
171
Измерительного устройства для камер электроскопического
типа не требуется, поскольку измерение дозы производится пу¬
тем визуального наблюдения за положением теневого следа на
шкале.
§ 13. Измерения доз и мощностей доз по методу разряда — заря¬
да конденсатора. Представим ионизационную камеру, предваритель¬
но заряженную от источника питания; между электродами камеры
имеется напряжение Ux.
После заряда камера от¬
ключается от источника пи¬
тания и подвергается облу¬
чению; напряжение между
электродами камеры посте-
пенно уменьшается (уча-
~ сток а — в на рис. 139). Пу-
ИС' 1 9‘ электродами"камеры"” "еЖДУ тем соответствующих расче¬
тов можно определить, что
доза величиной D вызывает уменьшение напряжения между элек¬
тродами камеры до величины U2. Как только напряжение достигает
величины U2, срабатывает автоматическое устройство, заряжаю¬
щее камеру; напряжение между электродами камеры вновь подни¬
мается до величины t/, (участок в — с на рис. 139). Таким обра¬
зом, накопление дозы величиной D вызывает образование одного
импульса напряжения на электродах ионизационной камеры.
Если за время облучения возникло п импульсов, то доза, полу¬
ченная камерой, будет равна tiD. Применив устройство для счета
импульсов (например, электромеханический счетчик), можно ис¬
пользовать описанный метод для измерения доз. Между камерой
и счетчиком должно быть включено устройство для усиления и ка¬
либрования импульсов.
Если к выходу схемы вместо счетчика числа импульсов подклю¬
чить устройство, позволяющее считать среднее число импульсов за
единицу времени, то прибор позволит измерять скорость накопле¬
ния дозы, т. е. мощность дозы.
Последнее легко показать следующим образом. Уменьшение за¬
ряда в камере за время одного цикла заряд — разряд равно
\Q = (U\-U2)C,
где С —суммарная емкость камеры, проводов схемы и входа ре¬
гистрирующего устройства.
Средний ток разряда будет равен
/ср = AQN,
где N—среднее количество импульсов в единицу времени.
Величина тока ионизационной камеры в режиме насыщения cbji-
172
зйна с мощностью дозы гамма-излучений и объемом камеры соот¬
ношением (70). Исходя из того, что среднее количество импульсов
в единицу времени равно
7V = ~ = —:——р
JV Щ (U, — U2)C•
и используя соотношение (70), получим
9 24-10~14-Р V
N= 'с^-иУ = кРг ™
Из этого выражения видно, что количество циклов заряд — раз¬
ряд в единицу времени прямо пропорционально мощности дозы Р^.
Следовательно, измерение мощности дозы может быть сведено
к измерению среднего количества импульсов в единицу времени N.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните сущность ионизационного метода и принцип действия ионизацион¬
ной камеры.
2. Вычертите вольтамперную характеристику ионизационного детектора излу¬
чений и поясните ее характерные участки.
3. Что такое «наружные», «стеночные» и «воздушные» электроны?
4. Что такое воздухоэквивалентные материалы и почему они применяются для
изготовления корпусов ионизационных камер?
5. В чем заключается косвенный метод измерения слабых ионизационных токов?
6. Объясните работу схемы лампового электрометра.
7. Каким образом осуществляется компенсация начального анодного тока
в схеме лампового электрометра?
8. Почему в схемах ламповых электрометров необходимо применять электро¬
метрические лампы?
9. Объясните принцип использования ионизационных камер для измерения дозы
излучения.
10. Объясните устройство и принцип действия ионизационной камеры конденса¬
торного типа.
11. Объясните работу зарядного устройства для камер конденсаторного типа.
12. Объясните работу измерительного устройства для камер конденсаторного
типа.
13. Объясните устройство и работу прямопоказывающих камер электроскопиче¬
ского типа.
14. Объясните способ измерения доз и мощностей доз по методу разряда — за*ряда
конденсатора.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СЧЕТЧИКИ И ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
С ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ СЧЕТЧИКАМИ
§ 1. Принцип действия газоразрядного счетчика. Газораз¬
рядный счетчик представляет собой устройство, состоящее
из двух электродов, к которым приложено постоянное напряжение
от источника питания. Пространство между электродами запол¬
няется разреженной смесью инертных газов (с некоторыми добав¬
ками, назначение которых будет пояснено ниже). Принципиальное
усиления.
уР” Сущность газового усиле-
; ния (рис. 140) заключается в
следующем. Выбитый при пер-
Рис. 140. Явление газового усиления вичной ионизации электрон
разгоняется в ускоряющем
электрическом поле и после приобретения достаточной энергии
сам производит (вторичную, ударную) ионизацию атомов газовой
среды; выбитые при этом электроны также разгоняются в электри¬
ческом поле и тоже производят ионизацию. В результате количе¬
ство образованных в газе пар ионов резко возрастает. Попадание
в газовый объем хотя бы одной частицы ионизирующих излучений
вызывает образование лавины свободных электронов, собираю¬
щихся на положительном электроде счетчика; положительный по¬
тенциал электрода резко снижается. Таким образом, попадание
в счетчик частицы, вызвавшей образование электронной лавины,
приводит к резкому снижению потенциала положительного элек¬
трода счетчика,
+ + + + +
отличие газоразрядного счетчи¬
ка от ионизационной камеры
заключается в том, что в счет¬
чиках используется усиление
ионизационного тока за счет
вторичной (ударной) иониза¬
ции; газоразрядный счетчик
работает в области газового
174
Общее количество пар ионов, возникающих в счетчйке, можно
условно разделить на две группы: ионы, возникшие ввиду непо¬
средственного действия частиц излучений (Ni), и ионы, возникшие
вследствие ударной ионизации (N2). Общее количество всех обра¬
зованных в счетчике пар ионов равно N1 + N2.
Отношение числа всех ионов к числу ионов, возникших в ре¬
зультате только первичной ионизации, называется коэффициен¬
том газового усиления (К):
К= t (80)
'V1
В газоразрядных счетчиках коэффициент газового усиления
может достигать величины порядка 1010.
Сравним работу ионизационной камеры и газоразрядного счет¬
чика для случая попадания в них частицы ионизирующих излу¬
чений.
Попав внутрь ионизационной камеры, частица излучений обра¬
зует некоторое количество пар ионов. Предположим, что обра¬
зуется 100 пар ионов. Выбитые из атомов 100 свободных электро¬
нов достигают положительного электрода камеры; на своем пути
эти электроны вторичной ионизации не производят, так как из-за
малой напряженности поля в камере и наличия внутри нее атмо¬
сферного давления скорость движения электронов невелика и их
энергия меньше потенциала ионизации газовой среды камеры.
100 свободных электронов, собравшись на положительном электро¬
де камеры, сообщают положительному электроду некоторый отри¬
цательный электрический заряд, что вызывает уменьшение поло¬
жительного потенциала этого электрода. Но так как заряд элек¬
трона очень мал (1,6- 10~19Лг), то изменение потенциала положи¬
тельного электрода камеры оказывается столь незначительным,
что не может быть обнаружено при помощи практически применяе¬
мых измерительных устройств и приборов.
Если та же частица попадет внутрь газоразрядного счетчика и
также образует 100 пар ионов, то выбитые из атомов 100 свободных
электронов на своем пути к положительному электроду будут
разгоняться до больших скоростей (вследствие высокой напря¬
женности поля и пониженного давления в рабочем объеме счет¬
чика) и сами ионизировать атомы газа. В результате в рабочем
объеме счетчика может возникнуть до 100-Ю10 пар ионов и на
положительный электрод счетчика попадет 1012 свободных элек¬
тронов. Величина суммарного заряда электронов уже не будет
бесконечно малой; она вызовет заметное снижение потенциала
положительного электрода, которое может быть зарегистрировано
сравнительно несложными ламповыми схемами. Поэтому газораз¬
рядные счетчики могут быть использованы для регистрации от¬
дельных частиц ядерных излучений.
При использовании газоразрядных счетчиков в качестве детек¬
торов дозиметрических приборов необходимо применять такие
175
счетчики, в которых наиболее эффективно используется явление
газового усиления. Для этого требуется:
— обеспечить достаточную скорость движения электронов, не¬
обходимую для осуществления ими вторичной ионизации;
— обеспечить наращивание электронами скорости в проме¬
жутках между двумя столкновениями с атомами газа в таком
размере, чтобы они могли компенсировать потерю скорости, появ¬
ляющуюся вследствие столкновений;
— исключить возможность образования малоподвижных отри¬
цательных ионов в результате присоединения свободных электро¬
нов к атомам.
Выполнение первого условия достигается созданием между
электродами счетчика поля достаточно большой напряженности.
Для выполнения второго условия необходимо, чтобы пробег
электрона между двумя столкновениями с атомами газа имел
достаточную протяженность; следовательно, плотность газа долж¬
на быть уменьшена, для чего в рабочем объеме счетчика, как пра¬
вило. создается разрежение.
Для выполнения третьего условия рабочий объем счетчика
заполняется газами, атомы которых не способны присоединять
к себе дополнительные электроны и не могут образовывать отри¬
цательных ионов; такими газами являются инертные газы (аргон,
неон и др.).
Рассмотрим более подробно влияние напряженности поля, дав¬
ления и химического состава газовой среды счетчиков на движе¬
ние ионов и электронов в этой среде.
Вторичное ионизирующее действие производят только элек¬
троны, а не положительные или отрицательные ионы. Это объяс¬
няется тем, что электроны, двигаясь в ускоряющем электриче¬
ском поле, вследствие своей малой массы приобретают большие
скорость и кинетическую энергию, чем ионы, обладающие боль¬
шой массой.
Напряженность поля должна быть такова, чтобы энергия дви¬
жущихся в этом поле электронов превышала потенциал иониза¬
ции газовой среды (для аргона потенциал ионизации равен при¬
близительно 20 эв). Для получения внутри счетчика достаточной
напряженности следует к электродам счетчика приложить опреде¬
ленное напряжение. Кроме того, конфигурация поля внутри счет¬
чика должна быть такой, чтобы получить наибольшую возмож¬
ную напряженность при данном напряжении между электродами.
В § 6 первой главы первого раздела были рассмотрены два
вида электрического поля: между плоско-паралллельными элек¬
тродами и между цилиндрическим и коаксиальным электродами.
Конфигурация поля, создаваемого между цилиндрическим элек¬
тродом и коаксиальной нитью, является более целесообразной для
газоразрядных счетчиков, так как позволяет получать в области,
прилегающей к поверхности положительного электрода, более вы¬
сокие значения напряженности при заданной разности потенциа¬
лов между электродами счетчика. Наибольший прирост энергии
176
электрон будет получать в области, непосредственно примыкаю¬
щей к нити, т. е. там, где напряженность поля достигает наиболь¬
ших значений.
С точки зрения ускорения электронов имеет существенное зна¬
чение полярность электродов. Предположим, что на нить подает¬
ся положительный потенциал (рис. 141), а на цилиндрический
электрод — отрицательный. Электрон, образовавшийся внутри счет¬
чика при такой полярности, двигается от внутренней поверхности
цилиндра к нити. Приблизившись к нити, электрон приобретает
энергию, достаточную для ионизации. Производя ионизацию, элек¬
трон будет попадать в поле все большей и большей напряжен¬
ности и быстро наращивать свою энергию (полностью компенси¬
руя потерю энергии, затраченной на ионизацию) за небольшие
отрезки пути. При такой полярности электродов счетчика элек¬
трон полностью сохраняет свою ионизирующую способность до
самого момента попадания на нить.
При противоположной полярности (рис. 142) электрон будет
двигаться от нити к цилиндру. При своем движении он попа¬
дет в поле меньшей напряженности. Соударяясь с атомами газа,
но не производя их ионизации (поскольку еще не разогнан до
скорости, обеспечивающей вторичную ионизацию), электрон те¬
ряет часть своей энергии. Двигаясь в промежутке между двумя
соударениями, электрон наращивает энергию за счет действия
сил поля, но так как напряженность поля уменьшается (по мере
продвижения электрона к цилиндру), то эта компенсация потерь
энергии сравнительно невелика и общая энергия электрона не до¬
стигает величины, необходимой для совершения вторичной иониза¬
ции. Поэтому при рассматриваемой полярности образование элек¬
тронной лавины может не произойти и счетчик по существу пере¬
станет работать.
Итак, можно сделать вывод: отрицательный электрод счет¬
чика должен иметь форму полого цилиндра, положительный —
Рис. 141. Полярность элек¬
тродов газоразрядного счет¬
чика (правильная)
Рис. 142. Полярность элек¬
тродов газоразрядного счет¬
чика (неправильная)
12—1176
177
форму нити, протянутой по оси цилиндра. Напряжение, прило¬
женное к электродам счетчика, должно иметь величину, обеспе¬
чивающую достаточно большую напряженность поля в области,
прилегающей к нити (положительному электроду).
Для обеспечения должной скорости движения электронов
нужно не только выбрать напряжение между электродами соот¬
ветствующей величины, но и создать в рабочем объеме счетчика
достаточное разрежение. (В счетчиках, применяемых в войсковых
дозиметрических приборах, давление газа составляет величину
порядка нескольких десятков миллиметров ртутного столба.)
Отсюда следует, что конструктивно газоразрядный счетчик должен
представлять собой герметически закрытый баллон, внутри кото¬
рого создано требуемое разрежение.
Количество образуемых в газовой среде электронов и их по¬
движность самым решающим образом зависят от рецептуры газо¬
вого наполнения счетчика и от степени очистки компонентов, вхо¬
дящих в состав наполнителя. Необходимо, чтобы атомы газа, при¬
мененного для наполнения, не обладали электронным срод¬
ство м, т. е. способностью захватывать электроны и образовывать
отрицательные ионы. Следовательно, рабочий объем счетчика дол¬
жен быть заполнен не воздухом, а инертными газами, электронное
сродство атомов которых равняется нулю. Обычно счетчики запол¬
няются неоном или смесью неона с аргоном.
Весьма важную роль в отношении подвижности электронов
Играет степень очистки инертных газов, применяемых для напол¬
нения счетчиков. Например, для химически чистого аргона по¬
движность электронов примерно в 100 раз больше, чем для тех¬
нически чистого аргона. Физический смысл столь резкого расхож¬
дения объясняется тем, что в технически чистом аргоне во много
раз возрастет вероятность образования малоподвижных отрица¬
тельных ионов (за счет примесей), в то время как в химически чи¬
стом аргоне электроны существуют только в свободном состоянии,
не присоединяясь к атомам аргона, имеющим заполненную элек¬
тронную оболочку.
§ 2. Конструкции газоразрядных счетчиков. Рассмотрим не¬
сколько различных конструкций счетчиков, применяемых в войско¬
вых дозиметрических приборах.
Рис. 143. Стальной цилиндрический счетчик:
1 — стальная трубка; 2 — металлическая нить
Стальные цилиндрические счетчики (рис. 143) представляют со¬
бой тонкостенную, герметически закрытую стальную трубку, за-
178
полненную разреженной смесью неона и паров брома. По оси
трубки натянута металлическая нить (положительный электрод);
отрицательным электродом является сама трубка. Так как трубка
выполнена из очень тонкой стали, то для усиления механической
прочности она имеет ребра жесткости. Счетчик называется цилин¬
дрическим потому, что частицы излучений могут проникать в него
через боковую поверхность цилиндра (трубки). Он может реги¬
стрировать только гамма-кванты и бета-частицы с энергиями бо¬
лее 200 кэв; бета-частицы меньших энергий и альфа-частицы не
смогут проникнуть через стальную стенку счетчика.
Стеклянные цилиндрические счетчики (рис. 144) представляют
собой стеклянную, герметически запаянную трубку, внутренняя
поверхность которой покрыта слоем меди и служит отрицатель¬
ным электродом. В качестве положительного электрода приме¬
няется металлическая нить, натянутая по оси трубки.
» 2 3
Рис. 144. Стеклянный цилиндрический счетчик:
1 — стеклянная трубка; 2 — слой меди; 3 — металлическая
нить
Рис. 145.
Разновидностью стеклян¬
ных цилиндрических счет¬
чиков являются малоэф¬
фективные счетчики,
предназначенные для пре¬
имущественной регистрации
гамма-квантов (рис. 145).
Отрицательным электродом
у такого счетчика служит
металлическая спираль, по¬
мещенная в стеклянной ам¬
пуле. Внутри спирали рас¬
положена вторая стеклян¬
ная ампула (немного мень¬
ших размеров, чем первая),
внутри которой натянута нить, служащая положительным электро¬
дом. Наличие на пути частиц излучений двух стеклянных стенок
(первой и второй ампул) несколько ограничивает возможность про¬
никновения в счетчик бета-частиц.
Стеклянный торцовый счетчик (рис. 146) представляет собой
стеклянный цилиндрический баллон. Внутренняя поверхность
баллона омеднена и служит отрицательным электродом. Положи¬
12* 179
Малоэффективный стеклянный
счетчик:
1 — внешняя стеклянная ампула; 2 — металлическая
спираль; 3 — внутренняя стеклянная ампула; 4 — ме¬
таллическая нить
тельным электродом является нить, рас¬
положенная по оси баллона. В торце
баллона имеется окно, закрытое очень
тонким слоем слюды, предназначенное
для пропускания внутрь счетчика альфа-
частиц или бета-частиц малых энер¬
гий. Давление в торцовых счетчиках
близко к атмосферному из-за малой ме¬
ханической прочности слоя слюды, кото¬
рый может быть разрушен при боль¬
шой разности внутреннего и внешнего
давления.
В табл. 13 приведены некоторые дан¬
ные газоразрядных счетчиков, исполь¬
зуемых в войсковых дозиметрических при¬
борах.
Внешний вид счетчиков, применяемых
в войсковых дозиметрических приборах,
изображен на рис. 147.
Таблица 13
Основные данные некоторых типов газоразрядных счетчиков
Тип счетчика
Название счетчика
Конструкция счетчика
Рабочее
напряжение,
в
СТС-5
Регистрация бета-частиц
Стальной цилиндриче¬
и гамма-квантов
ский
380 ±25
СТС-6
То же
То же
380 ±40
МСТ-17
Регистрация бета-частиц
малых энергий
Стеклянный торцовый
1400 ±100
САТ-7
Регистрация альфа-частиц
То же
400
СИ-1БГ
Регистрация гамма-кван-
Стеклянный цилиндри¬
и СИ-2БГ
тов и бета-частиц
ческий .
375-410
Рис. 147. Внешний вид газоразрядных счетчиков, применяемых в войсковых
дозиметрических приборах
Рис. 146. Стеклянный тор¬
цовый счетчик:
1 — стеклянный баллон; 2 — слой
меди; 3 — металлическая нить;
4 — слюда, закрывающая торцовое
окно баллона
180
§ 3. Разряд и восстановление в счетчике. Физический процесс,
происходящий в счетчике при попадании в него частицы ионизи¬
рующих излучений, разбивается на две стадии: разряд и восста¬
новление.
При разряде в счетчике частица излучений создает лавину
свободных электронов, собирающихся на нити счетчика. Дли¬
тельность разряда — от попадания частицы в счетчик до скопле¬
ния всех электронов лавины на нити — составляет около 10~6 сек..
К концу разряда электроны, собравшиеся на нити, уменьшают по¬
ложительный потенциал ее; вокруг нити, в газовом объеме счет¬
чика, образуется «чехол» положительных ионов, которые в резуль¬
тате действия кулоновых сил удерживают электроны на нити, пре¬
пятствуя их стеканию по цепи, соединяющей нить с положитель¬
ным полюсом источника питания.
По окончании разряда начинается стадия восстановле¬
ния. Положительные ионы перемещаются к отрицательно заряжен¬
ному электроду счетчика. Однако скорость движения их значи¬
тельно меньше скорости движения электронов. По мере отхода
9
99 <
?
1Лр
1 21
4
и$
~т
г
/
Т ™—*
и
*3
V
t, t2
13
к
ts
и
- ,n-s...
— 10 ‘сек—
Рис. 148. График изменения потенциала нити счетчика
положительных ионов от нити кулоновые силы, удерживающие
электроны, ослабевают и электроны начинают постепенно стекать
с нити. Таким образом, величина положительного потенциала
нити постепенно восстанавливается. К концу стадии восстановле¬
ния положительные ионы достигают отрицательного электрода и
нейтрализуются. Из-за небольшой скорости движения ионов про¬
цесс восстановления длится значительно дольше, чем стадия раз*
ряда; его продолжительность составляет около 10-4 сек.
Рассмотрим график изменения потенциала нити во времени при
попадании в счетчик отдельных частиц излучений (рис. 148).
Предположим, что за время, соответствующее участку графика
1—2, частицы излучения в счетчик не попадут. Потенциал нити за
этот отрезок времени будет положительным, а величина его равна
нормальному рабочему напряжению счетчика. Пусть в момент вре¬
мени 2 в счетчик попадет частица излучений; начнется разряд.
Примерно через 10~6 сек разряд закончится, что приведет к рез¬
кому уменьшению положительного потенциала нити (точка 5),
181
После этого начнется восстановление, и потенциал нити постепенно
восстановится до своего нормального значения. Время, за которое
заканчивается процесс восстановления, называется временем
восстановления (на рисунке обозначено т2). Попадание но¬
вой частицы в счетчик вызовет повторение процесса (точка 4).
Следует напомнить, что счетчик работает только при определен¬
ных напряжениях, не меньших, чем напряжение, соответствующее
началу области газового усиления. Это минимально необходимое
для работы счетчика напряжение называется напряжением
начала счета (С/у).
Если частица попала в счетчик до того, как напряжение восста¬
новилось до значения Uy, разряда не произойдет. Время, прошед¬
шее от момента разряда до восстановления напряжения начала
счета, называется мертвым временем счетчика (на рисунке
обозначено Ti). В течение мертвого времени счетчик остается нечув¬
ствительным к попаданию частиц излучений. Если частица окажется
в счетчике, когда напряжение достигло или превысило Uy, но не
достигло полной величины (Up), разряд произойдет, однако лавина,
образующаяся при разряде, может содержать небольшое количество
электронов и снижение потенциала нити будет менее значительным.
Минимальный интервал времени между попаданиями частиц,
при котором они еще воспринимаются раздельно, называется раз¬
решающим временем счетчика. Для счетчиков, перечислен¬
ных в табл. 13, разрешающее время составляет около 10~4 сек. Это
значит, что за каждую секунду счетчик может прореагировать не
более чем на 10 000 частиц.
Рассмотрев кривую на рис. 148, можно сделать вывод: реакция
счетчика на попадание в него частицы излучений выражается в рез¬
ком снижении потенциала нити, т. е. в счетчике как бы возникает
отрицательный потенциал нити, вызывая резкое снижение и посте¬
пенное восстановление этого потенциала; передний фронт этого
импульса очень крутой, а задний фронт пологий.
§ 4. Ложные разряды в счетчике и способы их гашения. Разряд
в счетчике должен происходить только при попадании в него ча¬
стицы излучений. Однако в счетчиках, наполненных инертными
одноатомными газами, после разряда, вызванного попаданием ча¬
стицы излучений, происходит серия ложных разрядов.
Разберем процесс возникновения ложных разрядов.
Выше было указано, что «чехол» положительных ионов во вре¬
мя стадии восстановления постепенно перемещается от нити к отри¬
цательному электроду. Образующийся при рекомбинации ионов
с электронами из отрицательного электрода атом газа находится
в возбужденном состоянии. При переходе в основное состояние
этот атом испускает фотон ультрафиолетового света, который, по¬
пав на отрицательный электрод, может выбить из него электрон
в результате возникновения фотоэлектронной эмиссии. Выбитый
электрон притягивается положительно заряженной нитью и прк
своем движении к нити ионизирует атомы газа, вызывая образова¬
ние нового разряда. Затем самостоятельно возникает новый раз¬
182
ряд и т. д., т. е. после первого разряда происходит серия ложных
разрядов.
Второй причиной возникновения ложных разрядов в счетчиках,
наполненных химически чистыми инертными газами, является воз¬
можность образования метастабильных состояний возбужденных
атомов газа. В счетчике всегда возникают возбужденные атомы,
но если они возвращаются в основное состояние через 10~6 —
10~7 сек, то испускание ими фотонов и выбивание последними
электронов с поверхности отрицательного электрода не может вы¬
звать ложного разряда: в это время процесс восстановления толь¬
ко начинается и напряжение не достигло величины, соответствую¬
щей началу счета. Следовательно, счетчик не сможет прореагиро¬
вать на появление нового электрона. Но если высвечивание фото¬
нов происходит, например, через 10~3 сек, т. е. тогда, когда процесс
восстановления в счетчике полностью закончился и напряжение
достигло своей полной величины, то выбивание фотоном электрона
с поверхности отрицательного электрода может привести к воз¬
никновению ложного разряда.
Исходя из изложенного, для предотвращения возникновения
ложных разрядов необходимо добавлять в наполнитель счетчика
такие вещества, которые обладали бы способностью поглощать
фотоны, испускаемые возбужденными атомами одноатомного газа,
наполняющего счетчик. Такой гасящей добавкой в счетчиках типа
СТС-5 и СТС-6 являются пары брома. Счетчики с добавлением
паров брома или других галоидов называются самогасящи-
мися галогенными.
Молекулы брома способны поглощать фотоны, обладающие
о
длиной волны в 1500 А* и менее. Поэтому фотоны, испускаемые
возбужденными атомами инертного газа, будут поглощаться мо¬
лекулами брома и не смогут достигать поверхности отрицатель¬
ного электрода и вызывать выбивание электронов, приводящих
к ложным разрядам. Кроме того, потенциал ионизации молекул
брома меньше потенциала ионизации неона и аргона, поэтому
ионизированные атомы газа, двигаясь к отрицательному электроду
мимо молекул брома, будут присоединять к себе один из электро¬
нов молекулы брома и нейтрализоваться. К отрицательно заря¬
женному электроду счетчика приблизятся не положительные ионы
инертного газа, а ионизированные молекулы брома. Нейтрализовав¬
шись у поверхности отрицательного электрода, молекула брома не
испустит фотона, а диссоциирует, распавшись на два атома брома.
Таким образом, и в этом случае не произойдет испускание фотона,
могущего выбить электрон с отрицательного электрода счетчика
и вызвать ложный разряд.
§ 5. Рабочая характеристика счетчика. Рабочей характе¬
ристикой счетчика называется кривая, показывающая зависи¬
* Ангстрем (А) — мера длины, равная одной стомиллионной доле сан¬
тиметра.
183
мость амплитуды возникающего в счетчике импульса напряжения
от величины напряжения на электродах счетчика при неизменном
ионизирующем действии частиц излучений, попадающих в счетчик.
Рабочая характеристика
счетчика изображена на
рис. 149. При напряжениях,
меньших напряжения начала
счета, величина импульса весь¬
ма незначительна. Начиная с
напряжения Uy, кривая, пока¬
зывающая величину амплиту¬
ды импульса, возрастает сперва
медленно, а затем быстро. Уве¬
личение амплитуды импульса
является следствием возраста¬
ния коэффициента газового
усиления.
На рис. 149 представлены
две рабочие характеристики
счетчика: одна (1) снята для
случая попадания в счетчик бета-частиц, другая (2) - альфа-ча¬
стиц. Из рисунка видно, что для напряжений от Uy до U\ альфа-
частицы создают импульсы со значительно большей амплитудой по
сравнению с импульсами, создаваемыми бета-частицами. На этом
участке характеристики амплитуды импульсов от альфа-частиц
превышают амплитуды импульсов от бета-частиц в 30—50 раз.
Объясняется это тем, что при сравнительно небольших напряже¬
ниях (менее U\) область ударной ионизации невелика и ограничи¬
вается тонким слоем газового объема, непосредственно примыкаю¬
щего к нити. Количество пар ионов, образующихся при первичной
ионизации (Ni), определяет и общее число пар ионов, возникаю¬
щих в результате первичной и вторичной ионизации (М.). В этой
области общее число пар ионов 7VS, образованных в счетчике, мо¬
жет быть определено по формуле
KNh
где К — коэффициент газового усиления, представляющий собой
постоянную величину, не зависящую от результата первичной
ионизации.
Участок рабочей характеристики счетчика в пределах от Uy
до И\ называется пропорциональным участком. Его
название показывает, что при работе на данном участке величина
импульса прямо пропорциональна ионизирующей способности ча¬
стицы излучений. Пропорциональный участок используется для
счетчиков альфа-частиц. Последующая электрическая схема при¬
бора рассчитывается таким образом, что прибор реагирует на
большие импульсы, создаваемые альфа-частицами, и не реагирует
на импульсы, создаваемые бета-частицами.
Рис. 149. Рабочая характеристика счет¬
чика
184
На участке U\—U2 обе характеристики начинают постепенно
сближаться. Этот участок характеристики называется участком
ограниченной пропорциональности. Он характерен
тем, что частицы большой ионизирующей способности создают
большие импульсы; однако отношение между амплитудами им¬
пульсов, созданных двумя частицами с разной ионизирующей спо¬
собностью, значительно меньше отношения чисел пар ионов, обра¬
зованных этими частицами в результате первичной ионизации. Это
объясняется тем, что при увеличении напряжения между электро¬
дами счетчика область ударной ионизации начинает занимать все
больший объем, расширяясь в сторону отрицательного электрода.
В этом случае большое количество положительных ионов, обра¬
зованных в результате только первичной ионизации, снижает на¬
пряженность поля в области ударной ионизации и тем самым
ухудшает условия для образования лавины за счет вторичной
ионизации. Следовательно, на этом участке характеристики коэф¬
фициент газового усиления не является постоянной величиной,
а уменьшается по мере увеличения N\ — числа пар ионов, образо¬
ванных при первичной ионизации.
Третий участок, называемый участком самостоятель¬
ного разряда (при напряжении, большем U2), характерен тем,
что при работе на нем амплитуда импульса не зависит от первич¬
ной ионизации и остается неизменной независимо от того, какая
частица излучения проникла в счетчик: обладающая большой или
малой ионизирующей способностью. На этом участке коэффициент
газового усиления становится величиной, обратно пропорциональ¬
ной Ni. Таким образом, произведение KNX остается величиной по¬
стоянной. Участок самостоятельного разряда (называемый также
участком Гейгера — Мюллера)
используется для счетчиков
бета-частиц. Бета-частицы лю¬
бых энергий, достаточных для
того, чтобы частица могла
преодолеть толщину стенки
счетчика и проникнуть во
внутренний объем его, создают
импульсы с одинаковыми по
величине амплитудами. Тол¬
щина стенок бета-счетчиков
выбирается такой, чтобы аль¬
фа-частицы внутрь счетчика не
могли проникнуть.
§ 6. Счетная характеристика счетчика. Счетной характе¬
ристикой счетчика называется кривая, показывающая зависи¬
мость числа импульсов (п), возникающих в счетчике в минуту,
от напряжения (U), подаваемого на электроды счетчика при не¬
изменном действии внешнего ионизатора. Счетная характеристика
счетчика показана на рис. 150.
Предположим, что напряжение на электродах счетчика посте-
Рис. 150. Счетная характеристика счет-
пенно повышается от нуля. Пока напряжение меньше напряжения
начала счета (Uy), лавинный процесс и, следовательно, импульсы
достаточной величины в счетчике возникать не будут. При напря¬
жении, равном Uy, появляются импульсы и число их в мйнуту
начинает резко возрастать. С дальнейшим увеличением напряже¬
ния (более U\) число импульсов в минуту достигает постоянной
величины и почти не изменяется при повышении напряжения .
до U2. Дальнейший рост напряжения вновь вызывает увеличение
числа импульсов за счет возрастания количества ложных разря¬
дов и может привести к возникновению пробоя, когда ионизация
возникнет только от действия поля, даже при отсутствии внешнего
ионизатора.
Горизонтальная или почти горизонтальная часть счетной ха¬
рактеристики называется плато и представляет собой рабочий
участок характеристики счетчика. Участок плато характерен тем,
что количество импульсов, регистрируемых счетчиком в минуту,
не зависит от величины напряжения на электродах счетчика. Ра¬
бочее напряжение счетчика обычно равняется величине, соответ¬
ствующей границе между первой и второй третями плато.
Качество счетчика характеризуется шириной плато (в вольтах)
и наклоном его к оси абсцисс, выражаемой (в процентах) изме¬
нения числа импульсов на каждые 100 в ширины плато. Счетчики
СТС-5 и СТС-6 имеют ширину плато порядка 150 в, счетчик типа
САТ-7 — 60 в. Наклон плато к горизонтали для счетчиков СТС-5
и СТС-6 составляет 10% на 100 б плато; это означает, что с уве¬
личением рабочего напряжения на 100 в (в пределах плато) число
импульсов, возникающих в счетчике, при неизменном действии
внешнего ионизатора увеличится всего на 10%. У счетчика МСТ-17
ширина плато равна 150 в, а наклон —5% на 100 в. Чем лучше
счетчик, тем большую ширину и меньший наклон имеет плато.
Снятие счетной характеристики необходимо для определения
рабочего напряжения счетчика.
§ 7. Применение газоразрядных счетчиков. Газоразрядные счет¬
чики нашли широкое применение в качестве воспринимающих
устройств (детекторов) в радиометрах — приборах, предназначен¬
ных для измерения степени зараженности различных поверх¬
ностей.
Степень зараженности определяется количеством распадов
атомов радиоактивного вещества в единицу времени, которое в
свою очередь определяет число импульсов, возникающих в счет¬
чике. Следовательно, измерение степени зараженности может быть
сведено к измерению количества импульсов, возникающих в счет¬
чике в единицу времени.
Газоразрядные счетчики могут быть использованы и для изме¬
рения мощности дозы гамма-излучений, так как количество им¬
пульсов N, возникающих в счетчике в единицу времени, пропор¬
ционально мощности дозы гамма-излучений Р, воздействующей
на счетчик. Поясним это следующим.
186
Выражение для N может быть написано в виде
N — flSe,
(81)
где Я— плотность потока гамма-излучений, т. е. количество гам¬
ма-квантов, проходящих в 1 сек через поверхность в 1 см2, пер¬
пендикулярную к направлению движения гамма-квантов; S — пло¬
щадь поперечного сечения счетчика, перпендикулярная к направ¬
лению движения гамма-квантов; е — эффективность счетчика, т. е.
отношение числа разрядов, возникших в счетчике, к числу гамма-
квантов, прошедших за тоже время через поверхность счетчика.
Величина е не превышает 2%.
Выражение для мощности дозы Р гамма-излучений может быть
написано в виде
Р = ПЕ^,
(82)
где
—энергия гамма-квантов;
— линейный коэффициент по¬
глощения гамма-излучений в воздухе.
Исключая величину Я из уравнений (81) и (82), получаем
N = • Р. (83)
Это выражение показывает, что между N и Р имеется пропор¬
циональная зависимость. Следовательно, измерение Р может быть
сведено к измерению N.
Надо, однако, иметь в виду, что результаты измерений будут
зависеть от энергии гамма-квантов, так как величины е и н, вхо¬
дящие в выражение (83), зависят от энергии гамма-квантов.
§ 8. Простейшие схемы регистрации импульсов счетчика. Одной
из простейших схем регистрации импульсов газоразрядного счет¬
чика является схема с использованием неоновой лампы. Основны¬
ми элементами схемы (рис. 151) являются: газоразрядный счет¬
чик, источник питания, неоно¬
вая лампа JI, конденсатор С и
сопротивление R. Кроме того,
последовательно со счетчиком
включено сопротивление /?„,
являющееся сопротивлением
нагрузки счетчика. Положи¬
тельный потенциал подается на
нить счетчика от батареи через
сопротивление Ru; отрицатель¬
ный потенциал — от батареи
на корпус счетчика через со¬
противление R.
Принцип работы схемы состоит в следующем. При воздействии
на счетчик ионизирующих излучений в его цепи возникают им¬
пульсы тока. Этими импульсами производится заряд конденса¬
тора С. В промежутки времени между импульсами конденсатор
+
Г “
"
Рис. 151.
Простейшая схема для реги¬
страции импульсов
187
разряжается через сопротивление R. Величины емкости конденса¬
тора С и сопротивления R подбираются такими, чтобы в проме¬
жутки времени между импульсами конденсатор не успевал пол¬
ностью разрядиться. Благодаря этому по мере поступления им¬
пульсов заряд на конденсаторе накапливается и напряжение на
нем возрастает. Увеличе¬
ние напряжения будет
происходить до тех пор,
пока оно не достигнет зна¬
чения, равного напряже¬
нию зажигания U3 нео¬
новой лампы. При этом в
неоновой лампе возникает
газовый разряд, сопрово¬
ждающийся вспышкой, и
конденсатор С практиче¬
ски мгновенно разряжает¬
ся через лампу до напря¬
жения гашения лампы
Ur. В дальнейшем под
воздействием импульсов
счетчика, вызванных на¬
личием ионизирующих из¬
лучений, испускаемых ра-
процесс заряда и разряда
конденсатора будет повторяться (рис. 152).
Частота вспышек неоновой лампы определяется количеством
импульсов в единицу времени или величиной мощности дозы Р.
Следовательно, измеряя частоту вспышек, можно определить мощ¬
ность дозы или степень радиоактивного заражения.
Описанная схема регистрации числа импульсов не может быть
признана совершенной по следующим причинам:
1. Неоновые лампы обладают большим разбросом в величинах
£/3 и Ur\ это может привести к значительным ошибкам при изме¬
рениях.
2. Визуальный способ отсчета количества вспышек неоновой
лампы является неудобным и крайне неточным; при большой ча¬
стоте вспышек подсчет их становится вообще невозможным.
3. Для определения частоты вспышек, пропорциональной сте¬
пени радиоактивного заражения или мощности дозы, необходимо
параллельно с регистрацией вспышек регистрировать время, опре¬
деляя частоту как частное от деления количества вспышек на вре¬
мя регистрации.
По этим причинам рассмотренная схема используется в при¬
борах, предназначенных не для измерения, а лишь для индикации
радиоактивного заражения. Примером такого прибора может слу¬
жить индикатор радиоактивности ДП-62.
Более совершенной и удобной схемой, позволяющей непосред¬
ственно измерять среднее количество импульсов в единицу вре-
188
У-У-
-/ -V-
Рис. 152. График изменения напряжения на
конденсаторе (к рис. 151)
диоактивными веществами, описанныи
мени, является схема с интегрирующим контуром. Она состоит из
последовательно соединенных между собой источника постоянного
напряжения, газоразрядного счетчика, интегрирующего контура и
сопротивления нагрузки R» (рис. 153).
Интегрирующий контур представляет собой электри¬
ческую цепь, состоящую из параллельно соединенных сопротивле¬
ния достаточно большой величины (порядка 105-f— 106 ом) и кон¬
денсатора С, обладающего' большой емкостью (порядка десятых
долей мкф). Интегрирующий контур предназначается для образо¬
вания усредненного постоянного напряжения, величина которого
прямо пропорциональна сред¬
нему числу импульсов в едини¬
цу времени.
Рассмотрим процессы, ко¬
торые происходят в схеме с ин¬
тегрирующим контуром.
При воздействии ионизиру¬
ющих излучений на газораз¬
рядный счетчик в его цепи воз¬
никают импульсы тока. Этими
импульсами конденсатор заря¬
жается, а во время пауз меж¬
ду импульсами — разряжается.
Предположим, что внутрен¬
нее сопротивление источника импульсного напряжения бесконечно
велико и вследствие этого разряд конденсатора возможен только
через сопротивление R контура. При малой частоте следования
импульсов (если время между импульсами Ь^>Ъх\, где Х\ — по¬
стоянная времени цепи разряда конденсатора) конденсатор за
время паузы сможет разрядиться полностью. Постепенного накоп¬
ления заряда на конденсаторе и соответственно увеличения раз¬
ности потенциалов между пластинами конденсатора в этом случае
происходить не будет. Иная картина наблюдается, если за время
импульса конденсатор не успел полностью зарядиться, а за время
паузы разрядиться. Это наблюдается в случае, когда постоянные
времени цепи заряда (т) и цепи разряда (ti) достаточно велики по
сравнению с длительностью импульса Т и длительностью паузы Л
При этом величины емкости конденсатора С, сопротивления цепи
заряда R3 и цепи разряда Rp должны быть подобраны таким об¬
разом, чтобы они обеспечивали следующие неравенства:
*>4-и т1>4--
К концу прохождения импульса напряжение на конденсаторе
достигает величины U\ (рис. 154), меньшей, чем амплитуда им¬
пульса напряжения, создаваемого источником. За время паузы
конденсатор разряжается не полностью и напряжение на нем умень¬
шается до некоторой величины U2. Следующий импульс напряжения
Рис. 153. Схема для измерения сред¬
него числа импульсов в единицу вре¬
мени (с применением интегрирующего
контура)
18Э
от источника производит дозаряд конденсатора, и напряжение воз¬
растает с величины U2 до U3. Прирост напряжения U3 — U2, про¬
исшедший за время второго импульса, меньше U\ (прироста на¬
пряжения за время первого импульса) из-за противодействия на¬
пряжения U2, оставшегося на конденсаторе к началу второго им¬
пульса. За время второй паузы происходит уменьшение напряже¬
ния на конденсаторе до величины £/4.
Рис. 154. Изменение напряжения на конденсаторе
интегрирующего контура
Предположим, что за время первого импульса напряжение на
конденсаторе достигло величины U\ = 100 в, за время первой
паузы оно уменьшилось до U2 = 80 в, а за время второго импульса
возросло до величины U:i — 150 в. Тогда за время второй паузы
напряжение на конденсаторе снизится до величины U\, которую
можно определить из пропорции
U±_UL.
и,~
величина U4 равна 120 в.
Если за время третьего импульса напряжение на конденсаторе
возрастет до 175 в, то за третью паузу оно снизится до 140 в. Та¬
ким образом, за время каждого импульса среднее напряжение на
конденсаторе будет возрастать; за первый период заряда и разряда
, 100 + 80 пп „ 150 + 120 IOF
оно было равно ^ = 90 в, за второй период ^ = 135 в,
175 + 140
за третии период ^ = 157,5 в и т. д.
Из рассмотренного примера следует, что, во-первых, среднее
напряжение на конденсаторе с каждым импульсом возрастает и,
во-вторых, прирост среднего напряжения за каждый последующий
период заряда—разряда уменьшается. Через некоторое время
установится равновесие: за каждый импульс конденсатор будет за¬
ряжаться и напряжение на нем достигать некоторой величины, за
время паузы он будет разряжаться на такую же величину, а при
следующем импульсе вновь заряжаться, причем напряжение будет
достигать той же величины, что при предшествующем импульсе.
190
При этом На конденсаторе установится некоторое усредненное на¬
пряжение С/0. При наступлении режима равновесия средний ток
заряда и средний ток разряда конденсатора через сопротивление R
должны быть равны
где N — число импульсов в сек; AQ — количество электричества,
накапливаемое на конденсаторе за время 1 импульса.
Средний ток разряда конденсатора через сопротивление R бу¬
дет равен
где U0 — среднее напряжение на конденсаторе, устанавливаемое
при режиме равновесия (усредненное напряжение).
Сопоставляя приведенные выражения для /зар и /раз, получаем
Из этого следует, что усредненное напряжение на конденсаторе
интегрирующего контура прямо пропорционально числу импульсов
в единицу времени. Соответственно ток разряда конденсатора че¬
рез сопротивление R и создаваемое этим током падение напряже¬
ния на всем сопротивлении R или его части будут прямо пропор¬
циональны числу импульсов в единицу времени.
Таким образом, измерение степени зараженности или мощности
дозы гамма-излучений, пропорциональных числу импульсов счет¬
чика в единицу времени, может быть сведено к измерению напря¬
жения или тока в интегрирующем контуре.
Следует, однако, отметить, что измерения с помощью рассма¬
триваемой схемы достаточно точны только в том случае, если при¬
рост заряда AQ, получаемый конденсатором от каждого импульса,
является величиной постоянной. В противном случае величины /раз
и Uо согласно приведенным выше выражениям при неизменной ве¬
личине N могут иметь различные значения.
Величина AQ зависит от напряжения, приложенного к счет¬
чику. Следовательно, если не обеспечено строгое постоянство на¬
пряжения источников питания, то последнее может внести значи¬
тельные погрешности в результаты измерений. На величину AQ
влияет также интенсивность излучений, т. е. величина N, так как
с изменением N изменяется СЛ>; значит, при постоянстве напряже¬
ния источников питания изменяется напряжение между электро¬
дами счетчика, а соответственно с этим изменяется и AQ.
откуда
/зар = /раз = ЛГД(2 = -^,
С/0 = NA.QR.
(84)
191
Необходимо также отметить, что рассмотренная схема пригодна
лишь для измерений сравнительно большого значения N. При ма¬
лых значениях N ток /раз получается настолько малым, что изме¬
рение его становится невозможным
даже наиболее чувствительными ми¬
кроамперметрами.
По этим причинам данная схема
в том виде, в каком она показана
на рис. 155, может быть использова¬
на для измерений сравнительно,
больших значений N, причем если
к этим измерениям не предъявляют¬
ся жесткие требования в отношении
их точности. В частности, такая схе¬
ма применена в индикаторе радио¬
активности ДП-63. Для повышения
чувствительности и точности изме¬
рений схема должна быть дополне¬
на усилительными и калибрующими
устройствами, обеспечивающими постоянство и достаточную вели¬
чину заряда AQ, даваемого каждым импульсом.
§ 9. Калибрование импульсов по длительности. В большинстве
дозиметрических приборов импульсы напряжения, возникающие
в газоразрядном счетчике, подаются на вход первого лампового
каскада схемы через элемент связи, в качестве которого исполь¬
зуется дифференцирующая цепь RC.
В § 3 седьмой главы данного раздела указывалось, что при по¬
падании частиц излучений в счетчик в нем возникают импульсы
продолжительностью порядка 10 сек. Продолжительность воз¬
никающих импульсов может быть различной в зависимости от ве¬
личины напряжения, при котором возникает разряд. Например, на
рис. 148 показано, что первый импульс имеет продолжительность,
несколько большую, чем второй и третий. Задача дифференцирую¬
щих цепей заключается в преобразовании достаточно длительных
импульсов, возникающих в счетчике, в кратковременные, обладаю¬
щие приблизительно одинаковой длительностью. Таким образом,
в дифференцирующих цепях RC частично осуществляется калибро¬
вание импульсов по длительности.
Рассмотрим работу дифференцирующей цепи на примере схе¬
мы, изображенной на рис. 155. Как видно из схемы, дифференци¬
рующая цепь состоит из конденсатора малой емкости С и сопро¬
тивления R, соединенных между собой последовательно и подклю¬
ченных параллельно к счетчику. Постоянные времени дифферен¬
цирующих цепей, применяемых в войсковых дозиметрических при¬
борах, составляют величину в десятки микросекунд.
Когда в счетчике не происходит разрядов, конденсатор С
остается заряженным от источника питания счетчика. Напряжение
между пластинами конденсатора будет равно величине напряже-
+и
Рис. 155. Схема дифференцирую¬
щей цепи и путь разряда конден¬
сатора дифференцирующей цепи
при разряде в счетчике
192
ния источника питания счетчика. В момент разряда в счетчике по¬
тенциал точки А резко снижается, при этом произойдет разряд
конденсатора С через счетчик и сопротивление дифференцирую¬
щей цепи. Путь тока раз¬
ряда конденсатора на ри¬
сунке показан пунктиром.
Постоянная времени диф¬
ференцирующей цепи подби¬
рается такой, чтобы за вре¬
мя разряда счетчика кон¬
денсатор С разрядился не
полностью. После окончания
разряда в счетчике конден¬
сатор С продолжает разря¬
жаться до тех пор, пока на¬
пряжение на нем не срав¬
няется с напряжением на
газоразрядном счетчике. На
рис. 156, а сплошной линией
показано снижение напря¬
жения на счетчике, а пунк¬
тирной линией — уменьшение
напряжения на конденса¬
торе С. С момента начала
разряда конденсатора в цепи
разряда протекает ток раз¬
ряда, который создает паде¬
ние напряжения на сопроти¬
влении дифференцирующей
цепи R. Форма импульса падения напряжения на сопротивлении
воспроизводит форму импульса разрядного тока (рис. 156, б). Эта
форма характерна почти вертикальным передним фронтом и бы¬
стрым спадом величины тока (или падения напряжения на сопро¬
тивлении R) до нуля. Из сопоставления кривых а и б, приведенных
на рис. 156, видно, что импульс падения напряжения на сопротив¬
лении, возникающий при разряде конденсатора С, по длительности
значительно меньше импульса, возникающего в газоразрядном
счетчике. На управляющую сетку лампы при этом подается отри¬
цательный потенциал.
После того как разряд конденсатора закончился (точка К на
рис. 156, а), происходит постепенный заряд конденсатора С за счет
восстанавливающегося напряжения на счетчике. Путь тока заряда
конденсатора показан на рис. 157. На сопротивлении R возникает
растянутый импульс напряжения; полярность падения напряжения
на сопротивлении при этом такова, что на управляющую сетку
лампы подается положительный потенциал.
Таким образом, длительный импульс, возникающий в газораз¬
рядном счетчике, при помощи дифференцирующей цепи преобра¬
Рис. 156. Графики, поясняющие физиче¬
ские процессы в дифференцирующей цепи
13—1176
193
зуется в кратковременный отрицательный импульс напряжения и
Меньший по амплитуде, но более длительный положительный им¬
пульс напряжения. Эти импульсы подаются на вход лампы
первого каскада схемы прибора. Следовательно, дифференци¬
рующая цепь обеспечивает уменьшение длительности импульсов.
Длительность импульсов, возникающих на выходе дифференцирую¬
щей цепи, определяется в основном постоянной времени дифферен¬
цирующей цепи и остается почти постоянной при различной про¬
должительности импульсов, возникающих в газоразрядном счет¬
чике.
+1Г
Рис. 157. Цепь заряда конден- Рис. 158. Схема усилителя-калибра-
сатора дифференцирующей цепи тора
при восстановлении в счетчике
§ 10. Калибрование импульсов по амплитуде. Дифференцирую¬
щая цепь RC осуществляет лишь частичное калибрование импуль¬
сов — по длительности. Амплитуды импульсов, возникающих на
выходе дифференцирующей цепи, будут несколько различными,
что снижает точность измерений.
Калибрование импульсов по амплитуде может осуществляться
с помощью лампового усилителя. Так как в усилителе наряду с ка¬
либрованием импульсов осуществляется их усиление, то такой
каскад называют усилителем-калибратором, или уси¬
лителем-ограничителем (в нем производится ограниче¬
ние импульсов по высоте).
Одна из возможных схем усилителя-калибратора показана на
рис. 158. С целью полноты описания на схеме показаны также га¬
зоразрядный счетчик и дифференцирующая цепь, которые не яв¬
ляются составной частью схемы усилителя.
Напряжение на вход усилителя подается с сопротивления R
дифференцирующей цепи. В цепь анода включено сопротивле¬
ние Ra. Откалиброванные по амплитуде импульсы выходного на¬
пряжения снимаются с анода лампы.
На рис. 159-показаны характеристики анодного и сеточного токов
лампы, а также двухзначные импульсы, снимаемые с выхода диф¬
ференцирующей цепи. Ограничение снизу, т. е. ограничение отрица¬
тельных импульсов, осуществляется за счет нижней отсечки анод¬
194
ного тока. При любом значении отрицательного напряжения, боль¬
шего по абсолютной величине напряжения запирания лампы Ug0,
лампа запирается. Падение напряжения на сопротивлении Ra де¬
лается равным нулю, и выходное напряжение, т. е. напряжение на
аноде лампы, становится равным напряжению источника анодного
Рис. 159. Графики, поясняющие работу схемы
усилителя-калибратора
питания Еа. При напряжении на сетке, равном нулю, через лампу
течет аяодный ток /о0. На сопротивлении Ra создается падение на¬
пряжения, равное Ia0Ra, и на эту же величину уменьшается выход¬
ное напряжение
^вых Еа IаО^а'
При воздействии на сетку положительных импульсов напряже¬
ния через участок сетка — катод лампы начинает течь сеточный ток.
Сопротивление этого участка становится весьма малым. Этим сопро¬
тивлением шунтируется сопротивление R дифференцирующей цепи.
Общее сопротивление становится также малым, а в соответствии с
этим резко уменьшается и без того небольшой положительный им¬
пульс напряжения. Следовательно, за время действия положитель¬
ных импульсов напряжение на сетке остается примерно равным
нулю. Через лампу течет ток /й0, и напряжение на аноде составляет
Еа — Ia0Ra. Таким образом, с выхода схемы снимаются усиленные
к откалиброванные по высоте импульсы напряжения с амплитудой
^■'ных ^аО^а'
Постоянная составляющая выходного напряжения, равная
Еа С/аь1х Еа 1 а0^а>
может быть отфильтрована с помощью конденсатора, который не¬
обходимо включить перед входом следующего каскада.
13*
195
В качестве усилителя-калибратора может быть использован не
только усилитель на сопротивлении, но также и усилитель на транс¬
форматоре. Принцип калибрования в этом случае не изменяется.
§ 11. Спусковая схема с одним устойчивым состоянием. Для
калибрования импульсов как по длительности, так и по амплитуде в
дозиметрических приборах часто применяют специальные ламповые
устройства, называемые спусковыми схемами с одним
устойчивым состоянием, или нормализаторами.
Рис. 160. Спусковая схема с одним устойчивым
состоянием
Принцип действия спусковой схемы заключается в том, что при
подаче на. вход запускающего импульса на выходе схемы возни¬
кает импульс определенной амплитуды, длительности и формы, ко¬
торые определяются параметрами схемы и могут не зависеть от ве¬
личины и длительности запускающего импульса.
Спусковая схема с одним устойчивым состоянием представляет
собой двухкаскадный усилитель на сопротивлениях (рис. 160), но
с той особенностью, что выход одного каскада соединен со входом
другого. В нормальном положении лампа Л\ открыта, а лампа Л2
заперта за счет подаваемого на ее управляющую сетку постоянного
отрицательного напряжения смещения.
Предположим, что на вход лампы Л\ от счетчика через диффе¬
ренцирующую цепь подан отрицательный запускающий импульс;
при этом ток, протекающий через лампу Ль и падение напряжения
на сопротивлении Ral уменьшатся, а напряжение на аноде
лампы Лх увеличится. В результате увеличения напряжения на
аноде лампы Л\ конденсатор С] начнет заряжаться. Путь тока
заряда конденсатора С\ показан на рис. 161. Этот ток создает на
сопротивлении R\ падение напряжения, которое своим положи¬
тельным полюсом прикладывается к управляющей сетке лампы Л2.
Если результирующее напряжение на сетке лампы Л2 будет доста¬
точным для отпирания лампы, то лампа Л2 откроется. При этом
возникнет падение напряжения на сопротивлении Rn2, а напряже¬
ние на аноде лампы Л2 уменьшится. Конденсатор С2, заряженный
196
до напряжения, равного напряжению источника анодного пита¬
ния Ба) начнет разряжаться через лампу Л2 и сопротивление /?2-
Путь тока разряда конденсатора С2 показан на рис. 162. На сопро¬
тивлении R2 возникает падение напряжения, которое своим отрица¬
тельным полюсом прикладывается к управляющей сетке лампы Л\.
В результате анодный ток лампы Л\ еще более уменьшится, а
напряжение на ее аноде еще более возрастет. Увеличение напря¬
жения на аноде лампы Л\, передаваясь через конденсатор Сi на
управляющую сетку лампы Л2, приводит к еще большему откры¬
ванию лампы Л2. Развивается лавинообразный процесс, в резуль¬
тате которого практически мгновенно лампа Л\ полностью запи¬
рается, а лампа Л2 полностью открывается.
Рис. 161. Цепь заряда кон¬
денсатора С] при переходе
спусковой схемы во второе
состояние
Рис. 162. Цепь разряда кон¬
денсатора Cs при переходе
спусковой схемы во второе
состояние
Однако это состояние схемы неустойчиво. Как только ток раз¬
ряда конденсатора С2 уменьшится до такой величины, что отрица¬
тельное напряжение на управляющей сетке лампы Л\ по абсолют¬
ной величине станет меньше потенциала запирания, лампа Л\
откроется. Через нее потечет анодный ток, который создаст паде¬
ние напряжения на сопротивлении Ral; потенциал анода лампы Л\
уменьшится. Конденсатор Сь увеличивший свой заряд за время
закрытого состояния лампы Л\, начнет разряжаться. Путь тока
разряда конденсатора С\ показан на
рис. 163. На сопротивлении R\ возник¬
нет падение напряжения, которое своим
отрицательным полюсом окажется при¬
ложено к управляющей сетке лампы Л2. Лг
Лампа Л2 запрется и будет удерживаться
в запертом состоянии за счет постоянно¬
го отрицательного напряжения смещения.
Таким образом, схема самопроизвольно
перейдет в свое первое устойчивое со-
гтпянир Рис- 163, Цепь РазРяДа
.. ' конденсатора Cj при воз-
Из описанного выше процесса можно вращении спусковой схемы
сделать вывод, что подача на вход в первое состояние
схемы отрицательного запускающего импульса вызывает крат¬
ковременный переход схемы в свое второе состояние, из которого
она самопроизвольно возвращается в первое устойчивое со¬
стояние.
Во время пребывания схемы во втором состоянии по анодной
цепи лампы JI2 проходит кратковременный импульс анодного тока,
приблизительно прямоугольный по форме. Этот ток создает такой
же прямоугольный импульс напряжения на сопротивлении Ra2,
включенном в анодную цепь лампы JI2. Постоянная времени цепи
заряда конденсатора Сь как правило, выбирается намного больше
постоянной времени цепи разряда конденсатора С2. Поэтому про¬
должительность пребывания схемы во втором (неустойчивом)
состоянии будет определяться постоянной времени цепи разряда
конденсатора С2 и практически не будет зависеть от длительности
запускающего импульса. Подбирая различные значения С2 и R2,
можно регулировать длительность
импульсов напряжения на сопро¬
тивлении R2, а следовательно, и
время пребывания схемы во вто¬
ром состоянии. Значит, при по¬
мощи описанной схемы «запуска¬
ющие» импульсы различной ам¬
плитуды и длительности могут
быть преобразованы в прямо¬
угольные импульсы одинаковой
амплитуды и длительности.
§ 12. Измерение среднего числа импульсов в единицу времени.
После того как импульсы, возникшие в газоразрядном счстчике,
подверглись усилению и калиброванию, они подаются на выходной
элемент схемы, осуществляющий подсчет среднего числа импульсов
в единицу времени. Основной частью такого элемента является
интегрирующий контур, на конденсаторе которого возникает
усредненное напряжение, величина которого прямо пропорцио¬
нальна среднему числу импульсов в единицу времени (в 1 се/сили
в 1 мин).
Одним из методов измерения усредненного напряжения являет¬
ся включение микроамперметра в ветвь контура с сопротивле¬
нием. Возможно также и применение второго метода: падение на¬
пряжения на всем сопротивлении или на его части (рис. 164) из¬
меряется при помощи лампового вольтметра, шкала измеритель¬
ного прибора которого может быть отградуирована таким обра¬
зом, что прибор будет показывать непосредственно число импуль¬
сов в минуту.
Предположим, что на.интегрирующий контур импульсы не по¬
ступают; при этом напряжение на конденсаторе контура, а также
напряжение, подаваемое на управляющую сетку лампы вольтмет¬
ра, будут равны нулю. Анодный ток лампы вольтметра достигнет
максимального значения. Изменением величины сопротивления Ra
(см. рис. 90) стрелка микроамперметра установится на нуль
Рис. 164. Включение интегрирующего
контура и лампового вольтметра для
измерения средней скорости импуль¬
сов
198
-(используется микроамперметр с левым отклонением). При посту¬
плении импульсов через сопротивление контура будет протекать
ток разряда конденсатора контура, величина которого прямо про¬
порциональна средней частоте следования импульсов. На сопро¬
тивлении возникнет падение напряжения, часть которого своим
отрицательным полюсом окажется приложена к управляющей сетке
лампы. Анодный ток лампы уменьшится, что вызовет отклонение
стрелки прибора от нулевого положения вправо на число делений,
пропорциональное падению напряжения на сопротивлении. Если
частота следования импульсов возрастет, то пропорционально воз¬
растет и падение напряжения, снимаемое с части сопротивления,
анодный ток лампы станет еще меньше, а отклонение стрелки при¬
бора от нулевого положения увеличится. Таким образом, по шкале
измерительного прибора можно определять среднее число импуль¬
сов в единицу времени.
§ 13. Пересчетные схемы. В схемах с использованием интегри¬
рующего контура определяется среднее число импульсов в единицу
времени. Однако радиоактивные распады происходят во времени
неравномерно, поэтому схемы с измерением среднего числа им¬
пульсов в единицу времени неизбежно будут обладать некоторой
неточностью. При малых активностях процент неточности может
быть велик. В таких случаях требуется определять не среднее, а
истинное количество распадов, происходящих в исследуемом веще¬
стве.
Пусть импульсы после усиления и калибрования подаются не¬
посредственно на электромеханический счетчик. Такая схема прин¬
ципиально возможна, но ее существенным недостатком является
то, что скорость счета в ней ограничивается возможностями элек¬
тромеханического счетчика. Из-за инерции движущихся частей
электромеханический счетчик может регистрировать не более 120
импульсов в минуту. При измерениях же радиоактивного зараже¬
ния приходится иметь дело со значительно большей частотой сле¬
дования импульсов, достигающей десятков и сотен тысяч импуль¬
сов в минуту. В этих случаях необходимо применять пер е счет¬
ные схемы, сущность которых заключается в том, что электро¬
механический счетчик регистрирует не каждый импульс, а каждый
второй, или каждый четвертый, или каждый восьмой и т. д. им¬
пульс.
Основой для пересчета являются спусковые схемы с
двумя устойчивыми состояниями. Эти схемы подобны
описанным в § 11 данной главы, но отличаются от них тем, что
второе состояние схемы здесь устойчивое и схема возвращается в
свое первое состояние только после подачи на вход второго за- >
пускающего импульса. Таким образом, при подаче на вход такой
схемы двух импульсов на выходе схемы возникает один импульс;
количество импульсов на выходе уменьшается в два раза по срав-
нению с их числом на входе — так осуществляется пересчет
импульсов в отношении 1 :2. Если после первого пересчетного
элемента поставить второй такой же элемент, то схема будет осу^
199
ществлять пересчет импульсов в отношении 1 : 4; при трех пере-
счетных элементах — в отношении 1 : 8 и т. д.
Элемент пересчетной схемы, называемый бинарной триг¬
герной ячейкой, изображен на рис. 165.
Рис. 165. Спусковая схема с двумя устойчивыми со¬
стояниями (первое состояние)
Предположим, что схема находится в своем первом состоянии:
лампа Л\ открыта, а лампа Л2 заперта. Потенциал анода лампы
Л1 невелик за счет падения напряжения, создаваемого анодным
током этой (нормально открытой) лампы на сопротивлении, вклю¬
ченном в анодную цепь. Делитель напряжения Rcl — рассчитан
таким образом, что с точки Б снимается и подается на управ¬
ляющую сетку лампы Л2 отрицательный потенциал, удерживаю¬
щий лампу Лч в запертом состоянии. Так как лампа Л2 заперта
и анодный ток через нее не проходит, падения напряжения на со¬
противлении в анодной цепи не возникает и потенциал анода лам¬
пы Л2 равняется полной величине анодного напряжения. При этом
падение напряжения на делителе напряжения Rc2— Rgl распре¬
деляется таким образом, что с точки А снимается и подается на
управляющую сетку лампы Л\ положительный потенциал, удер¬
живающий лампу JI\ в открытом состоянии.
Запускающий отрицательный импульс в данной схеме подается
в анодную цепь. В момент подачи отрицательного запускающего
импульса сопротивление участка анод — катод открытой лампы Л\
мало, а сопротивление того же участка запертой лампы Л2 велико.
Вследствие этого сопротивление участка анод — катод лампы Л,
полностью шунтирует делитель Rcl — Rg2. В другом положении
оказывается делитель напряжения Rc2 — Rgl, поскольку лампа Л2
заперта и не производит шунтирования делителя. Распределение
потенциала на этом делителе изменяется, т. е. в точке А возникает
отрицательный потенциал, который запирает лампу Л\. Как только
200
лампад] запрется, потенциал ее анода возрастает, что изменяет ха¬
рактер распределения падения напряжения вдоль делителя
Rcj — Rg2 так, что в точке Б возникает положительный потен¬
циал, который открывает лампу Л2. Схема переходит во второе со¬
стояние: лампа Jly заперта, а лампа Лч открыта.
Рис. 166. Спусковая схема с двумя устойчивыми
состояниями (второе состояние)
Второе состояние схемы изображено на рис. 166. Для данной
схемы оно является также устойчивым: лампа Л2 удерживается
в открытом состоянии за счет положительного потенциала, снимае¬
мого с точки Б делителя Rcl — Rgi и подаваемого на управляю¬
щую сетку этой лампы; лампа Лх удерживается в запертом состоя¬
нии за счет отрицательного потенциала, снимаемого с точки А де¬
лителя Rc2 — Rgi и подаваемого на управляющую сетку этой
лампы.
Следующий отрицатель¬
ный импульс вернет схему is
первое состояние; при этом
будут возникать явления, СЕЕВ-
идентичные описанным вы-
Бинарные триг¬
герные ячейки.
ше, но с той разницеи, что
возникновение отрицатель¬
ного импульса в анодной
цепи изменит распределение
падения напряжения на
делителе Rci — RgU что при¬
ведет к возникновению от-
Усилитель
т:
X
X
X
г
4
в
I
j
Источники питания
Рис. 167. Блок-схема дозиметрического
прибора с применением пересчетной схемы
201
рицательного потенциала в точке Б, запиранию лампы Jl2 и от¬
крыванию лампы Л\.
Бинарные триггерные ячейки осуществляют калибрование им¬
пульсов, поэтому при применении пересчетных схем необходимость
в отдельных калибраторах отпадает.
Блок-схема дозиметрического прибора с пересчетной схемой
изображена на рис. 167. Импульсы после усиления подаются на
пересчетную схему; при включении только одной ячейки схема
осуществляет пересчет на два, при включении второй ячейки — на
четыре, при включении третьей ячейки — на восемь. Поэтому пока¬
зания электромеханического счетчика, регистрирующего выходные
импульсы схемы, необходимо умножать на соответствующий коэф¬
фициент пересчета.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается сущность явления газового усиления?
2. В чем заключаются принципиальные отличия газоразрядных счетчиков от
ионизационных камер?
3. Объясните устройство цилиндрических и торцовых газоразрядных счетчиков.
4. Объясните физические процессы, происходящие в счетчике при попадании
частицы ионизирующих излучений.
5. Объясните причины возникновения ложных разрядов в счетчике.
6. Объясните процесс гашения ложных разрядов в счетчике.
7. Вычертите рабочую характеристику счетчика и поясните особенности ее
участков.
8. Вычертите счетную характеристику счетчика и покажите, каким образом вы¬
бирается рабочее напряжение счетчика.
9. Объясните работу простейшей схемы для регистрации импульсов при помощи
неоновой лампы.
10. Вычертите схему интегрирующего контура RC и объясните ее работу.
11. Объясните работу схемы усилителя-калибратора.
12. Объясните работу спусковой схемы с одним устойчивым состоянием.
13. Объясните работу спусковой схемы с двумя устойчивыми состояниями.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
i—w—1
о
о
о а
= Ь'п
О —
О
(§4 10в
ПИТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ
* ПРИБОРОВ
§ 1. Простейшие схемы питания. Для питания цепей детекторов
и ламповых каскадов в войсковых дозиметрических приборах,
предназначенных для эксплуатации в полевых условиях, обычно
применяются комплекты из нескольких химических источников раз¬
личного типа. Например, в одном из войсковых дозиметрических
приборов используются: элемент
1,6-ПМЦ, служащий для питания цепи
накала лампы, батарея 13-АМЦГ, пи¬
тающая цепи анода, катодной сетки и
смещения, и батарея 100-ПМЦГ для
питания цепи ионизационной камеры.
Сухие батареи и элементы благо¬
даря их малому весу и габаритам
удобны для портативных переносных
приборов, однако сроки эксплуатации
и хранения их сравнительно невелики,
что вызывает необходимость постоян¬
ного пополнения запасов источников питания. Многотипность
источников, входящих в комплект питания для одного прибора,
также создает известные трудности в организации снабжения.
Стремление отказаться от химических источников питания, име¬
ющих весьма ограниченный срок годности, привело к созданию
схемы питания, изображенной на рис. 168. Переменное напряжение
6 в, вырабатываемое генератором с ручным приводом, повышается
при помощи трансформатора, выпрямляется селеновым выпрямите¬
лем и подается на накопительный конденсатор, служащий источни¬
ком постоянного высокого напряжения, необходимого для питания
газоразрядного счетчика. Третья обмотка повысительного транс¬
форматора служит для питания вспомогательных цепей прибора.
Если дозиметрический прибор предназначен для стационарной
установки и может питаться от сети переменного тока, то одной
из основных частей его является выпрямительное устройство, одна
из схем которого изображена на рис; 169, Если полярность ЭДС,
203
Рис. 168. Схема питания от ге¬
нератора с ручным приводом
возникающей на вторичной обмотке трансформатора, такова, что
на зажиме А возникает положительный потенциал, а на зажи¬
ме В — отрицательный, то накопительный конденсатор Со заря¬
жается через селеновые выпрямители / и 3. При изменении поляр¬
ности ЭДС на противоположную заряд конденсатора Со осуще¬
ствляется через селеновые выпрямители 2 к 4. Таким образом, на¬
копление заряда на конденсаторе Со происходит в течение обоих
Д
полупериодов напряжения. Между накопительным конденсатором
и входом цепи, на зажимы которой подается постоянное напряже¬
ние, включен сглаживающий фильтр из конденсатора и дросселей,
предназначенный для сглаживания пульсации напряжения, возни¬
кающего на накопительном конденсаторе.
§ 2. Ламповый преобразователь напряжения для питания газо¬
разрядных счетчиков. Для питания газоразрядных счетчиков тре¬
буется высокое напряжение, обеспечивающее работу счетчика в об¬
ласти газового усиления. Иметь для питания счетчиков специаль¬
ные батареи нецелесообразно, так как это привело бы к увеличе¬
нию числа источников питания, а также веса и габаритов прибора.
Поэтому в схемах дозиметрических приборов с газоразрядными
счетчиками обычно применяются специальные преобразователи, по¬
вышающие постоянное напряжение анодных батарей до величины,
необходимой для работы счетчика.
Одна из схем такого преобразо¬
вателя представлена на рис. 170.
Основными частями схемы являют¬
ся: лампа; импульсный трансформа¬
тор, предназначенный для связи
анодной и сеточной цепей лампы и
создания импульсов напряжения на
первичной обмотке при размыкании
анодной цепи; источники питания.
В основе работы схемы лежит
использование следующих явлений:
— постепенного нарастания анод¬
Рис. 170. Схема лампового пре¬
образователя напряжения
204
ного тока при включении анодной цепи благодаря наличию в ней
индуктивности в виде первичной обмотки трансформатора;
—• возникновения напряжения на зажимах вторичной обмотки
импульсного трансформатора при изменениях анодного тока; при¬
чем с увеличением анодного тока полярность напряжения, возни¬
кающего на вторичной обмотке, такова, что на управляющую сетку
лампы подается положительный потенциал, а с уменьшением анод¬
ного тока на эту сетку подается отрицательный потенциал;
— возникновения значительного импульса напряжения на пер¬
вичной обмотке импульсного трансформатора при запирании лампы
и резком прекращении тока в анодной цепи.
Напряжение на аноде лампы Ua будет равно напряжению
анодной батареи Еа за вычетом падения напряжения на импульс¬
ном трансформаторе, которое в свою очередь прямо пропорцио¬
нально напряжению на вторичной обмотке этого трансформатора,
т. е. напряжению, приложенному к управляющей сетке лам¬
пы (Ug):
Ua = Ea-\Ug,
где К — коэффициент трансформации импульсного трансформа¬
тора.
Из этого соотношения следует, что увеличение сеточного напря¬
жения вызывает уменьшение анодного напряжения.
Характеристики анодного и сеточного токов лампы, работающей
в данной схеме, показаны на рис. 171. Характеристика анодного
тока имеет резкий спад в области
положительных значений напря¬
жения на сетке вследствие умень¬
шения Ua при росте Ug. У ха¬
рактеристики сеточного тока на¬
блюдается более крутой подъем
из-за резкого перераспределения
электронного потока внутри лам¬
пы в пользу сетки.
Суммарный магнитный поток ~ид
в сердечнике импульсного транс- Рис ,71> Анодно.сеточная характе_
форматора, изменения которого ристика лампы, работающей в схеме
определяют величину напряжения лампового преобразователя напряже¬
на зажимах вторичной обмотки ния
трансформатора, равен разности
намагничивающего потока, создаваемого током первичной обмотки,
и размагничивающего потока, создаваемого током вторичной об¬
мотки. Величина суммарного магнитного потока определяется на¬
магничивающим током, величина которого равна
1—1 !л.
м — М ^ >
205
где /i — намагничивающий ток первичной обмотки; /2 —размагни¬
чивающий ток вторичной обмотки; К — коэффициент трансфор¬
мации.
В рассматриваемой схеме намагничивающим током является
анодный ток, а размагничивающим — сеточный ток.
На рис. 172 показан график зависимости намагничивающего
тока от величины сеточного напряжения, построенный на основа¬
нии характеристик анодного и сеточного токов лампы.
Предположим, что в начале рассматриваемого процесса лампа
заперта, что соответствует наличию на ее сетке некоторого отри¬
цательного напряжения, превышающего потенциал запирания
лампы (точка /). При уменьшении абсолютной величины отрица¬
тельного напряжения на сетке лампа откроется (точка 2). В этот
момент благодаря появлению постепенно нарастающего анодного
тока, протекающего по первичной обмотке импульсного трансфор¬
матора, на сетке лампы возникнет положительный потенциал, сни¬
маемый со вторичной обмотки трансформатора, и рабочая точка
на характеристике быстро переместится из положения «2» в поло¬
жение «3» (по оси абсцисс). В результате нарастания анодного тока
происходит также и рост намагничивающего тока, который в мо¬
мент отпирания лампы равнялся нулю. При этом рабочая точка
переместится из положения «3» в положение «4» — вверх и влево
по характеристике. По мере приближения к положению «4» ско¬
рость нарастания тока намагничивания уменьшится, что повлечет
уменьшение сеточного напряжения лампы; при достижении рабо¬
чей точкой положения «4» напряжение на сетке станет равным
нулю. Это вызовет уменьшение анодного тока, изменение поляр¬
ности напряжения на вторичной обмотке трансформатора и появле¬
ние отрицательного потенциала на управляющей сетке лампы, что
приведет к запиранию лампы.
В момент запирания лампы на первичной обмотке трансформа¬
тора ввиду самоиндукции возникнет значительный импульс напря¬
жения, который по величине в несколько раз превышает напряже¬
ние на батарее Еа. В этот же момент на вторичной обмотке транс¬
форматора также возникнет значительный импульс напряжения
с подачей большого отрицательного потенциала на управляющую
сетку лампы. В сеточной цепи образуется колебательный процесс:
отрицательный потенциал на сетке уменьшится и, как только его
абсолютное значение станет меньше потенциала запирания лампы,
лампа откроется — и процесс повторится.
Значительные импульсы напряжения, периодически возникаю¬
щие при резком прекращении анодного тока, поступают на нако¬
пительный конденсатор С0, который постепенно заряжается до на¬
пряжения, равного амплитуде импульса. Наличие в цепи конден¬
сатора селенового выпрямителя не позволит конденсатору разря¬
диться через первичную обмотку импульсного трансформатора, так
как выпрямитель будет пропускать только ток, заряжающий кон¬
денсатор, и не пропустит ток разряда конденсатора. Конденсатор С о
206
служит источником постоянного высокого напряжения для газо¬
разрядного счетчика.
Регулировка постоянного высокого напряжения, получаемого на
выходе преобразователя, достигается при помощи реостата, вклю¬
ченного в анодную цепь лампы преобразователя. При увеличении
сопротивления в анодной цепи лампы амплитуда импульсов, воз¬
никающих при прекращении анодного тока, уменьшится; соответ¬
ственно понизится постоянное напряжение на накопительном кон¬
денсаторе.
§ 3. Преобразователь напряжения на кристаллическом триоде.
В новейших дозиметрических приборах для получения различных
напряжений, необходимых для питания газоразрядных счетчиков.
А
Рис. 172. Характеристика намагни- Рис. 173. Схема преобразователя
чивающего тока импульсного тран- напряжения на полупроводнико-
сформатора преобразователя вом (кристаллическом) триоде
анодных и других цепей ламповых каскадов, применяются преобра¬
зователи напряжения на кристаллических триодах. Применение та¬
ких преобразователей создает большие эксплуатационные удоб¬
ства: вместо различных источников питания в приборе применя¬
ются только одни элементы 1,6-ПМЦ, а работающий от этих эле¬
ментов преобразователь может вырабатывать напряжения различ¬
ной величины, необходимые для обеспечения работы всех цепей-
прибора.
Схема преобразователя напряжения на полупроводниковом
триоде изображена на'рис. 173.
При включении источника питания конденсатор С начинает за¬
ряжаться. На пластине конденсатора, соединенной с базой, возни¬
кает отрицательный потенциал, что обеспечивает открывание
триода. Через участок эмиттер — коллектор триода и далее через
обмотку Lk начинает протекать нарастающий коллекторный ток.
Быстрому нарастанию этого тока препятствует ЭДС самоиндук¬
ции, индуктируемая в обмотке Lk. Нарастающий коллекторный
ток вызывает появление нарастающего магнитного потока в сер¬
дечнике трансформатора. Последнее в свою очередь создает ЭДС
взаимоиндукции в обмотке L3. Эта ЭДС в точке «А» имеет по¬
ложительную полярность, что обеспечивает поддержание тока в
цепи базы и дальнейшее нарастание коллекторного тока.
207
Начиная с момента времени /х (см. рис. 174) нарастание кол¬
лекторного тока замедляется, что вызывает уменьшение величины
ЭДС, индуктируемой в обмотке La\ в результате этого возникает
дальнейшее замедление роста коллекторного тока. В момент вре¬
мени U рост коллекторного тока прекращается, ЭДС в обмотке L3
становится равной нулю, что вызывает уменьшение коллекторного
тока. Уменьшение коллекторного тока вызывает появление на
обмотке £э ЭДС обратной полярности, в результате действия ко¬
торой триод запирается и коллекторный ток практически мгно¬
венно уменьшается до значения, близкого к нулю.
Энергия магнитного потока, накопленная в сердечнике транс¬
форматора за время открытого состояния триода, будет расходо¬
ваться на заряд междувитковых емкостей обмоток трансформа¬
тора. На обмотках трансформатора возникнут импульсы напряже¬
ния. Амплитуды этих импульсов будут определяться соотношением
чисел витков обмоток трансформатора, величиной энергии магнит¬
ного поля, накопленной в сердечнике, скоростью спада коллектор¬
ного тока при запирании триода и могут достигать значений, пре¬
восходящих ЭДС источника питания в сотни и тысячи раз.
Запирание триода и образование импульсов напряжения на об¬
мотках трансформатора будет периодически повторяться. Им¬
пульсы, возникающие на вторичных обмотках, через селеновые
выпрямители подаются на накопительные конденсаторы (на
рис. 173 не показаны) и создают на них постоянные напряжения,
используемые для питания цепей дозиметрических приборов.
При частичном разряде источника питания, питающего преобра¬
зователь, амплитуда импульсов, возникающих на вторичных обмот¬
ках трансформаторов, уменьшается, что приводит к снижению на¬
пряжения в цепях дозиметрического прибора и к нарушению нор¬
мального режима его работы. Для устранения этого нежелатель¬
ного явления между выходом преобразователя и входом цепи при¬
бора может быть включено устройство для стабилизации напряже¬
ния с использованием стабилитрона.
§ 4. Схема умножения напряжения. В стационарных дозиметри¬
ческих приборах, питаемых от сети переменного тока, для получе¬
ния высокого напряжения, необходимого для питания газоразряд¬
ного счетчика, используются схемы умножения напряжения.
Один из вариантов такой схемы изображен на рис. 175. Если
полярность ЭДС, возникающей на зажимах вторичной обмотки
трансформатора, такова, что у зажима А возникает положитель¬
ный потенциал, а у зажима В— отрицательный, то происходит за¬
ряд конденсатора С\ через селеновый выпрямитель 1. При измене¬
нии полярности ЭДС во вторичной обмотке на противоположную
конденсатор С2 заряжается через селеновый выпрямитель 2. На¬
пряжение заряда при этом определяется суммой ЭДС во вторичной
обмотке трансформатора и напряжения на конденсаторе Сь Таким
образом, при заряде конденсатора С2 между его пластинами возни¬
кает напряжение, большее, чем ЭДС на зажимах вторичной об¬
208
Рис. 174. Графики изменения коллек¬
торного тока
Рис. 175. Схема удвоения на¬
пряжения
мотки трансформатора. Через несколько периодов напряжение на
конденсаторе С2, постепенно повышаясь, достигнет двойной вели¬
чины по сравнению с ЭДС во вторичной обмотке; так происходит
удвоение напряжения.
Конденсатор С2 служит
источником постоянного о
высокого напряжения.
Если схема состоит из
трех ячеек, аналогич- m о
ных описанным выше ° "
(рис. 176), то в цепи, при¬
соединенной к выходным
конденсаторам, напряже¬
ние будет в 6 раз выше, Рис. 176. Схема умножения напряжения
чем ЭДС во вторичной об¬
мотке трансформатора. Применяя соответствующее количество
ячеек удвоения, можно получать напряжение, в 8 и более раз пре¬
вышающее ЭДС вторичной обмотки.
Для поддержания постоянного напряжения на выходе схемы
умножения целесообразно подключать стабилизирующее устрой-:
ство с использованием стабилитронов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните работу лампового преобразователя напряжения.
2. Объясните работу преобразователя напряжения на полупроводниковом триодей
3. Объясните схему удвоения напряжения.
14—1176
Раздел третий
ВОЙСКОВЫЕ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
I "— ' ———— I III-H—
ГЛАВА ПЕРВАЯ
РАДИОАКТИВНОЕ ЗАРАЖЕНИЕ МЕСТНОСТИ
И НАХОДЯЩИХСЯ НА НЕЙ ОБЪЕКТОВ
§ I. Образование радиоактивного пылевого облака при назем*
ном атомном взрыве. В момент атомного взрыва в результате цеп¬
ной реакции и деления ядер атомного заряда (Ugf, U®5, PUgf)
образуется более 200 изотопов 35 элементов средней части перио¬
дической таблицы элементов, от цинка до европия, называемых
осколками. Осколки обладают бета- и бета-гамма активностью.
Среднюю энергию бета-частиц, испускаемых осколками, можно
считать равной 0,7 Мэв; среднюю энергию гамма-квантов — около
1 Мэв. Периоды полураспада этих изотопов колеблются в очень
широких ‘пределах: от долей секунды до многих лет. Дочерние про¬
дукты распада осколков также обладают, как правило, бета- и
бета-гамма-активностью. Только после четырех — пяти последова¬
тельных превращений образуются стабильные изотопы. Рассмотрим
типичный случай деления ядра урана-235 на два осколка: Zr% и
Те^7. Цирконий-97 после двух последовательных распадов обра¬
зует стабильный изотоп молибдена Мо|£; теллур-137 после четы¬
рех распадов образует устойчивый изотоп бария Ва^|7. В некото¬
рых случаях происходит до шести последовательных распадов; на¬
пример, криптон-97 превращается в стабильный изотоп Мо^ только
после шести бета-распадов.
Активность осколков, содержащихся в радиоактивном облаке
через одну минуту после взрыва атомной бомбы с тротиловым
эквивалентом в 20 кт, достигает громадной величины — более
800 млрд. с. Вследствие естественного распада активность облака
уменьшается, но даже через сутки после взрыва она может дости¬
гать величины в десятки миллионов кюри.
Кроме радиоактивных осколков деления, в радиоактивном
облаке может находиться непрореагировавшая часть атомного за¬
ряда, а также вещество оболочки атомного боеприпаса, получившее
наведенную радиоактивность в результате действия нейтронного по¬
тока проникающей радиации атомного взрыва. Как известно, все
вещества, применяемые в качестве атомного заряда, альфа-актив¬
ны. Таким образом, кроме бета- и бета-гамма-активных изотопов,
210
в облаке может находиться некоторое количество альфа-активных
веществ.
Все радиоактивные вещества, образующиеся в момент взрыва,
находятся (ввиду высоких температур и действия ядерных излу¬
чений) в парообразном и ионизированном состоянии, следова¬
тельно, химически они будут весьма активны.
Образующийся при наземном взрыве огненный шар (или полу¬
шарие) захватывает вследствие конвекции большое количество
пыли с поверхности земли. В основном эта пыль нерадиоактивна
(за исключением отдельных частиц, которые могут обладать наве¬
денной радиоактивностью), но частицы пыли быстро соединяются
с радиоактивными продуктами деления, находящимися в паро¬
образном состоянии. Таким образом, частицы пыли как бы окру¬
жаются радиоактивной оболочкой и пылевое облако становится
радиоактивным.
§ 2. Радиоактивное заражение местности. При наземном атом¬
ном взрыве светящаяся область взрыва, содержащая радиоактив¬
ные вещества, касается почвы, в результате чего значительная
часть радиоактивных веществ смешивается с расплавленной почвой
и разбрасывается в виде шлака ударной волной. Пыль и шлак,
увлекаемые ударной волной, создают радиоактивное заражение
местности непосредственно в районе атомного взрыва.
Спустя некоторое время после взрыва радиоактивное облако
(«шляпка гриба») отрывается от пылевого столба («ножки гриба»)
и уносится ветром. При движении облака частицы пыли постепенно
оседают на почву, образуя характерный «след» по пути движения
облака. Прежде всего оседают наиболее крупные частицы, которые
благодаря своей тяжести опускаются на землю с большей скоро¬
стью, чем мелкие частицы. Например, частицы размером 100 мк
спускаются на землю с конечной скоростью около 50 м/мин; для ча¬
стиц размером 1 мк конечная скорость составляет всего 6 мм/мин.
Но количество крупных частиц в облаке сравнительно невелико, и
они уносят с собой лишь незначительную часть общей активности
облака. Большая часть средних и мелких частиц достигает земли
в промежуток времени от 20 мин до 2 час после взрыва. Еще более
мелкие частицы могут находиться в атмосфере очень продолжи¬
тельное время, не оседая на землю. Оседая на поверхности почвы,
радиоактивные вещества быстро распадаются, испускают интенсив¬
ные излучения, создающие высокие уровни радиации.
Таким образом, в результате наземного атомного взрыва может
возникнуть сильное радиоактивное заражение местности как в рай¬
оне взрыва, так и по следу радиоактивного облака.
Вторым источником заражения местности (непосредственно
в районе взрыва) может служить нейтронный поток проникающей
радиации атомного взрыза. Как известно, происходящая при атом¬
ном взрыве цепная реакция сопровождается мощным излучением
нейтронов. Основная масса их поглощается оболочкой боеприпаса;
за пределы оболочки выходит лишь несколько процентов от общего
количества нейтронов. Однако и в этом случае плотность нейтрон-
14*
211
него потока даже на удалении нескольких километров от центра
взрыва составляет величину порядка 106—108 нейтронов на 1 см2
поверхности, перпендикулярной к направлению распространения
нейтронного потока. Излучение этих нейтронов продолжается в те¬
чение очень короткого промежутка времени, поэтому нейтроны,
образующиеся непосредственно в процессе цепной реакции, назы¬
ваются мгновенными. Кроме того, имеет место излучение запазды¬
вающих нейтронов, испускаемых ядрами некоторых радиоактив¬
ных осколков; доля запаздывающих нейтронов в общем потоке, как
правило, незначительна.
Проходя через любую среду, нейтроны вступают во взаимодей¬
ствие с атомами этой среды. Сталкиваясь с атомными ядрами, ней¬
троны передают им часть энергии и изменяют направление своего
движения, т. е. рассеиваются. Нейтроны, замедленные ввиду столк¬
новения, могут захватываться ядрами. В результате такого захвата
образуются радиоактивные изотопы, обладающие бета- и бета-гам-
ма-активностью. Например, стабильный изотоп натрия Na,2f при
захвате нейтрона превращается в радиоактивный изотоп Naff Ра¬
диоактивные изотопы, возникающие вследствие нейтронного облу¬
чения, обладают, как правило, малыми периодами полураспада,
исчисляемыми днями и часами.
В табл. 14 приводится характеристика некоторых радиоактив¬
ных изотопов, могущих возникать в почве, продовольствии и броне
боевой техники в результате нейтронного облучения.
Таблица 14
Характеристика некоторых радиоактивных изотопов, образующихся
в результате облучения нейтронным потоком
Исходный (нера¬
Радиоактивный
изотоп, образо¬
Период полу¬
Энергия, Мэв
диоактивный)
изотоп
вавшийся в резуль¬
тате нейтронного
облучения
распада
бета-частиц
гамма-квантов
N*11
N«n
14,8 час
1,39
1,38; 2,76
р31
15
р?!
14,3 дня
1,69
тг41
*М9
1/42
*49
12,4 час
2,07 (25%)
3,58 (75%)
1,51; 2,1
Га44
'-d20
Га45
^d20
152 дня
0,29
F 41
HI
25,5 дня
0,26 (50%)
0,46 (50%)
1,1 (52,5%)
1,3 (47,5%)
МП25
МП25
2,59 час
0,75 (20%)
1,04 (30%)
2,81 (50%)
0,822 (50%)
1,77 (30%)
2,06 (20%)
§ 3. Радиоактивное заражение вооружения, боевой техники, про¬
довольствия, вещевого и другого имущества. В результате назем¬
ного атомного взрыва вооружение, боевая техника, продовольствие,
212
вещевое и другое имущество, находящиеся вне укрытий, могут
подвергнуться сильному радиоактивному заражению как в районе
взрыва, так и по пути следа радиоактивного облака. Наиболее ве¬
роятно заражение бета- и бета-гамма-активными веществами; зна¬
чительно реже может иметь место заражение альфа-активнымн ве¬
ществами.
Радиоактивное заражение вооружения, техники и продоволь¬
ствия может быть поверхностным, объемным и комбинированным.
Поверхностное заражение происходит из-за выпадения ра¬
диоактивных продуктов из облака или от загрязнения поверхностей
радиоактивной пылью, увлекаемой ударной волной при наземном
взрыве. Поверхностное заражение может иметь место как в районе
взрыва, так и по пути движения радиоактивного облака.
Заражение отдельных объектов зависит от степени зараженно¬
сти местности, положения объектов на ней, материала объекта и
состояния поверхности. Наиболее сильно заражаются наружные по¬
верхности, обращенные к месту взрыва. Если объекты располо¬
жены по пути движения облака, то сильнее заражаются горизон¬
тальные поверхности и меньше — вертикальные. При наличии от¬
верстий и щелей возможно заражение и внутренних поверхностей.
Объемное заражение является следствием образования
искусственных радиоактивных изотопов в результате нейтронного
облучения объекта. Образование искусственных радиоактивных изо¬
топов происходит преимущественно не на внешних поверхностях
облучаемого объекта, а в его толще, на некотором удалении от
внешних поверхностей: нейтроны, затратившие часть своей энергии
на прохождение слоя определенной толщины, с большей вероятно¬
стью могут быть захвачены атомными ядрами среды. Объемное за¬
ражение происходит только в радиусе действия нейтронного потока,
т. е. непосредственно в районе взрыва.
В почве объемное заражение определяется образованием радио¬
активных изотопов Na'j| и Мп||. В солончаковых почвах, содер¬
жащих большое количество натрия, объемное заражение может
быть очень сильным.
В броне боевой техники искусственная радиоактивность опреде¬
ляется наличием различных компонентов, добавляемых к стали.
В некоторых случаях мощности дозы излучения, создаваемые от¬
дельными деталями боевой техники (например, гусеницами тан¬
ков), получившими объемное заражение, могут быть очень высо¬
кими.
Наибольшую опасность представляет образование радиоактив¬
ных изотопов в продуктах питания, главным образом за счет на¬
трия, входящего в состав поваренной соли. Объемное заражение
продуктов, ^ранимых в негерметической таре, может произойти
вследствие проникновения радиоактивных веществ через неплотно¬
сти упаковки.
Объемное заражение воды в открытых водоемах и жидких про¬
дуктов, хранящихся в открытой таре, может произойти за счет ра¬
диоактивных пылинок, попавших в жидкость. Так как пылинки со
213
временем будут оседать на дно, следует полагать, что активность
зараженной жидкости в придонной области будет более значитель¬
ной, чем на поверхности.
В районе взрыва возможно и комбинированное зараже¬
ние, когда наружные поверхности объекта заражены радиоактив¬
ной пылью, а в содержимом объекта возникли искусственные радио¬
активные изотопы.
§ 4. Основные показатели, характеризующие радиоактивное за¬
ражение местности и находящихся на ней предметов. Радиоактив¬
ное заражение местности оценивается по уровню радиации,
т. е. по мощности дозы излучений, создаваемой радиоактивными
веществами, осевшими на местности из радиоактивного облака
атомного взрыва. Уровни радиации, создающиеся на местности, за¬
висят от эквивалента взорвавшегося атомного боеприпаса, удале¬
ния данного района от центра взрыва, метеорологических условий,
характера местности.
Местность считается зараженной, если уровни радиации на ней
превышают 0,5 р/час.
В результате естественного распада радиоактивных изотопов
уровни радиации на местности быстро уменьшаются. Если уровень
радиации через 1 час после взрыва обозначить Рт, то через 2 час
после взрыва уровень радиации в той же точке будет равен 0,45 Р,
через 3 час — 0,28 Я,, через 4 час — 0,2 Рт, через 5 час — 0,15Р,
через сутки — 0,025Рт
Степень зараженности поверхности почвы и предметов, находя¬
щихся на местности, определяется количеством радиоактивных рас¬
падов, происходящих в каждую минуту на одном квадратном сан¬
тиметре зараженной поверхности.
Соотношение между степенью зараженности почвы А и уровнем
радиации на местности Я определяется следующими формулами:
А — 2- 107-Рт; (85)
А = 5- 107-Рт, (86)
. распадах
где А — степень зараженности поверхности грунта в м[т см2- ;
Рт — уровень гамма-радиации на зараженной местности
в р/час.
Формула (85) применима в тех случаях, когда с момента
взрыва прошло не более нескольких дней. Если с момента взрыва
прошли недели, то необходимо применять формулу (86). Различие
формул определяется тем, что уровни гамма-радиации убывают
быстрее, чем степени зараженности, оцениваемые количеством бета-
и бета-гамма-распадов; первые же дочерние продукты распада
осколков в большинстве случаев обладают бета-гамма-активностью,
а наиболее долгоживущие изотопы — одной бета-активностью.
Степень зараженности отдельных предметов, находившихся в мо¬
мент выпадения радиоактивной пыли вне укрытий, приблизительно
214
в десять раз меньше, чем степень зараженности почвы, определен¬
ная по формулам (85) и (86). Если, к примеру, танк находится вне
укрытия и уровень радиации на местности в момент образования
радиоактивного «следа» равняется 100 р1час, то степень заражен¬
ности наружных поверхностей танка в среднем составит
распадов
мин •см'2 '
Q = 0,1 -2-107-100 = 200 млн.
В дальнейшем степень зараженности отдельных предметов бу¬
дет сперва снижаться приблизительно так же, как уменьшается
уровень гамма-радиации в данном пункте, а затем — медленнее, чем
спад уровней радиации, что подтверждается формулой (86).
Зараженность воздуха оценивается количеством распадов, про¬
исходящих в каждую минуту в 1 л; зараженность воды — количе¬
ством распадов, происходящих в каждую минуту в 1 сж3; заражен¬
ность продовольствия — количеством распадов, происходящих в
каждую минуту в 1 г.
Для того чтобы по степени зараженности определить удельную
активность зараженной поверхности, объема или весового количе¬
ства, выражаемую в кюри на квадратный метр, кюри на литр или
кюри на грамм, необходимо воспользоваться соотношениями, при¬
веденными в табл. 15.
Таблица 15
Соотношения между удельной активностью и степенью зараженности
Удельная активность
Степень зараженности
i-£-
222- № РаспаД°в.
л2
мин ■ см2
4 5 ЛИ.
1 w распадов
' м2
мин ■ смг
1 —
222-10’ РаспаД°в
л
мин ■ см3
0,45
110й Распадов
’ л
мин-см3
222.10'» Распадов
Л
мин-Л
0,45^
{ w распадов
л
мин-л
222.10Ю Распа*ов
г
мин-г
0,45^
Ы06 Распа?°1
г
мин-г \
§ 5. Биологическое действие ядерных излучений. Личный состав,
находящийся на зараженной местности, обслуживающий заражен¬
ную технику, употребляющий зараженную воду и продукты пита-
215
«ия, подвергается вредному биологическому действию ядерных из¬
лучений.
Сущность биологического действия излучений заключается в
ионизации молекул воды, в большом количестве (до 60—70%) со¬
держащейся в организме человека. Непосредственное разрушение
клеток излучениями играет гораздо меньшую роль.
При отрыве электрона от молекулы воды образуется положи¬
тельный ион водорода (Н+) и радикал гидроксильной группы
{ОН). Кроме того, в результате реакций
Н+ + е~ -* Н
Н + 02 -> Н02
2Н02 Н202 + О,
образуется атомарный водород, гидропероксид (Н02) и перекись
водорода (Н2Оа). Все эти вещества химически высокоактивны, осо¬
бенно радикал ОН.
Свободные радикалы ОН существуют примерно 2 • 10~7 сек,
однако и за этот короткий промежуток времени часть из них успе¬
вает прореагировать с молекулами протоплазмы. В результате
в протоплазме возникают центры развития дальнейших вторичных
реакций, носящих очень сложный и недостаточно изученный харак¬
тер. При определенных условиях в организме может возникнуть
своеобразная «цепная» реакция, в которую вовлекается все боль¬
шее и большее количество молекул. При развитии процесса возни¬
кает резкое нарушение обмена веществ, выражающееся в форме
лучевой болезни.
§ 6. Формы воздействия радиоактивных веществ на организм.
Воздействие радиоактивных веществ на организм осуществляется
в трех формах:
— вещество находится ВНЕ организма; излучения, испускае¬
мые веществом и могущие преодолевать определенные расстояния
и защитные толщи, способны производить облучение организма
ИЗВНЕ, что может вызвать возникновение лучевой болезни; такую
форму воздействия радиоактивных веществ принято называть
внешним облучением;
— вещество попадает ВНУТРЬ организма (при вдыхании зара¬
женного воздуха, вместе с зараженными пищей и водой, через кожу,
слизистую оболочку и раны) и производит систематическое облу¬
чение организма ИЗНУТРИ, что может привести к возникновению
хронической формы лучевой болезни; такую форму воздействия ра¬
диоактивных веществ называют внутренним облучением;
— вещество попадает на поверхность кожи и вызывает облуче¬
ние организма с поверхности тела; при этом на коже могут возник¬
нуть очаги местных поражений; такую форму воздействия радио¬
активных веществ называют контактным облучением.
При действиях личного состава в условиях радиоактивного за¬
ражения необходимо принимать меры, совершенно исключающие
216
облучение, или ограничивать облучение до таких пределов, при ко¬
торых его последствия не вызовут отрицательного влияния на орга¬
низм.
§ 7. Меры защиты личного состава от внешнего облучения. При
внешнем облучении степень поражения организма определяется
прежде всего количеством энергии, поглощенной организмом, т. е.
дозой излучения, полученной организмом.
Согласно установленным нормам предельно допустимой дозой
при однократном облучении гамма-лучами является 50 р. При мно¬
гократном облучении допускается ежесуточная доза в 10 р с тем,
чтобы суммарная доза за 10 суток не превысила 100 р.
При систематическом облучении в мирное время ежесуточная
доза не должна превышать 0,05 р. В отдельные дни можно допу¬
скать некоторое переоблучение, но так, чтобы суммарная доза за
рабочую неделю не превысила 0,3 р.
При местном облучении, например только одних кистей рук, ве¬
личины предельно допустимых доз увеличиваются в 5 раз.
При внешнем бета-облучении (не содержащем гамма-излуче¬
ний) предельно допустимые дозы могут превышать допустимые
дозы гамма-излучений в 5 раз.
Мероприятия по защите от внешнего облучения должны быть
направлены к тому, чтобы личный состав получил дозу, не превы¬
шающую установленной величины. К числу таких мероприятий от¬
носятся:
— сокращение времени пребывания на зараженном - участке
местности, в частности стремительное преодоление зараженных уча¬
стков;
— использование укрытий и убежищ, обеспечивающих ослабле¬
ние излучений; например, при размещении личного состава в от¬
крытых траншеях достигается ослабление излучений в 10—15 раз,
в перекрытых траншеях — в 25—30 раз. Капитально сооруженные
укрытия практически полностью защищают личный состав от вне¬
шнего облучения;
— использование защитного действия кузовов автомашин,
брони бронетранспортеров и танков; кузов автомашины производит
ослабление излучений в 2 раза, бронетранспортер — в 4 и танк —
в 10 раз.
При боевых действиях в условиях радиоактивного заражения
каждый командир должен стремиться к тому, чтобы при выполне¬
нии поставленной задачи личный состав получил наименьшую дозу.
§ 8. Меры защиты личного состава от попадания радиоактивных
веществ внутрь организма и на кожные покровы тела. При внутрен¬
нем облучении степень поражения организма определяется актив¬
ностью вещества, попавшего внутрь организма. При этом необхо¬
димо иметь в виду, что часть попавшего вещества удаляется «з
организма вместе с его естественными выделениями, но остающаяся
часть, накапливаясь избирательно в определенных органах, произ¬
водит систематическое облучение организма изнутри, причем
цочти вся энергия излучений поглощается тканями организма.
217
Органы, в которых избирательно накапливается данное радио¬
активное вещество, называются критическими. Например, наиболее
опасный из изотопов, встречающихся при радиоактивном зараже¬
нии местности продуктами атомного взрыва,— стронций-90 (Sr^)
накапливается в костных тканях, замещая имеющийся в них
кальций; таким образом, для стронция-90 критическим органом яв¬
ляются костные ткани. Для других радиоактивных изотопов кри¬
тическими органами могут быть железы, печень, почки.
Попадание радиоактивных веществ внутрь организма может
явиться следствием соприкасания с зараженными поверхностями.
Некоторая часть радиоактивных веществ, осевшая на зараженной
поверхности, может перейти на руки обслуживающего персонала,
а затем с рук—внутрь организма. Учитывая возможный процент
переноса радиоактивных веществ, устанавливаются предельно до¬
пустимые степени зараженности различных поверхностей (табл. 16).
Таблица 16
Предельно допустимые степени зараженности
различных поверхностей
Объекты заражения
Допустимая степень
зараженности,
бета-распадов
мин•см2
Вооружение и боевая техника
500 000
Внешние поверхности сооружений
500 000
Поверхность грунта
500 000
Обмундирование
200 000
Кисти рук
100 000
Внутренние поверхности сооружений
100 000
Нательное белье
50 000
Кожные покровы тела (за исключением кистей рук)
50 000
Посуда для приготовления пищи
5 000
При заражении альфа-активными веществами допустимые сте¬
пени зараженности устанавливаются в 10 раз меньше величин, ука¬
занных в табл. 16.
Данные, приведенные в табл. 16, не следует понимать таким
образом, что если, например, зараженность танка составляет
400 000 , то эта зараженность является допустимой и не
следует принимать каких-либо мер для ее уменьшения. При любой,
даже минимальной степени зараженности, личный состав, обслужи¬
вающий зараженный объект, обязан принять все меры с использова¬
нием табельных и подручных средств дезактивации для полного
устранения или предельно возможного уменьшения зараженности.
Мероприятия по защите от внутреннего облучения должны быть
направлены к тому, чтобы исключить возможность попадания ра¬
218
диоактивных веществ вну-прь организма в количествах, превышаю¬
щих предельно допустимые. К числу таких мероприятий относятся:
— применение противогазов для защиты организма от попада¬
ния радиоактивных веществ в органы дыхания вместе с заражен¬
ным воздухом;
— установление ограниченного режима или запрещение упо¬
требления зараженных воды и продовольствия;
— дезактивация обмундирования и техники, обслуживаемой
личным составом, с тем, чтобы исключить возможность переноса
радиоактивных веществ с обмундирования или поверхностей зара¬
женной техники через руки внутрь организма;
— соблюдение личным составом во время пребывания на зара¬
женной местности необходимых правил предосторожности (нельзя
есть, пить, курить, отправлять естественные потребности и т. п.).
Мероприятия по защите от контактного облучения должны быть
направлены на то, чтобы исключить возможность попадания радио¬
активных веществ на открытые кожные покровы тела. К числу та¬
ких мероприятий относятся:
— использование противогаза, резиновых перчаток, защитной
одежды или фартуков и накидок;
— санитарная обработка личного состава.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите источники радиоактивного заражения при наземном атомном
взрыве.
2. Назовите и поясните виды радиоактивного заражения вооружения, техники и
продовольствия.
3. Какими основными показателями характеризуется радиоактивное заражение
местности и находящихся на ней предметов?
4. В чем заключается сущность биологического действия ядерных излучений?
5. Назовите и поясните формы воздействия радиоактивных веществ на организм
человека.
6. Назовите мероприятия по защите личного состава от внешнего, внутреннего
и контактного облучений.
ГЛАВА ВТОРАЯ
НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЙСКОВЫХ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
§ 1. Задачи, выполняемые войсковыми дозиметрическими при¬
борами. Для правильного планирования действия войск в условиях
радиоактивного заражения в целях предотвращения массового по¬
ражения личного состава ядерными излучениями необходимо про¬
изводить измерения следующих величин:
— уровня радиации на зараженной местности;
— дозы излучения, полученной личным составом за время пре¬
бывания на зараженной местности или при работе с зараженной
техникой;
— степени зараженности поверхностей вооружения, сооруже¬
ний, боевой техники, обмундирования, кожных покровов тела, про¬
довольствия, воды и воздуха.
Уровни радиации измеряются для определения и уточне¬
ния радиационной обстановки, в частности границ зараженных уча¬
стков местности, для установления возможности и предельно допу¬
стимой длительности пребывания войск на зараженной местности.
Дозы излучения, полученные личным составом за время
пребывания на зараженной местности или при работе с радиоактив¬
ными веществами (например, при работе на пункте специальной
обработки по дезактивации техники), измеряются для того, чтобы
правильно планировать использование личного состава с целью вы¬
полнения задач, связанных с облучением. Измерение полученных
доз позволяет также своевременно определять необходимость и
формы медицинской помощи, в которой нуждается личный состав,
подвергшийся облучению.
Степень зараженности измеряется с целью определе¬
ния необходимости дезактивации и санитарной обработки, а также
для проверки полноты их проведения.
Противоатомная защита войск включает в себя ряд мероприя¬
тий, выполняемых при помощи дозиметрических приборов. К числу
таких мероприятий ОТНОСЯТСЯ;
— радиационное наблюдение и радиационная
разведка, проводимые с целью своевременного обнаружения ра¬
220
диоактивного заражения местности и измерения уровней радиации
на зараженном участке местности;
— дозиметрический контроль облучения лич¬
ного состава для измерения доз излучения, полученных личным со¬
ставом за время пребывания на зараженной местности;
— дозиметрический контроль зараженности для
измерения степени зараженности личного состава, вооружения, тех¬
ники и сооружений.
Данные измерений, производимых при помощи дозиметрических
приборов, являются основанием для тех или иных практических
выводов, направленных на предотвращение поражения личного со¬
става действием ядерных излучений.
§ 2. Классификация войсковых дозиметрических приборов. Вой¬
сковые дозиметрические приборы подразделяются на следующие
основные типы:
— индикаторы, предназначаемые для обнаружения радиоактив¬
ного заражения местности и отдельных предметов; некоторые типы
индикаторов позволяют также производить измерение уровней ра¬
диации;
— рентгенметры, предназначаемые для измерения уровней ра¬
диации на зараженном участке местности;
— дозиметры, предназначаемые для измерения доз излучения,
полученных личным составом;
— радиометры, предназначаемые для приближенного измерения
степени зараженности вооружения, боевой техники, обмундирова¬
ния, снаряжения и кожных покровов тела; радиометры могут быть
использованы также для измерения малых уровней радиации;
— счетные установки, предназначаемые для более точного опре¬
деления степеней зараженности и концентрации радиоактивных ве¬
ществ в продовольствии, воде, воздухе путем измерения активности
препаратов, приготовленных из исследуемых веществ.
§ 3. Общий принцип действия войсковых дозиметрических при¬
боров. Почти вое современные войсковые дозиметрические приборы
работают на основе ионизационного метода. Основными частями их
являются:
— детектор излучений, т. е. ионизационная камера или
газоразрядный счетчик;
— электрическая схема, сложность которой может быть
различна в зависимости от типа и назначения прибора; в большин¬
стве схем используются электронные или специальные электроме¬
трические лампы;
— измерительный, или регистрирующий, при¬
бор; шкала прибора обычно отградуирована непосредственно в
единицах измерения тех физических величин, для измерения кото¬
рых предназначается данный прибор (например, уровней радиации,
доз излучений, степени зараженности);
— источники питания, в качестве которых в большинстве
приборов применяются сухие элементы и батареи. В новейших при¬
борах источники питания используются для питания преобразова¬
221
теля напряжения, вырабатывающего постоянные напряжения необ¬
ходимых величин.
Типовая блок-схема дозиметрического прибора изображена на
рис. 177. Работа прибора сводится к измерению электропроводно¬
сти газовой среды детектора в результате ее ионизации ядерными
излучениями; возникновение ионизационного тока в цепи детектора
Рис. 177. Типовая блок-схема дозиметри¬
ческого прибора
воздействует на электрическую схему прибора и после соответству¬
ющих преобразований— на измерительный прибор. Источники пи¬
тания обеспечивают электрической энергией детектор и ламповые
каскады схемы прибора.
Конструктивно войсковые дозиметрические приборы представ¬
ляют собой носимые аппараты малых габаритов и веса, предназна¬
ченные для эксплуатации в полевых условиях.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие измерения производятся при помощи войсковых дозиметрических при¬
боров?
2. На какие основные типы подразделяются войсковые дозиметрические при¬
боры?
3. Перечислите основные части войсковых дозиметрических приборов и поясните
общий принцип действия приборов.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ИНДИКАТОРЫ РАДИОАКТИВНОСТИ
§ 1. Полевой бета-гамма-индикатор ДП-62. Назначение и
общее устройство. Индикатор ДП-62 (рис. 178) представляет
собой портативный прибор, предназначенный для обнаружения ра¬
диоактивного заражения. Индикаторами оснащаются посты хими¬
ческого и радиационного наблюдения и наблюдатели, выставляе¬
мые от подразделений.
Рис. 178. Индикатор радиоактивности ДП-62:
/ — индикатор; 2 — генератор переменного тока; 3 — контрольная неонова*
лампа; 4 — индикаторная неоновая лампа; 5 — крышка
Прибор состоит из собственно индикатора и генератора пере¬
менного тока. На верхней поверхности кожуха прибора располо¬
жены две неоновые лампы, одна из которых называется контроль¬
ной, а другая — индикаторной. В кожухе смонтирована электриче¬
ская схема прибора и расположен газоразрядный счетчик СТС-5.
В нижней части кожуха имеется крышка, могущая преграждать
доступ бета-частиц в счетчик.
Наличие радиоактивного заражения обнаруживается по свече¬
нию индикаторной лампочки. При радиации, превышающей поро¬
говое значение, индикаторная лампочка дает периодические
вспышки света; с возрастанием уровня радиации частота вспышек
увеличивается и может перейти в сплошное свечение.
223
Из-за большого разброса параметров неоновых ламп пороговое
значение уровня радиации, при котором прибор начинает давать
показания, различно для разных образцов приборов и колеблется
в пределах от 0,01 р/час до 0,5 р/час. Вследствие большого разли¬
чия в пороговом значении уровней радиации данный прибор нельзя
использовать для количественного определения уровней радиации.
Принципиальная схема. Принципиальная схема инди¬
катора изображена на рис. 179.
При вращении якоря генератора вырабатывается переменное
напряжение 6 в. Это напряжение при помощи трансформатора по¬
вышается до 410 в. Вторичная обмотка трансформатора через се¬
леновый выпрямитель соединена с накопительным конденсато¬
ром С0, который во время работы генератора заряжается до на¬
пряжения 400 в. Напряжение на накопительном конденсаторе
может в некоторых пределах регулироваться при помощи перемен¬
ного сопротивления, включенного в цепь заряда конденсатора. По¬
ложительный потенциал с одной из пластин конденсатора поступает
на нить газоразрядного счетчика; отрицательный потенциал с дру¬
гой пластины через сопротивление R\ подается на корпус счетчика.
При действии излучений в цепи газоразрядного счетчика возни¬
кают импульсы тока, заряжающие конденсатор СВ момент когда
напряжение на этом конденсаторе достигает значения, равного на¬
пряжению зажигания неоновой лампы Л\, происходит разряд кон¬
денсатора, сопровождающийся вспышкой света неоновой лампы.
Возникновение этих вспышек свидетельствует о наличии радиоак¬
тивного заражения. При повышении уровня радиации импульсы
тока в газоразрядном счетчике становятся более частыми, процесс
заряда конденсатора Сi до напряжения, соответствующего порогу
зажигания лампы Ли протекает за меньшее время и частота вспы¬
шек возрастает. При определенных уровнях радиации свечение
лампы Лi становится непрерывным.
Третья обмотка трансформатора предназначена для контроля и
частичной компенсации изменений напряжения, подаваемого на на¬
копительный конденсатор. Если вращать якорь генератора со ско¬
ростью, меньше нормальной (порядка 120 об/мин), то он будет вы¬
1
Рис. 179. Упрощенная схема индикатора ДП-62
2.24
рабатывать пониженное напряжение. Следовательно, на зажимах
вторичной обмотки, на накопительном конденсаторе, создается
меньшая разность потенциалов и режим питания газоразрядного
счетчика может выйти из пределов «Плато». Для контроля за ве¬
личиной напряжения используется контрольная неоновая лампа JI2,
потенциал зажигания которой выбран таким, что лампа дает по¬
стоянное яркое свечение в том случае, если генератор вырабаты¬
вает нормальное напряжение. Если скорость вращения якоря
генератора слишком велика и напряжение генератора больше нор¬
мального (это также может повлечь нарушение нормального ре¬
жима работы газоразрядного счетчика), то вследствие повышения
напряжения на третьей обмотке трансформатора через неоновую
лампу </72 потечет сравнительно большой ток. Этот ток создает раз¬
магничивающий магнитный поток, ввиду появления которого ре¬
зультирующий магнитный поток в сердечнике трансформатора
снижается и напряжение на вторичной обмотке трансформатора,
питающей счетчик, также уменьшается. Таким образом, третья об¬
мотка трансформатора с контрольной лампой Л2 обеспечивает
в известных пределах поддержание постоянной величины напря¬
жения, используемого для питания газоразрядного счетчика, и ра¬
боту счетчика на участке «Плато».
Порядок пользования. При индикации радиоактивного
заражения на местности индикатор необходимо вынуть из брезен¬
товой сумки, повесить на ремне на шею, отпустить стопор ручного
привода генератора и открыть нижнюю крышку. Индикатор- должен
находиться над землей на высоте около 1 м.
Вращение генератора следует производить периодически через
10—15 мин, плавно нажимая на скобу привода так, чтобы кон¬
трольная неоновая лампа давала постоянное яркое свечение, что
говорит о нормальной величине напряжения, подаваемого на газо¬
разрядный счетчик. Если в течение 40—50 сек не наблюдается
вспышек света индикаторной лампы, это свидетельствует об отсут¬
ствии радиоактивного заражения в данном пункте местности. При
возникновении вспышек наблюдатель докладывает об обнаружении
радиоактивного заражения.
Для обнаружения характера радиоактивного заражения ин¬
дикацию производят дважды: с открытым и закрытым нижним
окном. Если индикаторная лампочка дает вспышки света как при
открытом, так и при закрытом окне, то это значит, что местность
заражена бета-гамма-активными веществами; гамма-лучи, прони¬
кая через закрытую крышку в тазовый счетчик, вызывают разряды
в счетчике. Если индикаторная лампочка светится только при от¬
крытом окне и не светится при закрытом, то это значит, что на
местности имеются только бета-активные вещества; бета-частицы,
испускаемые этими веществами, поглощаются закрытой нижней
крышкой и не могут воздействовать на счетчик.
Для обнаружения бета-активных веществ на поверхности стен
сооружений, крутостей и дна траншей индикацию производят при
15—1176
225
открытом окне, приближая индикатор к проверяемой поверхности
на 10—15 см.
§ 2. Полевой бета-гамма-индикатор ДП-63. Назначение и
основные технические данные. Индикатор ДП-63
(рис. 180) предназначен для определения наличия бета-гамма-за-
раженности местности, а также для ориентировочного измерения
уровней гамма-радиации.
Индикатор имеет диапазон измерения мощностей доз гамма-
излучений от 0,1 до 50 р/час. Этот диапазон для повышения точ¬
ности измерений разбит на два поддиапазона: от 0,1 до 1,5 р/час
и от 1 до 50 р/час.
Рис. 180. Индикатор радиоактивности ДП-63
Индикатор позволяет на первом поддиапазоне определять нали¬
чие бета-зараженности. Прибор чувствителен при удельной актив-
бета-распадов
ности на зараженной поверхности не менее 107 - 5—.
г мин • см1
Измеряемые мощности доз отсчитываются по микроамперметру,
шкала которого отградуирована в рентгенах в час. Для обеспечения
проведения отсчетов в ночное время шкала подсвечивается свето¬
составом постоянного действия.
Погрешность индикатора при измерении мощности дозы гамма-
излучения при температуре от +15° до -)-25° не превышает +30%
от полного значения шкалы прибора. Погрешность индикатора при
температуре ниже -f-15° или выше +25° возрастает на 1 -г- 2% на
каждый градус. Индикатор работоспособен в интервале температур
от —40° до +50° С, а также в условиях относительной влажности
98% при температуре +20°С + 5°.
Питание прибора производится от двух элементов типа
1,6-ПМЦ-1,05 через преобразователь на кристаллическом триоде.
Один комплект питания обеспечивает непрерывную работу прибора
в течение 50 час. В приборе имеется возможность проверить степень
разряженности источников питания.
В корпусе индикатора установлен контрольный бета-активный
препарат из стронция-90, позволяющий производить проверку ра¬
ботоспособности прибора.
Вес прибора 700 г.
226
Упрощенная схема. Основными частями прибора (рис. 181)
являются:
— два малочувствительных газоразрядных счетчика, один из
которых предназначен для измерения уровней радиации до 1,5 р/час,
второй — для измерения уровней радиации до 50 р/час\
— полупроводниковый преобразователь напряжения с источни¬
ками питания (двумя элементами 1,6-ПМЦ-1,05);
— интегрирующий контур с микроамперметром.
Высокое напряжение, вырабатываемое преобразователем напря¬
жения, через стабилизирующее устройство подается на газоразряд¬
ные счетчики. При нажатии кнопки «1,5 р/час» включается питание
и счетчик, предназначенный для измерения уровней радиации до
1,5 р/час; при нажатии кнопки «50 р/час-» включается питание и
второй счетчик, измеряющий уровень радиации до 50 р/час.
При действии излучений в счетчике возникают импульсы тока,
создающие на интегрирующем контуре усредненное напряжение,
величина которого прямо пропорциональна средней частоте им¬
пульсов.
Для измерения усредненного напряжения Uo в ветвь контура
с сопротивлением R включается микроамперметр, измеряющий ток
разряда конденсатора через сопротивление R:
Ток, измеряемый микроамперметром, прямо пропорционален
средней частоте следования импульсов. Последняя в свою очередь
приблизительно пропорциональна уровню гамма-радиации, что поз¬
воляет отградуировать шкалу микроамперметра непосредственно
в р/час.
Порядок пользования. При подготовке к работе необ¬
ходимо произвести внешний осмотр прибора, вставить в отсек пита¬
ния два элемента 1,6-ПМЦ-1,05 и плотно закрепить крышку винтами.
15*
227
После этого проверить напряжение питания, для чего нажать одно¬
временно обе кнопки на верхней панели («1,5 p/час» и «50 р/час»).
Стрелка измерительного прибора должна переместиться правее
цифры 5 на нижней шкале прибора. Если стрелка будет находиться
левее цифры 5, то необходимо заменить элементы на нозые. При
наличии новых элементов стрелка прибора должна находиться
у правого конца шкалы.
Для проверки работоспособности индикатора следует нажать
кнопку «1,5 р/час». Стрелка измерительного прибора должна уста¬
новиться на отметку «0» верхней шкалы. При этом экран, прикры¬
вающий контрольный препарат, отклоняется в сторону и бета-из¬
лучения препарата попадают в счетчик. Некоторое отклонение
стрелки от начала верхней шкалы до отметки «0» свидетельствует
о правильной работе прибора. Проверку работоспособности следует
производить при отсутствии внешнего гамма-фона.
При измерении уровней гамма-радиации прибор подвешивается
на шею на ремне. Высота прибора от земли должна составлять
0,7—1,0 м. Для проведения измерения следует нажать кнопку под¬
диапазона «1,5 р/час» и произвести отсчет по верхней шкале изме¬
рительного прибора. В том случае, если стрелка отклоняется до
конца шкалы, необходимо, отпустив кнопку «1,5 р/час», нажать
кнопку «50 р/час» и отсчитать показания по нижней шкале при¬
бора.
Индикация бета-излучений производится на первом поддиапа¬
зоне на высоте 20—30 см от зараженной поверхности; при этом де¬
лаются два замера. При первом замере определяется уровень гам¬
ма-радиации так, как это было описано выше. Второй замер про¬
изводится при одновременном нажатии на кнопку «1,5 р/час» и на
кнопку на боковой стенке прибора; при этом открывается экран
в днище прибора, пропускающий бета-частицы от внешнего излу¬
чателя к газоразрядному счетчику. Увеличение показаний во время
второго замера свидетельствует о наличии бета-заражения.
При измерениях уровней радиации с помощью индикатора
ДП-63 необходимо иметь в виду, что вследствие недостаточной точ¬
ности прибора его показания могут значительно отличаться от фак¬
тических величин, что потребует последующего уточнения уровней
радиации рентгенметром.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
РЕНТГЕНМЕТРЫ
§ 1. Рентгенметр ДП-1-Б. Назначение и основные тех¬
нические данные. Рентгенметр ДП-1-Б (рис. 182) предназна¬
чается для измерения уровней гамма-радиации при разведке зара¬
женных участков местности и для обнаружения бета-излучений.
Рентгенметрами оснащаются химические разведывательные
дозоры.
Рис. 182. Рентгенметр ДП-1-Б
Диапазон измерения прибора — от 0,02 до 400 р/час\ для увели¬
чения точности показаний диапазон разбит на четыре поддиапа¬
зона: от 0,02 до 0,4 р/час; от 0,2 до 4 р/час\ от 2 до 40 р/час\ от 20
до 400 р/час,
229
Допустимая неточность показания прибора +30% от измеряе¬
мой величины на участке шкалы от 0 до 0,1 и +20% на участке
шкалы от 0,1 до 0,4 (на всех поддиапазонах).
Прибор герметичной конструкции, допускающей проведение из¬
мерений при относительной влажности воздуха 98%. Работоспособ¬
ность прибора обеспечивается в интервале температур от —40° до
+50° С.
В качестве источников питания используются: элемент
1,6-ПМЦ, батарея 13-АМЦГ и батарея 100-ПМЦГ. Свежий ком¬
плект источников питания обеспечивает непрерывную работу при¬
бора в течение 50 час при температуре +20° С.
Вес прибора 5,5 кг.
На верхней панели прибора расположены органы управления.
Панель прикрывается крышкой, которая может быть укреплена на
боковой стенке прибора таким образом, что панель окажется полно¬
стью открытой.
В днище прибора имеется нижняя крышка. При открытой
крышке в ионизационную камеру могут проникать как гамма-излу¬
чения, так и бета-частицы; при закрытой крышке прибор реагирует
только на гамма-излучения, так как крышка полностью поглощает
бета-частицы с энергиями до 2 Мэв.
Ионизационная
номера
±'
Проб.
нуля
Я
Чувств.
ЧЦЛЯ —1.-
ьтЦДнг
ств. —i—
юо-пмцг
Уст нуля
YY
1,6 лмц
13-АМЦГ
£3-1
V//J.
с
Т
ш
Рис. 183. Упрощенная схема рентгенметра ДП-1-Б
Упрощенная схема. Основными частями прибора
(рис. 183) являются:
— ионизационная камера;
— ламповый электрометр.
Принцип действия прибора заключается в следующем. При от¬
сутствии излучений ионизационный ток и падение напряжения на
одном из сопротивлений, включенных в цепь камеры, равны нулю.
На управляющую сетку лампы 1Э1П подается отрицательное напря¬
230
жение смещения от части батареи 13-АМЦГ, равное 3,2 в\ возни¬
кающий при этом начальный анодный ток (порядка 100 мка) ком¬
пенсируется за счет тока компенсационной цепи, и стрелка микро¬
амперметра устанавливается на нуль.
При воздействии излучений отрицательное напряжение на упра¬
вляющей сетке лампы уменьшается по своему абсолютному значе¬
нию за счет падения напряжения на сопротивлении в цепи камеры,
создаваемого ионизационным током. Изменение напряжения на
управляющей сетке прямо пропорционально уровню радиации.
Анодный ток возрастает также пропорционально уровню радиации,
и стрелка микроамперметра, включенного в анодную цепь лампо¬
вого вольтметра, отклоняется на определенное число делений, соот¬
ветствующее измеряемому уровню радиации.
Для обеспечения работы на прямолинейном участке характери¬
стики лампы необходимо, чтобы напряжение на управляющей сетке
изменялось в пределах 3,2—1,9 в. При возрастании уровня радиа¬
ции и соответственно ионизационного тока отрицательное напря¬
жение на сетке может стать (по абсолютной величине) меньше чем
1,9 в, и рабочая точка выйдет за пределы прямолинейного уча¬
стка характеристики. Во избежание этого явления, приводящего
к грубым ошибкам в показаниях прибора, в тех случаях, когда
стрелка доходит до конца шкалы, нужно перейти на следующий
поддиапазон, т. е. включить в цепь ионизационной камеры при
помощи переключателя поддиапазонов новое сопротивление, кото¬
рое по своей величине в 10 раз меньше сопротивления предыду¬
щего поддиапазона. В результате этого падение напряжения на но¬
вом сопротивлении уменьшается в 10 раз и рабочая точка возвра¬
щается на прямолинейный участок характеристики. Поскольку
падение напряжения на сопротивлении уменьшилось в 10 раз, по¬
казания измерительного прибора необходимо умножать на 10 (на
100 или 1000 в зависимости от положения переключателя поддиапа¬
зонов).
При нажатии кнопки «Проверка нуля» замкнутые контакты
кнопки шунтируют сопротивление, включенное в цепь ионизацион¬
ной камеры; ионизационный ток при этом протекает через кон¬
такты кнопки, а не по сопротивлению. Значит, падение напряжения
на сопротивлении не возникает, на управляющую сетку лампы
подается только отрицательный потенциал — 3,2 в, т. е. схема
прибора находится в таких же условиях, как и при отсутствии из¬
лучений.
При равных величинах ионизационного тока измерительный при¬
бор должен давать одинаковые показания, однако при смене ламп
из-за некоторой нестабильности характеристик величины анодного
тока различных ламп при разных сеточных напряжениях могут не¬
сколько отличаться друг от друга. Следовательно, после смены
лампы неточность прибора может значительно возрасти. Для устра¬
нения этого служит реостат чувствительности, при помощи кото¬
рого можно регулировать величину анодного тока. Если при уста¬
новке новой лампы показания прибора оказываются заниженными,
231
то необходимо уменьшить сопротивление этого реостата и довести
показания прибора до нормальной величины. Пользоваться реоста¬
том чувствительности следует только при градуировке прибора.
Подготовка к действию и проведение измере-
н и й. При подготовке к действию рентгенметр вынимается из
укладочного ящика, к корпусу его пристегивается ремень для пе¬
реноски. Затем производится внешний осмотр прибора.
Для регулировки напряжения накала главный переключатель,
переводится в положение «Накал»; стрелка прибора должна совме¬
ститься с красной чертой посередине шкалы. Если стрелка не до¬
ходит до красной черты, нужно вывинтить вспомогательную от¬
вертку и, вращая ось регулятора накала, совместить стрелку при¬
бора с красной чертой шкалы.
Затем главный переключатель переводится в положение «Ка¬
мера»; стрелка прибора должна отклониться на 10—12 малых де¬
лений. Если стрелка отклоняется на меньшее число делений, не¬
обходимо заменить батарею 100-ПМЦГ.
После этого главный переключатель переводится в положение
«Работа». По истечении 2—3 мин, необходимых для установления
режима работы схемы, надо нажать кнопку «Проверка нуля» и
(при нажатой кнопке) вращением ручки «Установка нуля» совме¬
стить стрелку измерительного прибора с нулевым делением
шкалы.
Для проверки работоспособности прибора контрольный препа¬
рат, придаваемый к нему, следует приложить к желтому пунктир¬
ному квадрату на боковой стенке прибора; стрелка должна показы¬
вать 0,05—0,1 р/час. Нормальные показания прибора при проверке
его работоспособности записываются в формуляре.
При измерениях уровней гамма-радиации прибор подвешивается
на ремне на шею так, чтобы высота днища его от земли состав¬
ляла 0,7—0,8 м. При хорошей погоде верхняя крышка должна быть
открыта и закреплена на боковой стенке прибора.
При начале движения с исходного пункта прибор должен быть
включен и оставаться включенным до окончания разведки. Начи¬
нать измерение следует с поддиапазона «ХЬ>. Если стрелка дохо¬
дит до конца шкалы, необходимо перейти на новый, высший под¬
диапазон, производя на нем проверку нуля. При проведении изме¬
рений на зараженном участке не следует приближаться к крупным
местным предметам ближе чем на 10 ж.
Для обнаружения бета-активных веществ на высоте 20—25 см
от зараженной поверхности производятся два измерения: одно при
открытой, другое при закрытой нижней крышке. Увеличение пока¬
заний прибора во время второго измерения свидетельствует о нали¬
чии бета-активных веществ.
При ведении радиационной разведки на автомашине, броне¬
транспортере или танке показания прибора следует умножать на
коэффициент ослабления излучения кузовом автомашины (броне¬
транспортера) или стенками корпуса танка (табл. 17).
№
Таблица 17
Коэффициенты ослабления излучений
Автомашина
2
Бронетранспортер
4
Танк
10
При необходимости уточнения коэффициента ослабления излу¬
чений необходимо произвести два измерения: первое — находясь
в кузове автомашины (бронетранспортера), второе — выйдя из ма¬
шины, но в той же самой точке местности, где производилось пер¬
вое измерение; при этом автомашина (бронетранспортер) должна
отъехать на 12—15 м. Частное от деления результата второго из¬
мерения на результат первого дает искомый коэффициент.
При ведении радиационной разведки с вертолета показания
рентген метр а умножаются на коэффициент ослабления, зависящий
от высоты полета и учитывающий рассеяние и поглощение излуче¬
ний. Величины этих коэффициентов приведены в табл. 18.
Таблица 18
Коэффициенты ослабления гамма-излучений при ведении
радиационной разведки с вертолета
Высота полета, м
Коэффициент ослабления гамма-излучений ’’
при разведке района
взрыва
при разведке по следу облака
в день взрыва
через 2—3 дня
50
10
2,5
3
100
20
4
5
150
70
5
10
200
100
7
15
§ 2. Рентгенметр ДП-1-В. Назначение и основные тех¬
нические данные. Рентгенметр ДП-1-В так же, как и рентген-
метр ДП-1-Б, предназначен для измерения уровней гамма-радиа¬
ции в полевых условиях и для обнаружения бета-излучений.
Диапазон измерений прибора — от 0,02 до 500 р/час\ диапазон
разбит на четыре поддиапазона: от 0,02 до 0,5 р/час\ от 0,2 до
5 р!час\ от 2 до 50 р/час\ от 20 до 500 р/час.
Допустимая неточность показаний прибора в пределах измере¬
ний от 0,1 до 0,5 р/час, от 1 до 5 p/час, от 10 до 50 p/час и от 100
до 500 р/час не превышает ,+20% от измеряемой величины (при
нормальном режиме питания и нормальных метеорологических
условиях), з пределах измерений от 0,5 до 1 р/час, от 5 до 10 р/час
и от 50 до 100 р/час не превышает +30% от измеряемой вели¬
чины. Погрешность показаний в пределах от 0 до 0,1 р!час на 1 -М
233
поддиапазоне, от 0 до 0,5 p/час на 2-м, от 0 до 5 р/час на 3-м и от
0 до 50 р!час на 4-м поддиапазоне не гарантируется.
В остальном технические данные рентгенметра ДП-1-В анало¬
гичны техническим данным рентгенметра ДП-1-Б.
Особенности рентгенметра ДП-1-В. Рентгенметр
ДП-1-В (рис. 184) в отличие от рентгенметра ДП-1-Б имеет сле¬
дующие особенности:
1. Позволяет производить проверку градуировки электрическим
методом, без использования радиоактивных источников.
юо-пмиг
> 13-йМЦГ
Рис. 184. Упрощенная схема рентгенметра ДП-1-В
2. Нормальный блок питания может быть заменен учебным бло¬
ком «УБ»; при этом чувствительность прибора возрастает в не¬
сколько тысяч раз, что позволяет использовать его в учебных це¬
лях при имитации радиоактивного заражения.
Подготовка к действию и проведение изме¬
рений. При подготовке к действию рентгенметр вынимается из
укладочного ящика, к корпусу его пристегивается ремень для пере¬
носки.
Для регулировки напряжения накала главный переключатель
переводится в положение «Накал»; стрелка прибора должна совме¬
ститься с красной чертой посередине шкалы. Если стрелка не дохо¬
дит до красной черты, то необходимо вывинтить вспомогательную
отвертку и, вращая ось регулятора накала, совместить стрелку при¬
бора с красной чертой шкалы.
Затем главный переключатель переводится в положение «Ка¬
мера»; стрелка прибора должна отклониться на 16—28 малых де¬
лений шкалы, что соответствует величине напряжения, подаваемого
на ионизационную камеру, 80—140 в. Для определения величины
напряжения на ионизационной камере число малых делений шкалы
следует умножить на 50.
Потом переключатель поддиапазонов устанавливается в поло-
231
жение «XI», а главный переключатель — в положение «Работа».
Нажимая кнопку «Проверка нуля» и одновременно вращая ручку
«Установка нуля», совмещают стрелку с нулем шкалы измеритель¬
ного прибора.
Проверка работоспособности прибора производится следующим
образом. Сначала проверяется возможность регулировки и уста-
Рис. 185. Принцип электрической проверки
градуировки рентгенметра ДП-1-В
новки нуля на всех поддиапазонах. Затем при главном переключа¬
теле, установленном в положение «Работа», переключатель подди¬
апазонов ставится в положение «Контроль». При нажатой кнопке
«Проверка нуля» производится установка нуля. После этого кнопка
«Проверка нуля» отпускается; стрелка прибора должна отклониться
до величины, близкой к показанию в положении главного переклю¬
чателя «Камера». Если показание будет отличаться от указанной
величины, то надо, вращая регулятор чувствительности, добиться
требуемого показания. Если не удается добиться совмещения пока¬
заний и разница показаний превышает 4 деления шкалы, то необ¬
ходимо направить прибор в ремонтную мастерскую для проверки
градуировки от радиоактивного источника.
Электрическая проверка градуировки. При уста¬
новке главного переключателя в положение «Работа» и переклю¬
чателя поддиапазонов в положение «Контроль» упрощенная схема
прибора приобретает вид, изображенный на рис. 185. При этом на
управляющую сетку лампы 1Э1П, помимо постоянного напряжения
смещения —3,2 в, подается положительный потенциал определен¬
ной величины, снимаемый с делителя напряжения Д. Сам делитель
питается от потенциометра /?25- Напряжение, снимаемое с потен¬
циометра, выбирается такой величины, чтобы результирующий
235
потенциал на управляющей сетке лампы обеспечивал анодный ток,
который отклонял бы стрелку микроамперметра в точном соответ¬
ствии с отклонением ее при измерении напряжения на ионизацион¬
ной камере.
Физический смысл применяемого метода заключается в том, что
при определенном напряжении на управляющей сетке величина
анодного тока также должна иметь определенное значение. Если
величина анодного тока вследствие каких-либо причин (смена
лампы, уменьшение напряжения источников питания) будет отли¬
чаться от установленного значения, то путем изменения напряжения
на аноде лампы 1Э1П (при помощи изменения величины сопротив¬
ления «Чувств.», включенного в анодную цепь) добиваются уста¬
новления требуемой величины анодного тока.
На рис. 185 показано, что в случае нормальной работы прибора
при сеточном напряжении Ug величина анодного тока должна
быть равна Допустим, что в результате причин, указанных
выше, это условие нарушено и при сеточном напряжении Ug воз¬
никает анодный ток /а3- Для восстановления требуемой точности
показаний прибора необходимо увеличить величину сопротивления
регулятора чувствительности в анодной цепи. При этом анодно-
сеточная характеристика лампы сдвинется несколько вправо, так
как напряжение на аноде лампы уменьшается. Изменением вели¬
чины сопротивления добиваются такого положения, чтобы при се¬
точном напряжении Ug анодный ток был бы равен /а1.
Использование рентгенметра ДП-1-В с учеб¬
ным блоком «УБ». Тренировка личного состава в пользовании
рентген мет рами связана с большими затруднениями из-за практи¬
ческой невозможности создавать на местности достаточно высокие
уровни радиации. В рентгенметре ДП-1-В имеется возмож¬
ность заменять ионизационную камеру газоразрядными счетчика¬
ми, т. е. более чувствительными детекторами, реагирующими на
малые уровни радиации. Для этого в прибор вместо нормального
блока питания вставляется учебный блок «УБ».
В учебном блоке смонтировано 8 газоразрядных счетчиков
СТС-5, один элемент 1,6-ПМЦ-8, батарея 13-АМЦГ, интегрирующий
контур RC и преобразователь напряжения на кристаллическом три¬
оде, позволяющий получать высокое напряжение, необходимое для
питания счетчика. Напряжение на электроды лампы 1Э1П подается
от батареи 13-АМЦГ.
Упрощенная схема рентгенметра с учебным блоком изображена
на рис. 186.
При воздействии излучений в цепи параллельно соединенных
счетчиков возникают импульсы тока, которые поступают на интегри¬
рующий контур RC. Усредненное напряжение на конденсаторе кон¬
тура, пропорциональное уровню радиации, положительным полю¬
сом подается на управляющую сетку лампы 1Э1П и уменьшает аб¬
солютную величину отрицательного потенциала на сетке. Это ведет
к увеличению анодного тока, что вызывает соответствующее откло¬
нение стрелки измерительного прибора рентгенметра от нуля.
23о
Параметры деталей интегрирующего контура подбираются
таким образом, чтобы воздействие незначительных уровней радиа¬
ции вызывало большое изменение анодного тока. Используя рент¬
генметр ДП-1-В с учебным блоком и применяя радиоактивные ис¬
точники малых активностей (порядка десятков милликюри), можно
добиться имитации высоких уровней радиации (порядка десятков
рентген в час).
К учебному блоку с помощью гибкого кабеля можно присоеди¬
нить приставку, при помощи которой руководитель занятий,
находясь в бронетранспортере рядом с водителем, сможет имитиро¬
вать наличие достаточно высоких уровней радиации, отображаемых
показаниями рентгенметра даже при отсутствии всякого воздейст¬
вия излучений. Как видно из рис. 187, основной частью приставки
237
являются потенциометры (регулируемые руководителем занятия),
с которых снимается положительный потенциал, подаваемый на
управляющую сетку лампы. В результате увеличится анодный ток
и будут получены соответствующие показания на шкале при¬
бора.
§ 3. Рентгенметр ДП-2, Назначение и основные
технические данные. Рентгенметр ДП-2 предназначен для
измерения уровней гамма-радиации в полевых условиях. Внешний
вид прибора показан на рис. 188.
Прибор измеряет уровни гамма-радиации в диапазоне от 0 до
200 p/час; диапазон разбит на три поддиапазона: от 0 до 2 р/час;
от 0 до 20 р/час\ от 0 до 200 р/час.
Измерительный прибор рентгенметра имеет сменные шкалы,
переключающиеся при переходе с одного поддиапазона на другой.
Рис. 188. Рентгенметр ДП-2
Уровень радиации отсчитывается непосредственно по шкале без
умножения на коэффициенты.
При нормальных климатических условиях погрешность прибора
на всех поддиапазонах не превышает +15% от полного значения
шкалы каждого поддиапазона. Рентгенметр работоспособен в ин¬
тервале температур от —40° до +50° С и относительной влажности
до 98% при нормальном давлении и температуре +20ЭС. Погреш¬
ность измерений при крайних рабочих температурах (—40° и
+50° С) не превышает +20% от полного значения шкалы каждого
поддиапазона.
Прибор водобрызгозащищен и допускает кратковременное (до
10 мин) погружение в воду на глубину до 0,5 м, а также пребыва¬
ние под дождем.
Питание прибора осуществляется от одного сухого элемента
1,6-ПМЦ-8 через преобразователь на кристаллическом триоде. Про-
238
должительность непрерывной работы прибора при температуре
+20° С + 5° не менее 60 час.
Контроль за работоспособностью рентгенметра осущест¬
вляется с помощью бета-активного препарата из Srfg, смонтиро¬
ванного внутри прибора.
Для работы в ночных условиях в приборе имеется лампочка
для подсвета шкалы. Питание лампочки осуществляется от отдель¬
ной цепи, в которую включен элемент типа 1,6-ПМЦ-1,05.
Вес прибора около 3,5 кг.
Упрощенная схема. Основными элементами рентген¬
метра ДП-2 (рис. 189) являются:
— ионизационная камера;
— ламповый электрометр;
— схема питания.
Принцип работы рентгенметра состоит в следующем.
При отсутствии воздействия излучений на ионизационную каме¬
ру ток в ее цепи равен нулю; равно нулю и напряжение на вход¬
ном сопротивлении, включенном в цепь камеры. К управляющей
сетке лампы приложено отрицательное напряжение смещения
такой величины, чтобы через лампу проходил минимальный анод¬
ный ток, соответствующий началу прямолинейного участка анодно-
сеточной характеристики.
Напряжение смещения снимается с сопротивлений Ri3, RuH Ri6,
на которых оно создается за счет прохождения анодного тока, и по¬
тенциометра /?зо, подключенного параллельно к конденсатору С2».
Напряжение на конденсаторе Сгв, равное 10 в, создается за счет
выпрямления импульсов напряжения, снимаемых с обмотки V
трансформатора преобразователя напряжения.
239
Для компенсации начального анодного тока, протекающего че¬
рез микроамперметр, используется компенсационная цепь. Напря¬
жение для питания ее снимается с конденсатора С28. Под дейст¬
вием этого напряжения через микроамперметр течет компенсацион¬
ный ток в направлении, обратном анодному току. Величина ком¬
пенсационного тока и установка стрелки микроамперметра на нуль
производятся изменением величины сопротивления R,9.
При воздействии излучений на ионизационную камеру в ее цепи
под действием напряжения, снимаемого с конденсатора С2Г, (200 в),
возникает ток. На включенном в цепь камеры входном сопротивле¬
нии создается падение напряжения положительного знака со сто¬
роны управляющей сетки лампы. В результате отрицательное на¬
пряжение смещения на сетке по своей абсолютной величине умень¬
шается, анодный ток увеличивается и стрелка микроамперметра от¬
клоняется на число делений, пропорциональное мощности дозы из¬
лучений, воздействующих на камеру.
В рентгенметре ДП-2 применена схема лампового электроме¬
тра с катодной нагрузкой, что позволяет повысить стабильность
электрометра, т. е. уменьшить зависимость режима его работы от
изменения питающих напряжений и разброса параметров лампы
по сравнению с электрометром, собранным по обычной схеме. Объ¬
ясняется это тем, что в данной схеме изменение анодного тока, вы¬
званное изменением какого-либо фактора, влечет изменение напря¬
жения смещения на сетке лампы, которое обеспечивает поддержа¬
ние анодного тока практически неизменным.
Подготовка к действию и проведение измере¬
ний. Подготовка прибора к действию весьма проста, поскольку
примененная схема не требует регулировки накального и анодного
напряжений (благодаря особенностям используемой схемы). При
подготовке прибора к работе главный переключатель необходимо
установить в положение «Контроль нуля»; ручкой «Установка
нуля» совместить стрелку прибора с нулевым делением шкалы.
Затем главный переключатель перевести в положение «2 p/час» (до¬
пускается отклонение стрелки прибора на одно малое деление
шкалы). При нажатии кнопки «Препарат» открывается экран, при¬
крывающий контрольный препарат, и бета-частицы проникают в
камеру; стрелка прибора должна отклониться на соответствующее
число делений шкалы, которое указывается в паспорте прибора.
После проверки работоспособности кнопку «Препарат» отпус¬
кают; прибор готов к работе.
Измерение уровней гамма-радиации прибором ДП-2 произво¬
дится также, как это было описано выше для рентгенметра ДП-1-Б.
Обнаружение наличия бета-активных веществ при помощи рент¬
генметра ДП-2 не производится.
§ 4. Рентгенметр ДП-3. Назначение и основные тех¬
нические данные. Рентгенметр ДП-3 предназначается для
установки на бронетранспортере, автомашине, танке или вер¬
толете и служит для измерения уровней гамма-радиации. Внешний
вид прибора показан на рис. 190.
240
Диапазон измерения прибора — от 0,1 до 500 р/час; диапазон
разбит на четыре поддиапазона: от 0,1 до 1,0 p/час; от 1 до
10 р/час\ от 10 до 100 p/час; от 50 до 500 р/час.
Рис. 190 Рентгенметр ДП-3
Питание рентгенметра осуществляется от бортовой, сети по¬
стоянного тока напряжением 26+^ в или 12± 1 в. При указанных
величинах колебания напряжения в бортовой сети уход показаний
рентгенметра не превышает ±10% от измеряемой величины.
Ток, потребляемый от бортовой сети, составляет 1 а при напря¬
жении сети 12 в и 0,8 а при напряжении сети 26 в. Напряжение
бортовой сети преобразуется в постоянное напряжение 150 в с по¬
мощью преобразователя напряжения на двух кристаллических
триодах.
Погрешность показаний прибора не превышает ±10% от пол¬
ного значения шкалы каждого поддиапазона.
Время установления показаний (до 90% от измеряемой вели¬
чины) составляет 5 сек— на первом, 3 сек — на втором и 2 сек —
на третьем и четвертом поддиапазонах.
Прибор работоспособен при влажности 98% (отнесенной к тем¬
пературе +30° С) и в температурном диапазоне от —40° до+50° С.
Работоспособность прибора сохраняется при пониженном атмо¬
сферном давлении до 73 мм рт. ст. (при температуре—40°С).
Прибор виброустойчив, обладает определенной ударной проч*
ностью и способен противостоять действию центробежного уско¬
рения.
Основными частями прибора являются: выносной блок, измери¬
16—1176
241
тельный пульт, соединительные кабели, крепежные скобы, принад¬
лежности и запасные части.
Общий вес комплекта 6,6 кг.
Упрощенная схема. Основными элементами схемы рент¬
генметра ДП-3 являются:
— ионизационная камера;
— регистрирующая схема, состоящая из формирующего каска¬
да, интегрирующего контура и микроамперметра;
— ограничитель импульсов;
— схема световой индикации с тиратроном;
— преобразователь напряжения.
На рис. 191 показаны все перечисленные элементы схемы, кро¬
ме преобразователя напряжения.
+150В
Принцип работы прибора состоит в следующем.
При отсутствии излучений ионизационная камера находится в
заряженном состоянии до определенной разности потенциалов,
которая сохраняется длительное время, если камера не подвер¬
гается облучению. Отрицательный потенциал с центрального элек¬
трода камеры подается на 3-ю сетку первой лампы Лй7 формирую¬
щего каскада и удерживает ее в запертом состоянии. Вторая лам¬
па //бв формирующего каскада находится в открытом состоянии,
что обеспечивается подачей на управляющую сетку некоторого
положительного напряжения, снимаемого с потенциометра /?56—/?7в-
Третья лампа формирующего каскада Лв9 под действием отрица¬
тельного напряжения, снимаемого с сопротивления Rn на ее управ¬
ляющую сетку, находится в запертом состоянии.
При воздействии излучений на ионизационную камеру разность
потенциалов между ее электродами, а следовательно, и отрицатель,
ный потенциал на 3-й сетке лампы Лт понижаются. Когда этот
242
потенциал понизится до определенной величины, лампа Лт отпи¬
рается. На ее аноде возникает отрицательный импульс напряже¬
ния, который через конденсатор С62 подается на управляющую сет¬
ку лампы Лаа и запирает ее. На аноде лампы Лт возникает поло¬
жительный импульс напряжения; через конденсатор Сез он подается
на управляющую сетку лампы Лм и отпирает ее. Заряженный до
этого конденсатор Св4 разряжается через лампу Лйд и подзаря¬
жает конденсатор Сзз интегрирующего контура.
Возникающий при запирании лампы Л6& на ее аноде положи¬
тельный импульс напряжения через конденсаторы С41 и С4в и сопро¬
тивление Rm подается на положительный электрод ионизационной
камеры и вызывает накопление электронов (за счет электронного
потока лампы Л67) на отрицательном электроде камеры. После того
как отрицательный потенциал на этом электроде, а значит, и на
3-й сетке лампы Л«7 достигнет значения, соответствующего напря¬
жению запирания лампы, лампа Л67 запирается.
Положительный импульс напряжения с анода лампы Лв8 по¬
дается также через конденсатор С39 на зажигающий электрод
тиратрона Л36 и вызывает его вспышку.
Время нахождения лампы Лв9 в открытом состоянии, т. е. дли¬
тельность выходного импульса тока, определяется величиной
постоянной времени заряда конденсатора Свз. По мере его заряда
напряжение на сетке лампы Лв9 уменьшается. В момент времени,
когда это напряжение становится недостаточным для поддержания
лампы Л09 в открытом состоянии, эта лампа запирается, а лам¬
па Лв8 отпирается. По истечении некоторого времени, необходимого
для частичного разряда конденсаторов Си и Свз, несколько уве¬
личивших свой заряд за время закрытого состояния лампы Л68)
схема возвращается в свое исходное состояние.
Далее при воздействии излучений на ионизационную камеру из¬
ложенные выше процессы повторяются.
На интегрирующий контур последовательно подаются откалиб¬
рованные импульсы. На конденсаторе контура создается практиче¬
ски постоянное напряжение, и через микроамперметр течет постоян¬
ный ток, пропорциональный количеству циклов разряд — заряд ка¬
меры в единицу времени и соответственно мощности дозы излуче¬
ний, действующих на камеру. Поэтому шкала микроамперметра
проградуирована непосредственно в единицах измерения уровня
радиации (p/час). Отклонение стрелки микроамперметра сопрово¬
ждается световой индикацией — вспышками света в тиратроне,
частота которых при работе на 1-м поддиапазоне пропорциональна
мощности дозы излучений, действующих на камеру. На 2-м, 3-м
и 4-м поддиапазонах тиратрон дает постоянное свечение, даже при
отсутствии излучений.
Подготовка к работе и проведение измерений.
Подготовка рентгенметра к работе включает подключение пита¬
ния и проверку работоспособности.
Перед подключением питания следует снять заднюю крышку
нижнего отсека пульта и установить колодку переключателя в соот¬
16*
243
ветСтвии с номинальными значениями напряжения бортовой сети
данного объекта (бронетранспортера, танка, автомобиля). В па¬
троны пульта необходимо ввернуть две лампы подсвета — рабочую
и запасную — с номинальным напряжением, соответствующим на¬
пряжению бортовой сети объекта. Надлежит также подключить
кабель питания к контактам бортовой сети.
Для проверки работоспособности надо переключатель прибора
поставить в положение «Проверка». При исправности прибора дол¬
жны наблюдаться вспышки света в тиратроне с частотой 3—4
вспышки в секунду и отклонение стрелки микроамперметра при¬
мерно до середины шкалы (0,4 -Ч- 0,6 р/час).
Измерение производится обычным порядком измерения на рент-
генметрах путем отсчета показаний по шкале с их умножением на
коэффициент ослабления излучений (см. табл. 17 и 18).
ГЛАВА ПЯТАЯ
РАДИОМЕТРЫ
§ 1. Бета-гамма-радиометр ДП-11-Б. Назначение и ос¬
новные технические данные. Бета-гамма-радиометр
ДП-11-Б (рис. 192) предназначен для измерения степени заражен¬
ности бета-гамма-активными веществами поверхностей различных
объектов, почвы, обмундирования и кожных покровов людей. Кроме
того, радиометр ДП-11-Б может быть использован для измерения
малых уровней гамма-радиации (например, при проведении ра¬
диационной разведки местности с вертолета).
Радиометр ДП-11-Б имеет диапазон измерений степени зара¬
женности поверхностей бета-гамма-активными веществами от 250
, распадов „ „ „ по
до 1 млн и диапазон измерении уровней радиации от 0,0.3
мин• см
до 20 мр/час.
Погрешность показаний прибора не превышает +30%. Допол¬
нительная погрешность от влияния холода, тепла, влажности при
разновременном их действии не более +20%, причем показания
245
прибора завышаются при пониженной и занижаются при повышен¬
ной температурах.
Радиометр сохраняет работоспособность в интервале темпера¬
тур от —40° до +50° С при относительной влажности воздуха
60—70%.
Питание радиометра осуществляется от двух элементов
1.6-ПМЦ-8 и одной батареи 87-ПМЦГ. В отсеке питания прибора
предусмотрено устройство, позволяющее переключать свежие эле¬
менты параллельно и частично разрядившиеся — последовательно.
Один свежий комплект источников питания обеспечивает непре¬
рывную работу радиометра в течение 50 час.
Рабочий комплект радиометра включает: пульт с источниками
питания; зонд с гибким кабелем для подключения к пульту; телефо¬
ны типа ТА-4 с оголовьем для слухового контроля и ремни для пе¬
реноски пульта и зонда.
Общий вес рабочего комплекта радиометра 5,4 кг.
Время подготовки прибора к работе не превышает 3 мин. Вре¬
мя установления показаний прибора при проведении измерений на
втором поддиапазоне 0,5 мин, на первом — 1 мин.
Упрощенная схема. Основными частями схемы радиоме¬
тра (рис. 193) являются:
— газоразрядный счетчик типа СТС-5;
— дифференцирующая цепь RC и усилитель-калибратор им¬
пульсов;
ПреобраэоЬатель Усилитель• Помповый
напряжения калибратор вольтметр
•— диодный выпрямитель с интегрирующим контуром RC-,
■— ламповый вольтметр для измерения падения напряжения на
части сопротивления интегрирующего контура^
246
— источники питания и высоковольтный преобразователь на¬
пряжения для питания газоразрядного счетчика.
Работа прибора заключается в следующем.
При отсутствии излучений импульсы в газоразрядном счетчике
не возникают. На управляющую сетку лампы 2П1П усилителя>
калибратора подается нулевой потенциал. В анодной цепи его про¬
текает постоянный ток. На вторичной обмотке трансформатора, со¬
единяющего усилитель-калибратор с интегрирующим каскадом,
напряжения не возникает. Ток в цепи интегрирующего каскада ра¬
вен нулю; падения напряжения на сопротивлении интегрирующего
контура не создается; на управляющую сетку лампы лампового
вольтметра подается нулевое напряжение; анодный ток в цепи
лампового вольтметра достигает максимального значения.
В данном приборе применен микроамперметр с левым отклоне¬
нием стрелки, поэтому при наибольшем значении анодного тока
стрелка микроамперметра отклоняется влево до крайнего левого
положения, что соответствует нулю шкалы. Величину анодного
тока, а следовательно, и точность совмещения стрелки микроампер¬
метра с нулем шкалы можно регулировать при помощи реостата
«Установка нуля», последовательно включенного в цепь микро¬
амперметра. Таким образом, при отсутствии излучений стрелка
прибора устанавливается на нуль.
При действии излучений в газоразрядном счетчике возникают
импульсы; потенциал на управляющей сетке лампы усилителя-ка¬
либратора изменяется по величине и по знаку с частотой, опреде¬
ляемой частотой следования импульсов, возникающих в £четчике.
Соответственно изменяется величина анодного тока усилителя-ка¬
либратора; вследствие этого слышны щелчки в телефонах, вклю¬
ченных в анодную цепь.
Поскольку через первичную обмотку трансформатора, связыва¬
ющего усилитель-калибратор с интегрирующим каскадом, проте¬
кает ток, изменяющийся по величине, на зажимах вторичной об¬
мотки трансформатора возникает переменное напряжение. В анод¬
ной цепи диодной части лампы 1Б1П возникает импульсный ток,
подаваемый на интегрирующий контур. На конденсаторе интегри¬
рующего контура возникает усредненное напряжение, которое
своим отрицательным полюсом через делитель подается на управ¬
ляющую сетку лампы лампового вольтметра. Появление отрица¬
тельного напряжения на сетке лампы вызывает уменьшение анод¬
ного тока лампы, и стрелка микроамперметра, включенного в
анодную цепь, отклоняется вправо от нуля шкалы. При возраста¬
нии числа импульсов в минуту величина усредненного напряжения
на конденсаторе интегрирующего контура увеличивается, соответ¬
ственно возрастает абсолютное значение отрицательного потен¬
циала на управляющей сетке лампы лампового вольтметра; анод¬
ный ток уменьшается и стрелка микроамперметра отклоняется от
нуля на большее число делений. Итак, при воздействии излучений
стрелка микроамперметра отклоняется от нуля на угол, зависящий
от степени зараженности проверяемой поверхности.
247
Для правильной установки стрелки прибора на нуль служит
кнопка «Сброс», при помощи контактов которой шунтируются кон¬
денсаторы интегрирующего контура. При шунтировании конденса¬
торы полностью разряжаются, напряжение на них падает до нуля.
Следовательно, нулевой потенциал подается и на управляющую
сетку лампы лампового вольтметра, это создает те же условия, что
и при полном отсутствии излучений.
Подготовка к работе и проведение измере¬
ний. Для подготовки радиометра к работе необходимо вынуть из
укладочного ящика пульт, зонд и телефоны, пристегнуть ремень
для переноски пульта, открыть верхнюю крышку пульта и присо¬
единить зонд и головные телефоны к пульту.
Для регулировки напряжения накала необходимо главный
переключатель перевести в положение «Н» и вращением ручки «На¬
кал» совместить стрелку измерительного прибора с отметкой «Н» на
шкале. Если стрелка не доходит до отметки «Н», останавливаясь
правее нее, это означает, что элементы 1,6-ПМЦ-8 несколько раз¬
рядились. В этом случае необходимо вынуть пульт из кожуха и
при помощи имеющегося контактного приспособления переклю¬
чить элементы последовательно; если элементы уже были соедине¬
ны последовательно, заменить их свежими, соединив новые эле¬
менты параллельно.
Для регулировки анодного напряжения надо главный переклю¬
чатель перевести в положение «А» и вращением ручки «Анод» со¬
вместить стрелку измерительного прибора с отметкой «А» на
шкале.
Затем производится установка нуля; главный переключатель
переводится в положение «2» или «1» (в зависимости от поддиапа¬
зона, на котором предполагается работать); вращая ручку «Уста¬
новка нуля» при нажатой кнопке «Сброс», стрелку прибора совме¬
щают с нулем шкалы.
Для проверки работоспособности прибора используется прида¬
ваемый к прибору контрольный препарат с кольцевым держате¬
лем. Держатель с препаратом надевается на головку зонда так,
чтобы знак «+» на головке был расположен в центре отверстия
препарата; при этом в телефонах должны быть слышны щелчки, а
стрелка прибора должна отклониться на определенное число деле¬
ний, указанное в формуляре прибора.
Следует отметить, что проверка работоспособности может про¬
изводиться и без контрольного препарата. Используют, например,
ручные часы со светящимся циферблатом: в светомассе имеются
соединения радия, на которые радиометр обязательно будет реаги¬
ровать. Так как радиометр является весьма чувствительным при¬
бором, то он реагирует и на естественный фон радиации, наблюда¬
ющийся в любой точке местности; после установки на нуль стрел¬
ка за счет воздействия естественного фона отклоняется на несколь¬
ко делений и в телефонах слышны щелчки.
В некоторых случаях вполне исправный радиометр, имеющий
нормальные напряжения накала и анода, не. реагирует не только
248
на естественный фон, но и на контрольный препарат. Одной из при¬
чин этого может быть нарушение в приборе регулировки «Плато».
Это значит, что на газоразрядный счетчик прибора подается напря¬
жение меньше нормального и даже меньше, чем напряжение на¬
чала счета. Для восстановления нормального рабочего напряжения
на счетчике необходимо проделать следующее:
— вынуть пульт из кожуха;
— отрегулировать напряжение накала;
— перевести главный переключатель в положение «А» и враще¬
нием ручки «Анод» совместить стрелку измерительного прибора с
делением 54 на шкале;
— вращая при помощи отвертки ось регулятора «Плато», до¬
биться появления редких щелчков в телефоне; при этом одновре¬
менно вращать ручку «Анод» таким образом, чтобы стрелка изме¬
рительного прибора при вращении регулятора «Плато» оставалась
на делении 54.
После появления первых щелчков вращение регулятора «Плато»
прекращается. Устанавливается нормальное анодное напряжение,
и прибор подготавливается к действию, как обычно.
Сущность описанной регулировки «Плато» сводится к следую¬
щему. При положении стрелки прибора на делении 54 в схеме уста¬
навливается пониженное анодное напряжение, которое подается на
анод лампы преобразователя напряжения. Производя регулировку
высокого напряжения, получаемого от преобразователя, с по¬
мощью регулятора «Плато», включенного в анодную цепь преоб¬
разователя, добиваются начала счета, т. е. устанавливают напря¬
жение, равное напряжению начала счета. Затем повышают напря¬
жение на выходе преобразователя до величины, соответствующей
нормальному рабочему напряжению счетчика.
При проведении дозиметрического контроля зараженности люди
р. техника, подлежащие контролю, приближаются к дозиметристу
по очереди и так, чтобы интервал между людьми был 3—5 м, а
между крупными единицами техники— 10 м. Пункт, на котором
осуществляется дозиметрический контроль, должен быть вне зара¬
женного участка местности.
Дозиметрист обязан выбрать правильное положение головки
зонда радиометра и нужный поддиапазон.
Для измерения гамма-фона (или малых уровней гамма-радиа¬
ции) головку зонда надлежит ставить в положение «Г»; при этом
газоразрядный счетчик оказывается закрытым дюралевым экра¬
ном, пропускающим только гамма-излучения и поглощающим бета-
частицы. Переносить и хранить зонд разрешается только при таком
положении головки, чтобы защитить счетчик от возможных меха¬
нических воздействий.
Для измерения сильной зараженности бета-активными веще¬
ствами, что характерно для использования радиометра на кон¬
трольно-распределительном пункте или на грязных половинах пло¬
щадок пункта специальной обработки, головку зонда следует устано¬
249
вить в положение «Б2»; при этом доступ бета-частиц в газоразрядный
счетчик ограничивается одним узким прорезом в головке зонда.
Для измерения слабой зараженности бета-активными веще¬
ствами (до 100 000 головку зонда переводят в положение
«Б1»; при этом положении бета-частицы могут проникать в счетчик
через 11 прорезов в головке зонда, что повышает чувствительность
прибора приблизительно в 10 раз.
Основным рабочим поддиапазоном радиометра является под¬
диапазон «2». Если стрелка прибора при измерениях на этом под¬
диапазоне незначительно отклоняется от нуля (приблизительно до
деления 30), то необходимо переходить на поддиапазон «1»,
Перед началом измерений нужно измерить гамма-фон, для
чего головка зонда устанавливается в положение «Г». Число рас¬
падов, соответствующее гамма-фону, при измерении степени зара¬
женности вычитается из показаний прибора.
Головку зонда следует приближать к измеряемой поверхности
на расстояние, определяемое фиксаторами, имеющимися на го¬
ловке зонда. В первую очередь необходимо проверить такие точки
объекта, которые могли подвергнуться наиболее сильному зараже¬
нию (например, у танка — гусеницы, у автомашины — покрышки).
При проверке личного состава, преодолевавшего зараженный уча¬
сток местности на автомашинах, прежде всего надлежит прове¬
рять грудь, плечи, шею, голову; если преодоление производилось
в пешем строю, проверяют также подошвы обуви. Через слуховой
контроль дозиметрист определяет места наибольшей зараженно¬
сти; затем, выждав время, соответствующее установлению пока¬
заний на данном поддиапазоне, отсчитывает показания по шкале
прибора в делениях и, используя таблицу, укрепленную на верхней
- распадах
крышке прибора, определяет степень зараженности в мин си2 ■
Для ориентировочного определения радиоактивного заражения
жидкостей головку зонда следует поставить в положение «Б1» и
надеть на нее тонкий резиновый чехол. Зараженную жидкость в ко¬
личестве около 0,5 л выливают в банку так, чтобы высота слоя
жидкости составляла 13—15 см. Затем головку зонда погружают
в жидкость. Показания, определенные по таблице, умножают на 5;
произведение дает ориентировочное количество распадов в минуту
в одном кубическом сантиметре жидкости.
§ 2. Бета-гамма-радиометр ДП-12. Назначение и основ¬
ные технические данные. Полевой бета-гамма-радиометр
ДП-12 (рис. 194) предназначается для обнаружения и измерения
радиоактивной зараженности поверхностей различных предметов.
Прибор может быть использован также для измерения гамма-фона
И небольших уровней гамма-радиации.
Диапазон измерения радиометра составляет:
— по бета-распадам — от 1000 до 5 000 000-аспадо° ;
г мин-см2 '
— по гамма-излучению — от 1 до 125 мр/час.
250
Диапазон измерения бета-зараженности разбит на пять, а гам¬
ма-излучения — на три поддиапазона:
Положение переключателя
Положение
головки зонда
Поддиапазон измерений
по бета-излучению,
распадов
мин•смг
по гамма-излу-
чению, мр/час
Черная шкала
Б,
500 0004-5 000 000
Красная „
б2
100 000-7-500 000
—
Синяя „
Б„ Г
25 0004-125 000
20—125
Зеленая „
Б„ Г
5 000—25 000
54-20
Белая „
Б„ Г
1 0004-5 000
14-5
Погрешность показания радиометра не превышает ±20% по
бета-излучению и +40% по гамма-излучению. Дополнительная по¬
грешность от дестабилизирующих факторов (холод, тепло, влага)
при разновременном их действии — не более 20% от расчетного
Рис. 194. Бета-гамма-радиометр ДП-12
значения измеряемой величины. Показания прибора, как правило,
завышаются при пониженной температуре и занижаются при повы¬
шенной.
Радиометр сохраняет работоспособность при колебаниях тем¬
пературы от —40° до +50° С и нормальной относительной влаж¬
ности окружающего воздуха (60—70%).
Радиометр виброустойчив и ударопрочен. Зонд радиометра гер¬
метичен и может погружаться в воду на глубину до 20 см. Пульт
радиометра допускает работу с прибором под дождем.
251
Питание радиометра осуществляется от двух элементов
1.6-ПМЦ-8; питание анодных цепей ламп и газоразрядного счет¬
чика — от преобразователей напряжения на полупроводниковых
триодах. Один комплект источников питания обеспечивает непре¬
рывную работу радиометра в течение 75 час (в начале разряда
источники питания соединяются параллельно, а в конце — последо¬
вательно) .
Время установления показаний: черная, красная и синяя шка¬
лы— 10 сек, зеленая — 20 сек, белая—80 сек.
Вес рабочего комплекта — не более 4,5 кг.
Упрощенная схема. Основными частями прибора
(рис. 195) являются:
— газоразрядный счетчик типа СТС-5;
— калибратор импульсов, в качестве которого используется
спусковая схема с одним устойчивым состоянием;
— интегрирующий контур R22C45;
— источники питания с преобразователями напряжения на по¬
лупроводниковых триодах.
Принцип работы прибора состоит в следующем.
При отсутствии воздействия на счетчик ионизирующих излуче¬
ний лампа Л5в открыта, потенциал ее управляющей сетки близок
к нулю. Лампа Л57 заперта отрицательным напряжением смеще¬
ния, снимаемым с сопротивления Rib. Напряжение на этом сопро¬
тивлении создается в результате выпрямления переменного напря-
252
женйя, снимаемого с IV обмотки трансформатора-преобразователя
напряжения.
При воздействии на счетчик бета-частицы или гамма-кванта в
его объеме возникает кратковременный газовый разряд, напряже¬
ние на нити счетчика уменьшается, а конденсатор С33 разряжается.
Ток разряда конденсатора, проходя через счетчик и сопротивление
Rs, создает на нем импульс напряжения отрицательной полярности
со стороны управляющей сетки лампы </7Se. Под действием этого
импульса лампа Л6в запирается. На ее аноде возникает положи¬
тельный импульс напряжения, через конденсатор С35 он подается
на управляющую сетку лампы Л-а7 и отпирает ее. В анодной цепи
этой лампы возникает откалиброванный импульс тока, которым
заряжается конденсатор С45 интегрирующего контура.
Таким образом, при воздействии на счетчик ионизирующих из¬
лучений в его цепи возникают импульсы, следующие друг за дру¬
гом с частотой, определяемой степенью зараженности исследуемого
объекта. С такой же частотой в анодной цепи лампы Лы возникают
импульсы тока. На конденсаторе С45 создается практически по¬
стоянное напряжение, и через микроамперметр протекает ток, по
величине пропорциональный средней частоте следования импульсов.
Подготовка к действию и проведение измере¬
ний. При подготовке прибора к работе необходимо перевести
главный переключатель из положения «Выключено» в положение,
соответствующее выбранному рабочему поддиапазону. Затем нажи¬
мают ручку «Накал» и плавным поворотом ее устанавливают
стрелку прибора на отметку «Р»; нажимают ручку «Анод» и плав¬
ным поворотом ее совмещают стрелку прибора с отметкой «Р».
Прибор готов к измерению.
Пользование прибором такое же, как ранее описанным радио¬
метром ДП-11-Б. Головка зонда ставится в положение «Б2» только
при измерении на поддиапазоне, соответствующем черной и крас¬
ной шкалам; на всех остальных поддиапазонах головка зонда ста¬
вится в положение «Б|». Степень зараженности отсчитывается
непосредственно по нижней половине шкалы. При измерении уров¬
ней гамма-радиации головка зонда устанавливается в положе¬
ние «Г»; уровень гамма-радиации отсчитывается по верхней поло¬
вине шкалы. При измерении на поддиапазоне, соответствующем
черной и красной шкалам, уровень гамма-радиации измерять
нельзя.
§ 3. Полевой альфа-радиометр ДП-42. Назначение и
основные технические данные. Альфа-радиометр ДП-42
предназначен для измерения степени зараженности альфа-актив¬
ными веществами препаратов, приготовленных из проб исследуемых
продуктов. Кроме того, он может быть использован как альфа-
индикатор для обнаружения альфа-активных веществ на различных
поверхностях.
Диапазон измерения альфа-радиометра — от 50 до 100000
распадов „
Диапазон разбит на четыре поддиапазона.
МИН * см
253
Время установления показаний прибора на поддипазоне «XI»-
2 мин, на остальных поддиапазонах — 1 мин.
При измерении активностей, больших чем 100 ООО £-ас-?-^—, к
МИН
гнездам, имеющимся на передней панели прибора, присоединяется
пересчетное устройство (в комплект прибора не входит).
Погрешность измерения при нормальных внешних условиях не
превышает +15%. Прибор работоспособен при температуре окру¬
жающего воздуха от —40° до +50°С и относительной влажности
воздуха до 98%; при этом погрешность измерения не превышает
Усилитель Спусковая схема с одним устойчивым состоянием
+20% относительно измерения, выполняемого при нормальных
условиях (^ = 20°С, относительная влажность = 65%).
Прибор может работать при внешнем гамма-бета-фоне; внеш¬
ний гамма-фон в 1 р/час вносит погрешность, не превышающую
+5% относительно измерения, проведенного при отсутствии фона.
Источниками питания прибора являются два элемента
1,6-ПМЦ-8 и одна батарея 100-ПМЦГ. Время непрерывной работы
без смены источников питания — 50 час.
Вес прибора — 4,7 кг.
Время подготовки прибора к действию — 2—3 мин.
Упрощенная схема. Радиометр ДП-42 (рис. 196) состоит
из следующих основных частей:
— газоразрядного счетчика САТ-7;
254
— усилителя на трансформаторе;
— калибратора импульсов, представляющего собой спусковую
схему с одним устойчивым состоянием;
— интегрирующего контура;
— источников питания с преобразователем напряжения на по¬
лупроводниковом триоде.
Принцип работы прибора заключается в следующем.
При действии излучений в цепи счетчика возникают импульсы.
Счетчик работает на пропорциональном участке характеристики,
поэтому амплитуды возникающих в нем импульсов зависят от
удельной ионизирующей способности частиц излучений. Альфа-ча¬
стицы, обладающие большой ионизирующей способностью, создают
в цепи счетчика импульсы напряжения величиной 50—150 мв, бета-
частицы и гамма-кванты — импульсы в 30—50 раз меньше. После¬
дующая часть прибора регистрирует только те импульсы, ампли¬
туда которых превышает определенную «пороговую» величину (в
рассматриваемом приборе она равна 35 мв).
Таким образом, прибор регистрирует импульсы от альфа-частиц
(более 35 мв) и не реагирует на импульсы от бета-частиц и гам¬
ма-квантов (менее 35 мв)
Усиленные и откалиброванные импульсы подаются на интегри¬
рующий контур. В ветви контура включен микроамперметр, кото¬
рый измеряет ток разряда конденсатора, пропорциональный усред¬
ненному напряжению на конденсаторе, которое в свою очередь про¬
порционально среднему числу импульсов в минуту.
Подготовка к действию и проведение измере¬
ний. Для подготовки радиометра ДП-42 к работе необходимо вы¬
полнить следующее:
— произвести внешний осмотр прибора;
— отрегулировать напряжения накала и анода, для чего глав¬
ный переключатель последовательно перевести в положения «На¬
кал» и «Анод», вращением ручек соответствующих регуляторов
(«Накал» и «Анод») стрелку прибора совместить с делениями «Н»
и «А» на шкале; переключатель поддиапазонов при этом должен
быть переведен из положения «Выкл.» в положение, соответствую¬
щее выбранному поддиапазону;
— проверить работоспособность прибора, для чего главный
переключатель перевести в положение «Работа», установить кон¬
трольный препарат, соответствующий проверяемому поддиапазону,
в кассету под днищем прибора и подвести его под окно счетчика до
упора; стрелка измерительного прибора должна установиться в пре¬
делах активности, указанной в паспорте препарата.
Для измерения степени альфа-зараженности из вещества, под¬
лежащего анализу, изготавливается препарат. Препарат встав¬
ляется в кассету и подводится под окно счетчика. Отсчет актив¬
ности при положении переключателя поддиапазонов «Х*>> произво¬
дится непосредственно по верхней шкале прибора. При измере¬
нии активностей на поддиапазонах «ХЮ» и «XI00» показания, от¬
считанные по верхней шкале, умножаются соответственно на 10 или
255
на 100. Отсчет активности при положении переключателя поддиа¬
пазонов «100 тыс.» осуществляется по нижней шкале прибора.
Использование прибора как альфа-индика^
тора. Для использования прибора ДП-42 как альфа-индикатора
следует отвинтить держатель препаратов от днища прибора и за¬
крыть окно счетчика металлической решеткой, придаваемой к при¬
бору. Ножки, имеющиеся в нижней части прибора, отвинтить.
Затем прибор подготовить к действию, как описано выше.
Переключатель поддиапазонов устанавливают в положение
«XI»; днище прибора приближают к проверяемой поверхности на
1 —1,5 см таким образом, чтобы желтая крестообразная отметка на
передней панели прибора (соответствующая центру окна счетчика)
была над проверяемой точкой поверхности. После этого необхо¬
димо выждать 1,5 мин. Отклонение стрелки прибора покажет
наличие зараженности альфа-активными веществами.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
КОМПЛЕКТЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ДОЗИМЕТРОВ
§ 1. Комплект индивидуальных дозиметров типа ДП-21-Б.
Назначение и основные технические данные.
Комплект ДП-21-Б предназначен для измерения доз гамма-излу¬
чений, получаемых личным составом за время пребывания на за¬
раженной местности или при работе с радиоактивными веществами.
Рис. 197. Зарядно-измерительное устройство комплекта
ДП-21-Б
В состав комплекта входят 200 ионизационных камер конденса¬
торного типа и зарядно-измерительное устройство. Внешний вид
зарядно-измерительного устройства показан на рис. 1-97.
Комплект обеспечивает измерение доз гамма-излучений при
уровнях радиации от 0,18 до 180 р!час в пределах:
— первый поддиапазон — от 0 до 5 р;
17—1176
257.
— второй поддиапазон — от 0 до 50 р.
Зарядно-измерительное устройство работоспособно в интервале
температур окружающего воздуха от +5° до +50° С и при измене¬
ниях относительной влажности до 80%. Ионизационные камеры
могут использоваться в интервале температур окружающего воз¬
духа от —25° до +35° С.
Гнездо „Заряд"
Рис. 198. Упрощенная схема зарядного устройства
комплекта ДП-21-Б
Средняя суммарная погрешность дозы гамма-излучений (при
средней энергии гамма-квантов порядка 1,25 Мэе) при нормальных
условиях эксплуатации не превышает на первом поддиапазоне
+20% и на втором диапазоне +15% от всей шкалы прибора.
В качестве источников питания используются: элемент
1.6-ПМЦ-8, две батареи 13-АМЦГ и три батареи 100-ПМЦГ. Све¬
жий комплект источников питания обеспечивает не менее 75 час
непрерывной работы.
Время, необходимое для подготовки зарядно-измерительного
устройства к работе, не превышает 3 мин.
Общий вес комплекта в укладочных ящиках — 32 кг. Вес од¬
ной камеры — не более 30 г.
Саморазряд камер не должен превышать 7% за сутки. Само¬
разряд камер, подвергшихся облучению и набравших дозу7— Юр,
возрастает до 10—12%, а набравших дозу 30—50 р возрастает до
20—50% за сутки.
Для измерения доз используются 199 камер, 200-я камера при¬
меняется только для проверки градуировки зарядно-измеритель¬
ного устройства.
Упрощенная схема зарядного устройства. В со¬
став зарядного устройства (рис. 198) входят:
— источники питания зарядного напряжения: 3 батареи типа
100-ПМЦГ;
— делитель напряжения, состоящий из переменного сопротив*
ления /?19 и постоянных сопротивлений R2о и R2ц
258
— делитель напряжения, состоящий из переменного сопротив¬
ления R24 и постоянного сопротивления R23; г
— переключатель поддиапазонов на два положения: 5 р и 50 р\
— переключатель «Проверка — Работа»;
— микроамперметр;
— зарядное гнездо «Заряд».
Первый из делителей напряжения предназначен для регули¬
ровки зарядного напряжения в рабочем режиме (переключатель
«Проверка — Работа» находится в положении «Работа»), Регули¬
ровка зарядного напряжения осуществляется переменным сопротив¬
лением R19^ ручка управления которым выведена на переднюю па¬
нель зарядно-измерительного пульта («Зарядное напряжение»).
При работе на первом поддиапазоне зарядное напряжение (19—
21 в) снимается с сопротивления R21; при работе на втором поддиа¬
пазоне зарядное напряжение (190—210 в) снимается с сопротивле¬
ний Rin и Ro\-
Второй делитель предназначен для регулировки зарядного на¬
пряжения в режиме проверки шкалы доз без радиоактивного ис¬
точника (переключатель «Проверка — Работа» находится в поло¬
жении «Проверка»).
Контроль за зарядным напряжением в обоих случаях осуществ¬
ляется измерительным прибором, в качестве которого используется
микроамперметр, подключенный между центральным электродом
зарядного гнезда и корпусом пульта через сопротивление R.
Упрощенная схема измерительного устрой-
ств а. Измерительное устройство (рис. 199) представляет собой
ламповый электрометр, собранный на электрометрической лампе
1Э1П.
В цепь управляющей сетки лампы с помощью переключателя
поддиапазонов включаются конденсаторы См и С33. При нажатой
кнопке «Сброс» конденсаторы заряжаются до напряжения —4 в
в случае постановки переключателя «Контроль нуля—Работа»
в положение «Контроль нуля» и до напряжения —1,2 в в случае
постановки того же переключателя в положение «Работа». Напря¬
жения —4 в и —1,2 в снимаются с делителя, состоящего из пере¬
менного сопротивления Rj4 и постоянных сопротивлений R15 и ^17-
Питание делителя осуществляется от батареи 13-АМЦГ. Регули¬
ровка напряжения производится переменным сопротивлением Rn
(регулятор «Смещение»),
В анодную цепь лампы включен микроамперметр, шунтирован¬
ный переменным сопротивлением Rz- С помощью этого сопротив¬
ления устанавливается максимальное значение тока, протекаю¬
щего через микроамперметр. Ручка переменного сопротивле¬
ния R2 («Установка шкалы») выведена на переднюю панеЛь при¬
бора.
Начальный анодный ток лампы компенсируется при помощи
цепи, состоящей из последовательно соединенных между собой ба¬
тареи и переменного сопротивления Ris. Ручка управления этим со¬
17*
259
противлением («Установка нуля») также выведена на переднюю
панель прибора.
Регулировка анодного напряжения лампы осуществляется пе¬
ременным сопротивлением Rzo (регулятор «Анодное напряжение»),
регулировка напряжения накала — переменным сопротивлением Ri
(регулятор «Накал»).
Рис. 1S9. Упрощенная схема измерительного устройства ком
плекта ДП-21-Б
Измерение всех напряжений производится с помощью измери¬
тельного прибора, в качестве которого используется микроампер¬
метр, подключаемый к соответствующим цепям через различные
сопротивления (переключатель микроамперметра и сопротивления
на упрощенной схеме не показаны).
Заряд камер. При заряде камер тумблер «Работа — Про¬
верка», расположенный в левом верхнем углу передней панели за¬
рядно-измерительного устройства, переводится в положение «Ра¬
бота», главный переключатель — в положение «Зарядное напряже¬
ние». Переключатель поддиапазонов должен быть поставлен на
соответствующий поддиапазон. Вращением ручки «Зарядное на¬
пряжение» стрелка измерительного прибора совмещается с отмет¬
кой «£/3» на нижней шкале прибора.
У заряжаемой камеры отвинчивается нижняя пробка, камера
вставляется в гнездо «Заряд» и слегка досылается вперед. Камера
заряжена; нижняя пробка завинчивается, и камера выдается лицу,
которому надлежит проводить работы, связанные с облучением.
Измерение полученных доз. После возвращения лич¬
ного состава с зараженного участка местности камеры сдаются до¬
зиметристу для измерения доз.
Дозиметрист подготавливает зарядно-измерительное устройство.
Прежде всего необходимо отрегулировать все напряжения. Пере¬
260
ключатель поддиапазонов должен быть поставлен на тот поддиапа¬
зон, на котором заряжались измеряемые камеры; тумблер «Кон¬
троль нуля — Работа», расположенный в правом нижнем углу пе¬
редней панели,— в положение «Контроль нуля». Главный переклю¬
чатель последовательно переводится в положения «Накал», «Анод»
и «Смещение»; в каждом из этих положений вращением оси соот¬
ветствующего регулятора (расположены в левой нижней половине
панели) добиваются совмещения стрелки измерительного прибора
с отметками £/„, Ua и Ес-
Затем производится установка нуля и шкалы. Для этого необ¬
ходимо нажать кнопку «Сброс» и сразу отпустить ее; сеточный
конденсатор при этом зарядится до напряжения —4 в. Вращая
ручку «Установка нуля», добиваются полной компенсации началь¬
ного анодного тока и совмещения стрелки прибора с нулем шкалы.
После этого правый тумблер переводится в положение «Работа».
При повторном нажатии кнопки «Сброс» сеточный конденсатор раз¬
ряжается до напряжения —1,2 в; анодный ток возрастает, и стрел¬
ка прибора переходит вправо. Вращением ручки «Установка шка¬
лы» добиваются совмещения стрелки с последней, зеленой чертой
в правом конце верхней шкалы прибора.
По истечении 2—3 мин, необходимых для установления нор¬
мального температурного режима схемы, установку нуля и шкалы
повторяют. Эти действия нужны для того, чтобы рабочий участок
лампового вольтметра, измеряющего напряжение, оставшееся на
камерах после облучения, совпадал с прямолинейным участком
анодно-сеточной характеристики лампы.
Для измерения доз отвинчивается нижняя пробка камеры, ка¬
мера вставляется в гнездо «Измерение» и слегка досылается впе¬
ред. При измерениях камеру не рекомендуется долго держать в
гнезде: как только стрелка измерительного прибора отклонится от
крайнего правого положения, камеру следует вынуть из гнезда.
Отсчет доз производится по верхней шкале прибора; цена малого
деления шкалы — 0,1 р на поддиапазоне «5» и 1 р на поддиапа¬
зоне «50». После каждого измерения необходимо нажимать кнопку
«Сброс» и устанавливать стрелку измерительного прибора на край¬
ней черте в правом конце шкалы.
§ 2. Индивидуальный дозиметр ДК-0,2. Назначение и
основные технические данные. Дозиметр ДК-0,2
(рис. 200) предназначается для измерения доз гамма-излучений,
получаемых личным составом, систематически работающим с ра¬
диоактивными веществами (например, для индивидуального кон¬
троля персонала ремонтно-градуировочных мастерских, производя¬
щего проверку градуировки войсковых дозиметрических приборов).
Дозиметр позволяет измерять дозы гамма-излучений до 200 мр
в интервале энергий гамма-квантов от 0,2 до 2 Мэв. Допустимая
мощность дозы гамма-излучений—не более 6 р/час.
Шкала дозиметра разбита на 20 малых делений; цена одного
деления — 10 мр.
261
Саморазряд дозиметров за 24 час — не более 10% от полного
значения шкалы. Дозиметры работоспособны при температуре ок¬
ружающей среды от —30° до +35° С при относительной влажности
окружающего воздуха до 98%. Зарядное устройство к дозиметрам
работоспособно в интервале температур от —20° до +50° С,
Прибор ДК-0,2 представляет собой индивидуальную иониза¬
ционную камеру электроскопического типа, позволяющую визуаль¬
но определять получаемую дозу. Зарядное устройство к дозиметру
представляет собой потенциометр, питающийся от двух батарей
100-ПМЦГ.
Порядок подготовки дозиметров. Перед выдачей
на руки дозиметр заряжается от зарядного устройства; величина
зарядного напряжения — около 100 в.
Для заряда дозиметра необходимо:
— отвинтить нижнюю пробку заряжаемого дозиметра;
— отвинтить крышку гнезда «Заряд» и поставить тумблер за¬
рядного устройства в положение «Включено»; при этом в прозрач¬
ном изоляторе гнезда «Заряд» будет виден свет от лампочки, рас¬
положенной внутри зарядного устройства;
— повернуть ручку потенциометра на передней панели заряд¬
ного устройства против часовой стрелки до отказа;
— вставить дозиметр в гнездо «Заряд» и слегка дослать его;
при этом следует избегать перекосов дозиметра;
— медленно вращая ручку потенциометра по часовой стрелке,
следить в верхний окуляр дозиметра за перемещением теневого
следа по шкале; довести теневой след приблизительно на два малых
деления левее нуля шкалы и вынуть дозиметр из гнезда;
262
— осторожно дотронуться тонким металлическим предметом
(например, пинцетом) до центрального стержня внутри дозиметра
(не нажимая на него), при этом теневой след должен установиться
на нулевое деление шкалы;
— завинтить нижнюю пробку и выдать дозиметр контролируе¬
мому лицу.
После зарядки дозиметров необходимо немедленно выключить
зарядное устройство (перевести тумблер в положение «Выклю¬
чено») и завинтить крышку гнезда «Заряд».
Отсчет получаемых доз производится по шкале путем визуаль¬
ного наблюдения через окуляр в верхней части дозиметра; при
этом дозиметр надо держать горизонтально против рассеянного
источника света, обеспечивая хорошее и равномерное освещение
шкалы.
При пользовании дозиметром нельзя допускать ударов и рез¬
ких сотрясений его. Дозиметры надо хранить в заряженном со¬
стоянии.
§ 3. Комплект индивидуальных дозиметров ДП-23. Назначе¬
ние и основные технические данные. Комплект инди¬
видуальных дозиметров типа ДП-23 предназначен для дозиметриче¬
ского контроля облучения личного состава, действующего на мест¬
ности, зараженной радиоактивными веществами
Комплект состоит из зарядно-измерительного устройства
(рис. 201), 150 индивидуальных дозиметров типа ДС-50, 50 инди¬
видуальных дозиметров типа ДКП-50 и вспомогательного имуще¬
ства.
Комплект обеспечивает измерение индивидуальных доз гамма-
излучений в диапазоне от 0 до 50 р при уровнях радиации от 0,5
до 200 р/час.
Отсчет дозы дозиметром ДС-50 производится с помощью изме¬
рительного прибора, шкала которого отградуирована в рентгенах.
Рис. 201. Зарядно-измерительное устройство комплекта ДП-23
?63
Дозы, зарегистрированные дозиметром ДКП-50, отсчитываются ви¬
зуально по шкале дозиметра.
Погрешность измерения дозы при температуре окружающего
воздуха +20° С +5° и относительной влажности до 98% не превы¬
шает + 15% от максимального значения шкалы. Погрешность при
измерении дозы в условиях температуры окружающего воздуха
+35°С не превышает +20% от максимального значения шкалы.
Саморазряд дозиметров за 24 час при нормальных климатиче¬
ских условиях не превышает 3% (для ДС-50) и 8% (для ДКП-50)
от всей шкалы.
Работоспособность комплекта обеспечивается в интервалах сле¬
дующих температур: зарядно-измерительное устройство — от —20°
до +50° С, дозиметры ДС-50 — от —40° до +50° С.
Работоспособность комплекта с камерами ДС-50 не нарушается
после пребывания при температуре от —50° до +65° С и относи¬
тельной влажности до 98%. Дозиметры ДКП-50 сохраняют работо¬
способность после пребывания при температуре от —40° до +50° С.
Зарядно-измерительное устройство позволяет производить за¬
ряд дозиметров ДС-50 и ДКП-50 и двукратное измерение дозы од¬
ного и того же дозиметра ДС-50; при вторичном измерении по¬
грешность составляет не более +4 р. Конструкция зарядно-изме¬
рительного устройства брызгонепроницаемая.
Питание зарядно-измерительного устройства осуществляется от
одного элемента типа 1,6-ПМЦ. Продолжительность непрерывной
работы с одним элементом при температуре +20° С+5° не менее
50 час.
Для работы в ночных условиях прибор комплектуется освети¬
тельным фонарем.
При хранении и транспортировке комплекта зарядно-измери¬
тельное устройство с запасным имуществом и дозиметры размеща¬
ются в укладочном ящике.
Упрощенная схема зарядного устройства. В схему
зарядного устройства (рис. 202) входят:
— полупроводниковый преобразователь напряжения;
— делитель напряжения:
— микроамперметр;
— зарядное гнездо «Заряд»,
Полупроводниковый преобразователь напряжения предназначен
для преобразования низкого постоянного напряжения элемента
1.6-ПМЦ-8 в высокое постоянное напряжение, необходимое для
заряда дозиметров.
Делитель напряжения, состоящий из постоянного сопротивле¬
ния Re и переменного сопротивления R2», предназначен для регули¬
ровки зарядного напряжения, подводимого к гнезду «Заряд». Ручка
переменного сопротивления R2g, с помощью которой осуществляется
эта регулировка, выведена на переднюю панель и снабжена над¬
писью «Заряд». В нормальном режиме работы схемы при напря¬
жении в цепи питания, равном 1,2 в, на зарядном гнезде обеспечи¬
вается номинальное напряжение 95 в.
264
Контроль за зарядным напряжением осуществляется измери¬
тельным прибором, в качестве которого используется микроампер¬
метр, подключаемый в положении переключателя рода работы
«Заряд» между центральным электродом зарядного гнезда и кор¬
пусом пульта через переменное сопротивление /?24- В положении
переключателя рода работы «ДКП-50» микроамперметр из схемы
выключается. Благодаря этому уменьшается нагрузка преобразо¬
вателя, что обеспечивает повышение напряжения на его выходе до
200 в, необходимых для заряда дозиметров ДКП-50.
Упрощенная схема измерительного у с т р о й с т в а5
В схему измерительного устройства (рис. 203) входят:
— емкостный делитель напряжения;
— ламповый электрометр;
— полупроводниковый преобразователь напряжения.
Емкостный делитель напряжения предназначен для пропорцио¬
нального уменьшения напряжения на электродах дозиметра ДС-50,
имеющего значение от 95 до 5 в в зависимости от дозы облучения
до 2,2—0,1 в, определяемого границами прямолинейного участка
анодно-сеточной характеристики лампы.
Емкостный делитель напряжения состоит из четырех стиро-
флексных конденсаторов: С8, С9, Сю и Си. Конденсаторы С8 и С9
с номинальными емкостями по 51 пф включены последовательно,
Эквивалентная емкость первой части делителя составляет
С> 7^*25 л*.
Конденсатор Сю с номинальной емкостью 330 пф и конденсатор Сц
с номинальной емкостью 680 пф включены параллельно, Эквива¬
лентная емкость второй части делителя равняется
С; = С,0 + С14ж1000 пф.
Ионизационная камера дозиметра ДС-50, обладающая емкостью
Ск = 500 пф, подключается параллельно к последовательно соеди¬
ненным между собой емкостям Сэ и С" (рис. 203). При подклю-
265
а
О)
ч
к
о
*
S
. о*
<D
О
о.
с
>а
СО
о
(N
6
S
а
266
чении ионизационной камеры к делителю напряжение UK, имею¬
щееся на камере, распределится между Ск, С' и С" обратно про¬
порционально величинам этих емкостей. В результате на емко¬
сти Сэ”, или на управляющей сетке лампы, устанавливается нааря-
жение, равное
Таким образом, при вставлении в гнездо «Измерение» заряжен¬
ной до 95 в камеры дозиметра ДС-50 на емкости Сэ делителя на-,
пряжения устанавливается разность потенциалов.
При вставлении в то же гнездо облученной камеры, т. е. камеры
с меньшим напряжением, на емкости С' устанавливается пропор¬
ционально меньшая разность потенциалов.
Ламповый электрометр собран на лампе 1ЭЗП по схеме с ка
тодной нагрузкой. Напряжение на анод лампы (14—18 в) сни¬
мается с конденсатора Сз4, на котором оно создается за счет вы¬
прямления импульсов напряжения, снимаемых с обмотки III транс¬
форматора Трза преобразователя напряжения. В цепь катода лампы
включены последовательно сопротивление Ris, переменное сопро¬
тивление R16 и микроамперметр. Минус микроамперметра подклю¬
чен к сопротивлению R\g, а плюс — к минусу анодного напряжения.
Перед вставлением дозиметра в гнездо «Измерение» стрелка
микроамперметра с помощью переменного сопротивления R26 (руч¬
ка «Установка шкалы») устанавливается против крайнего правого
деления шкалы. При этом величина компенсационного тока будет
больше начального анодного тока лампы на 20 мка. Напряжение
для питания компенсационной цепи снимается с конденсатора С27,
на котором оно создается за счет выпрямления импульсов напря¬
жения, снимаемых с обмотки IV трансформатора преобразователя
напряжения.
При вставлении дозиметра в гнездо «Измерение» на емкости Сэ
создается положительная по отношению к сетке разность потенциа¬
лов, равная
где UK0 — зарядное напряжение; AUK — k'D— уменьшение напря¬
жения на камере в результате ее облучения
Абсолютная величина отрицательного напряжения на сетке лам¬
пы уменьшается. Последнее приводит к увеличению анодного тока
на величину
V = (—
./ к V500-
500-25
скс; + СКС"Э + С'ЭС'Э
500-25 + 500-1000 + 25-1000
= 0,0232 UK.
СГс = 0,0232-95 = 2,2 в.
AUBX = 0,0232 UK = 0,0232 (UK0 - AUK),
Ма = W232Ji ((jK0 - Д Ux) = fl (UK0 - k'D),
где Ян = Я13 + Rl6 + R[lA — сопротивление нагрузки в катодном
,0,0232 Sd , ,
участке анодной цепи лампы; а — — коэффициент.
Показание микроамперметра уменьшится и станет равным
-Д /« = /,
ПР* шах
— a UK0 + ak' D,
где /пр. тах = 20 жка — ток, соответствующий крайнему правому де¬
лению шкалы микроамперметра.
Величины а и UK0 подобраны такими, чтобы при вставлении в
гнездо «Измерение» заряженной до нормального напряжения и не
подвергшейся облучению камеры (D=0) стрелка микроамперме¬
тра устанавливалась на нуль (/пр. = 0). Подставляя значения
Aip = 0 и D — 0 в написанное выше выражение, получаем •
т. е. показание микроамперметра прямо пропорционально дозе из¬
лучения D, что позволяет отградуировать шкалу микроамперметра
в единицах измерения дозы — рентгенах.
Заряд дозиметров ДС-50. Заряд дозиметров ДС-50 необ¬
ходимо производить в следующем порядке:
—• перевести переключатель прибора в положение «Питание»;
— установить регулятором «Питание» стрелку микроампер¬
метра на крайнее правое деление шкалы, после чего закрыть ось
регулятора заглушкой;
— перевести переключатель прибора в положение «Заряд»;
— установить ручкой «Заряд» стрелку микроамперметра на
крайнее правое деление шкалы, что соответствует номинальному
зарядному напряжению;
— отвинтить нижние пробки дозиметров ДС-50;
— устанавливая поочередно дозиметры в гнездо «Заряд» и
слегка нажимая на них, произвести зарядку;
— плотно завинтить нижние пробки дозиметров и выдать их
личному составу;
— выключить прибор и навинтить заглушку на фланец заряд¬
ного гнезда.
Измерение доз облучения, зарегистрирован¬
ных дозиметрами ДС-50. Измерение доз производится в
следующем порядке:
— поставить переключатель прибора в положение «Измерение»
и ручкой «Установка шкалы» совместить стрелку микроамперметра
с крайним правым делением шкалы;
— отвинтить нижние пробки дозиметров ДС-50;
— устанавливая поочередно дозиметры в гнездо «Измерение»,
отсчитать при нажатом дозиметре по шкале микроамперметра дозы
в рентгенах;
■^пр, max а ^ко-
Исходя из этого равенства, получаем
/пр = ak' D,
пр. шах
268
— в случае необходимости повторить измерение дозы того или
иного дозиметра, учитывая, что ошибка при повторном измерении
составляет приблизительно +4 р;
— завинтить нижние пробки дозиметров и поставить дозиметры
в соответствующие ячейки укладочного ящика;
— выключить прибор и навинтить заглушку на фланец гнезда
«Измерение».
Заряд дозиметров ДКП-50. Заряд дозиметров ДКП-50
производится в такой последовательности:
— расположить зарядно-измерительное устройство таким обра¬
зом, чтобы в боковое окно корпуса под гнездом «Заряд» попадал
свет, или использовать для подсветки электрический фонарь;
— отвинтить нижние пробки дозиметров ДКП-50;
— перевести переключатель прибора в положение «ДКП-50»;
— устанавливая поочередно дозиметры в гнездо «Заряд» и
слегка нажимая на них, установить ручкой регулятора «Заряд»
изображение нити электроскопа на нуль шкалы;
•— выключить прибор, электрический фонарь и навинтить за¬
глушку на фланец гнезда «Заряд»;
— плотно завинтить нижние пробки дозиметров и выдать их
личному составу.
Измерение доз, зарегистрированных дозиме¬
трами ДКП-50. Значения нарастающей дозы облучения, реги¬
стрируемые дозиметром на зараженном участке, отсчитываются
в рентгенах, без зарядно-измерительного устройства, по шкале,
расположенной внутри дозиметра. Для этого показания дозиметра
просматриваются через окуляр при направлении смотрового стекла
на рассеянный источник света. Для отсчета показаний в темноте
используется электрический фонарь.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ХРАНЕНИЕ И СБЕРЕЖЕНИЕ ВОЙСКОВЫХ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
§ 1. Хранение дозиметрических приборов в подразделениях и ча¬
стях. Войсковые дозиметрические приборы по характеру их исполь¬
зования разделяются на три группы:
— приборы неприкосновенного запаса (НЗ);
— приборы текущего довольствия;
— учебные приборы.
Дозиметрические приборы неприкосновенного запаса в подраз¬
деления не поступают, хранятся на отдельном складе части и учи¬
тываются отдельно от приборов остальных групп.
В подразделениях находятся приборы текущего довольствия и
учебные. К приборам текущего довольствия относятся приборы, по¬
ложенные по табелю данного подразделения. К учебным относятся
приборы, непригодные для боевого использования и предназначае¬
мые для обучения личного состава процессам ремонта или приме¬
няемые для оборудования классов, изготовления наглядных учеб¬
ных пособий и т. п.
Дозиметрические приборы неприкосновенного запаса и текущего
довольствия должны всегда находиться в состоянии полной боевой
готовности.
Приборы текущего довольствия хранятся в помещениях подраз¬
делений в отдельных запирающихся шкафах. Температура воздуха
в помещениях должна поддерживаться в пределах от +10° до
+25° С. Резкие колебания температуры в течение суток. недопу¬
стимы. Относительная влажность воздуха в помещении должна
быть от 50 до 65%.
Шкафы для хранения приборов оборудуются полками и разде¬
ляются на вертикальные отсеки. Расстояние между полками не
менее 0,4 м; нижняя полка находится на высоте не менее 0,2 м от
пола. На дверцах шкафа против каждой полки крепятся стеллаж¬
ные ярлыки с перечислением номеров приборов, хранящихся на
полке. Рядом с каждым номером прибора указывается фамилия
солдата, за которым закреплен данный прибор.
270
Воспрещается хранить дозиметрические Приборы совместно
с агрессивными химическими веществами (кислотами, щелочами),
а также ставить укладочные ящики друг на друга или на пол (хотя
бы временно)
В помещении, где хранятся дозиметрические приборы, должны
быть термометр и психрометр. Лица, ответственные за хранение при¬
боров, дважды в день (утром и в конце рабочего дня) должны про¬
изводить измерение температуры и влажности и результаты изме¬
рений заносить в график.
Некоторая часть дозиметрических приборов может находиться
на техническом складе части. Для хранения их желательно отвести
отдельное хранилище, которое бы удовлетворяло изложенным выше
требованиям. На складе приборы хранятся в шкафах или на стел¬
лажах в опломбированных укладочных ящиках и в укомплектован¬
ном виде.
При длительном хранении дозиметрических приборов без ис¬
пользования следует производить их консервацию согласно описа¬
нию, приведенному в техническом формуляре прибора. При консер¬
вации металлические неокрашенные части приборов покрываются
бескислотным вазелином или смазкой АФ-70. Запрещается смазы¬
вать латунные детали, имеющие гальванические покрытия, и де¬
тали, изготовленные из пластмасс, резины и эбонита.
При длительном хранении необходимо защищать приборы от
влияния неизбежных колебаний влажности. Для этой цели реко¬
мендуется следить за исправным состоянием резиновых уплотняю¬
щих прокладок в корпусах приборов и заклеивать бумажными лен¬
тами все щели в укладочных ящиках. Бумага для заклейки щелей
должна быть плотной; клей приготовляется путем сплавления че¬
тырех весовых частей пушечной смазки с одной весовой частью
мелко истертой канифоли при температуре 100° С. Внутрь укла¬
дочных ящиков рекомендуется класть мешочки из неплотной ткани
с влагопоглотителями (силикагели марок КСМ и ШСМ).
§ 2. Хранение химических источников питания. При хранении
приборов сроком более 10 суток источники питания необходимо от¬
ключить, вынуть из приборов и хранить отдельно в сухом,прохлад¬
но^ и затемненном помещении. Выводы источников питания дол¬
жны быть тщательно изолированы друг от друга. При недостаточ¬
ной изоляции выводов возможны короткие замыкания источников
питания, которые не только приведут к быстрому разряду батарей,
но и могут послужить причиной возникновения пожаров.
Наиболее благоприятная температура для хранения химических
источников питания от +5° до —6° С. Источники питания необхо¬
димо размещать вдали от отопительных устройств и защищать от
прямого воздействия солнечных лучей. Хранение элементов и бата¬
рей хладостойкого типа при температурах от +25° до -(-30° С более
одного месяца не допускается.
Химические источники питания после истечения срока их год¬
ности подвергаются проверке и, если окажется, что они дают на¬
271
пряжения меньше величин, указанных в табл. 19, подлежат списа¬
нию по акту.
Таблица 19
Наименьшие допустимые напряжения источников питания
Тип источника
Нагрузочное
сопротивление, ом
Наименьшее допустимое
напряжение, в
1,6-ПМЦ
10
1
13-АМЦГ
6000
12
87-ПМЦГ
30000
60
100-ПМЦГ
—
100
Все элементы и батареи, кроме 100-ПМЦГ, проверяются под на¬
грузкой. Для этого к выводам источника присоединяется сопротив¬
ление указанной в табл. 19 величины; измерение напряжения про¬
изводится при подключенном нагрузочном сопротивлении. Измере¬
ние напряжения батарей 87-ПМЦГ и 100-ПМЦГ осуществляется
при помощи тестера ТТ-1 на поддиапазоне 1000 в. Время подклю¬
чения тестера к батарее должно быть минимальным (1—2 сек).
§ 3. Хранение дозиметрических приборов в полевых условиях.
В полевых условиях дозиметрические приборы должны храниться
в убежищах размером приблизительно 3X6 м. В убежищах дол¬
жны быть оборудованы полки, на которых в укладочных ящиках
размещается дозиметрическая аппаратура; убежище должно иметь
не менее двух входов, расположенных по смежным сторонам, и
быть тщательно замаскировано от воздушного и наземного наблю¬
дения противника.
При недостатке времени на оборудование убежищ дозиметриче¬
ские приборы могут временно размещаться в укрытиях или окопах
глубиной не менее 1,5 м. В этом случае укладочные ящики должны
устанавливаться на деревянные настилы или подкладки. Ставить
укладочные ящики или приборы на землю воспрещается.
§ 4. Основные правила сбережения приборов в полевых усло¬
виях. Конструкция дозиметрических приборов позволяет эксплуати¬
ровать их в самых различных условиях. Однако для того чтобы
избежать вредного влияния отдельных факторов на надежность
и точность показаний приборов, необходимо принимать ряд мер.
Нельзя подвергать приборы длительному воздействию прямых
солнечных лучей, сильного дождя или снега; следует защищать
их от грязи и пыли.
При действии на зараженном участке местности дозиметрист
должен защищать приборы от попадания на них радиоактивной
пыли, а при проведении дезактивации техники—брызг зараженной
воды. После выхода с зараженного участка надо немедленно про¬
извести дезактивацию прибора.
Необходимо защищать приборы от ударов и сотрясений; при
переездах на автомашинах их следует держать на коленях, а не
ставить на дно кузова.
272
После окончания измерений дозиметрический прибор надо вы¬
ключить. Источники питания, применяемые в приборах, имеют
сравнительно небольшую емкость, поэтому для их экономии время
включения прибора должно ограничиваться пределами, необходи¬
мыми только для проведения измерений.
При работе в условиях низких температур нельзя допускать рез¬
ких перегибов кабеля, соединяющего зонд радиометра с пультом.
После окончания работы и возвращения в отапливаемое помеще¬
ние приборы следует оставлять на некоторое время для отпотева¬
ния, после чего протирать наружные поверхности чистой, сухой' и
мягкой тряпкой с целью удаления влаги.
При работе в условиях температур ниже —20° С применяют
хладостойкие элементы; при использовании в зимнее время летних
элементов следует учитывать уменьшение их емкости, вызывающее
сокращение срока непрерывной работы без смены источников пи¬
тания.
§ 5. Технические осмотры и проверки дозиметрических приборов.
Поддержание дозиметрических приборов в состоянии технической
исправности обеспечивается своевременным и полным проведением
технических осмотров и проверок.
Технические осмотры проводятся должностными лицами
в следующие сроки;
— командир подразделения химической защиты лично прове¬
ряет не реже 1 раза в месяц состояние и учет дозиметрических при¬
боров в своем подразделении;
— начальник химической службы части не реже 1 раза в 2 ме¬
сяца производит осмотр, проверку наличия и состояния дозиметри¬
ческих приборов в подразделениях и на складе части;
— начальник химической службы соединения производит выбо¬
рочный осмотр состояния дозиметрических приборов в частях и
подразделениях не реже 1 раза в 3 месяца.
При технических осмотрах проверяется внешний вид приборов,
их комплектность, работоспособность (при помощи контрольных
препаратов), правильность ведения формуляров и условия хра¬
нения.
О результатах проведенного технического осмотра осматриваю¬
щее лицо делает запись в журнале технических осмотров, веду¬
щемся в подразделении.
Технические проверки проводятся два раза в год — пе¬
ред началом летнего и зимнего периодов обучения. Для проведения
технических проверок приказом командира соединения создается
специальная комиссия.
Технические проверки включают: технический осмотр в полном
объеме; проверку градуировки приборов; определение объема не¬
обходимых ремонтных работ.
Результаты технической проверки заносятся в карточки техни¬
ческой проверки, составляемые на каждый проверяемый прибор,
и в общий акт проверки.
18—1176
273
При технических осмотрах и технических проверках вскрытие
опломбированных отсеков приборов не производится; разрешается
вскрывать только отсеки питания.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Изложите основные правила хранения дозиметрических приборов в подразде¬
лениях.
2. Изложите основные правила хранения источников питания.
3. Что входит в объем технических осмотров и технических проверок?
4. Какова периодичность -проведения технических осмотров и технических про¬
верок?
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
РЕМОНТ ВОЙСКОВЫХ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ
§ 1. Классификация видов ремонта дозиметрических приборов
Ремонт войсковых дозиметрических приборов разделяется на три
вида: текущий, средний и капитальный. Текущий ремонт иногда
называют войсковым.
В объем текущего ремонта входят следующие работы:
— замена разрядившихся или неисправных источников пи¬
тания;
— регулировка напряжения «Плато» б радиометрах;
— устранение небольших внешних повреждений (закрепление
ручек, ремонт плечевых ремней, укладочных ящиков и т. п.);
— подкраска отдельных незначительных нарушений красочных
покрытий корпусов приборов и укладочных ящиков;
— электрическая проверка градуировки рентгенметра ДП-1-В;
— проверка градуировки зарядно-измерительного устройства
комплекта ДП-21-Б без радиоактивных источников.
Текущий ремонт дозиметрических приборов осуществляется не¬
медленно после выявления неисправности и непосредственно в под¬
разделении. Смену источников питания производит тот солдат, за
которым закреплен прибор.
При проведении текущего ремонта воспрещается вскрывать
опломбированные отсеки прибора, вращать опломбированные орга¬
ны регулировки, вскрывать зонд или головку зонда радиометра,
а также генератор индикатора ДП-62.
В объем среднего ремонта входят следующие работы:
— проверка градуировки приборов (с использованием радио¬
активных источников);
— замена неисправных газоразрядных счетчиков или электрон¬
ных ламп;
— замена отдельных неисправных деталей схемы прибора (со¬
противлений; конденсаторов, переключателей и др.);
— восстановление нарушенных паек монтажа;
•— замена неисправных крепежных деталей (винтов, гаек и др.);
18*
275
— замена неисправного гибкого кабеля и оболочек головки
зонда радиометра;
— все работы, входящие в объем текущего ремонта.
Средний ремонт дозиметрических приборов произзодится в ре¬
монтной мастерской соединения.
При проведении среднего ремонта разрешается вскрывать
опломбированные отсеки и производить неполную разборку при¬
бора (выпаивать и заменять отдельные детали). Полная разборка
монтажной схемы и замена ее новой в объем среднего ремонта не
входит.
В объем капитального ремонта входят следующие ра¬
боты:
— восстановление нарушенной градуировки прибора;
— полная разборка монтажной схемы и замена ее новой;
— восстановление защитных покрытий, надписей и окраски;
— все работы, входящие в объем среднего и текущего ремонта.
Капитальный ремонт дозиметрических приборов производится в
мастерских при окружных (фронтовых) складах и центральных базах.
§ 2. Категорирование дозиметрических приборов. По своему тех¬
ническому состоянию дозиметрические приборы разделяются на
пять категорий:
1-я категория^- новые приборы, не бывшие в эксплуатации;
2-я категория — приборы, бывшие или находящиеся в экс¬
плуатации, исправные или требующие текущего ремонта;
3-я категория — приборы, требующие среднего ремонта;
4-я категория — приборы, требующие капитального ремонта;
5-я категория — неисправные приборы, восстановление ко¬
торых невозможно.
§ 3. Полевая ремонтно-градуировочная мастерская. В составе
подразделения химической защиты соединения имеется полевая ре¬
монтно-градуировочная мастерская (РГМ), предназначаемая для
проведения технических проверок, текущего и среднего ремонта и
проверки градуировки дозиметрических приборов в полевых усло¬
виях.
Мастерская имеет запас эксплуатационных и ремонтных мате¬
риалов, рассчитанный на ремонт 50 приборов типа ДП-1-Б, 50-
типа ДП-11-Б и 5 — типа ДП-21-Б.
Штат мастерской состоит из двух мастеров, один из которых яв.
ляется старшим.
Производительность мастерской составляет 6—7 приборов типа
ДП-1-Б или 3—4 прибора типа ДП-11-Б в день.
Комплект мастерской состоит из 6 укладок общим весом 300 кг.
Мастерская транспортируется в грузовой автомашине типа ГАЗ-бЗ
или на самолете.
Для развертывания мастерской требуется помещение (убежище
легкого типа) площадью около 20 м2.
Время развертывания мастерской из походного положения в ра¬
бочее, а также время свертывания действующей мастерской в по¬
ходное положение равняется 25—35 мин.
276
В развернутом положении мастерская состоит из трех рабочих
мест:
— рабочее место № 1 предназначается для старшего ма¬
стера; это место оборудуется необходимым электромонтажным ин¬
струментом и электроизмерительными приборами, на нем произво¬
дится проверка схемы, определение неисправности и работы элек¬
тромонтажного характера;
— рабочее место № 2 предназначается для мастера; это
место оборудуется слесарным инструментом, на нем производятся
главным образом работы слесарного характера;
— рабочее место №3 предназначается для проверки гра¬
дуировки приборов и составляется из градуировочной трассы (или
градуировочного стола) и контейнера с радиоактивными препара¬
тами; на нем при необходимости работает мастер или старший ма¬
стер.
Если вблизи мастерской имеется электросеть с напряжением
120 или 220 в, освещение мастерской и питание паяльников произ¬
водится от сети, если нужно — через автотрансформатор JIATP-2,
входящий в комплект мастерской. Если электросети не имеется, то
питание осветительной сети и паяльников осуществляется от акку¬
муляторных батарей, хранящихся в одной из укладок мастерской
(№ 4).
Для ремонта дозиметрических приборов используются ремонт¬
ные комплекты, содержащие детали, наиболее часто выходящие из
строя. Этими ремонтными комплектами пополняется укладка № 3,
входящая в состав рабочего места № 1.
§ 4. Подвижные ремонтно-химические мастерские. В войсках,
кроме ремонтно-градуировочных мастерских, имеются подвижные
ремонтно-химические мастерские (ПРХМ-1 и ПРХМ-3), предназна¬
ченные для среднего ремонта дозиметрических приборов и средств
противохимической защиты, а также для текущего ремонта спе¬
циальных химических приборов и машин.
Ремонт дозиметрических приборов производится в деревянном
утепленном кузове, смонтированном на шасси автомашины. Гра¬
дуировка приборов производится при хорошей погоде на открытой
площадке, в плохую погоду — в палатке, входящей в комплект ма¬
стерской и развертываемой на удалении 20—30 м от автомашины.
Производительность мастерской типа ПРХМ-1 составляет
100—125, мастерской типа ПРХМ-3 — 200—250 приборов в месяц.
§ 5. Методика обнаружения и устранения простейших неисправ¬
ностей дозиметрических приборов. В войсковых дозиметрических
приборах, имеющих большое количество различных деталей, опре¬
деление неисправностей является, как правило, более сложным де¬
лом, чем устранение их. Любая неисправность может быть обнару¬
жена и устранена на основании отличных знаний физических про¬
цессов, происходящих в приборе, принципов его работы, принципи¬
альной и монтажной схем, а также тщательной проверки отдель¬
ных цепей прибора.
Наиболее вероятными являются неисправности тех частей или
277
деталей прибора, которые имеют ограниченный срок работы; к ним
относятся: источники питания, электронные лампы и газоразрядные
счетчики.
Осмотр любого неисправного прибора следует начинать с про¬
верки годности и правильности подключения источников питания.
Основным признаком нарушения режима питания является то, что
стрелка измерительного прибора при регулировке того или иного
вида напряжения (накала, анодного и др.) не доходит до соответ¬
ствующей контрольной отметки на шкале (£/н, Ua и т. д.). Быст¬
рее всего, как правило, расходуется емкость элемента 1,6-ПМЦ, пи¬
тающего цепь накала электронных ламп.
Весьма частым случаем неисправности электронной лампы яв¬
ляется обрыв (перегорание) катода. Если в приборе имеется только
одна лампа (нашример, в рентген метре ДП-1-Б или комплекте
ДП-21-Б), то характерным признаком перегорания катода является
отклонение стрелки измерительного прибора (при установке глав¬
ного переключателя в положение «Накал») правее отметки «£/Hs;
стрелка не перемещается при вращении оси регулятора напряже¬
ния накала. Происходит это от того, что при перегорании катода
цепь накала становится разомкнутой и падения напряжения на
реостате, включенном в эту цепь, практически не происходит. Ис¬
правность катода лампы можно проверить следующим образом:
вынуть лампу из панели и подключить тестер ТТ-1, используемый
в данном случае как омметр, к ножкам лампы, которые соединены
с катодом (это определяется по цоколевке лампы); если омметр
покажет бесконечно большое сопротивление, то это значит, что
лампа неисправна и ее надо заменить.
В лампе, кроме того, может быть обрыв проводов, соединяю¬
щих ножки лампы с электродами, замыкание электродов между
собой, потеря эмиссии в результате разрушения активного слоя на
поверхности катода, наличие газа в баллоне. Для определения этих
неисправностей (за исключением наличия газа в баллоне) тре¬
буется специальный прибор, называемый испытателем ламп. При
отсутствии такого прибора проверку годности ламп рекомендуется
производить методом замены подлежащей проверке лампы на но¬
вую, заведомо исправную; если после этого прибор будет работать
исправно — значит замененная лампа оказалась негодной.
В приборах с использованием электрометрических ламп (рент-
генметры ДП-1-Б и ДП-2, комплект для контроля облучения
ДП-21-Б) причиной неисправности прибора может быть загрязне¬
ние наружной поверхности баллона лампы, вызванное, например,
прикосновением к баллону недостаточно чистыми руками. Призна¬
ком такой неисправности для рентгенметра ДП-1-Б является не¬
устойчивость или отсутствие показаний при проверке работоспо¬
собности с помощью контрольного препарата, а для комплекта
ДП-21-Б — отсутствие стабильного положения стрелки в момент
установки нуля или измерения доз. Для устранения неисправности
необходимо вынуть лампу, промыть ее баллон спиртом, просушить
и вставить в панель.
278
Отсутствие стабильного положения стрелки при измерении доз
может наблюдаться и при загрязнении янтарного изолятора гнезда
«Заряд» комплекта ДП-21-Б. В целях устранения этого необходимо
поверхность изолятора промыть спиртом.
При разборке приборов с электрометрическими лампами надо
иметь в виду, что проверку и наладку их можно производить
только в том случае, если отсек, в
котором размещается лампа, пол¬
ностью закрыт и защищен от попа¬
дания наружного света. Если элек¬
трометрическая лампа освещается
наружным светом, то показания
прибора будут неправильными и
неустойчивыми.
При проверке газоразрядных
счетчиков следует прежде всего
проверить внешний вид их (нет ли
вмятин или трещин на стенках)
и полярность включения; положительный потенциал должен пода¬
ваться к тому концу счетчика, где на корпусе белой краской нане¬
сен знак «+». Необходимо также проверить плотность контакта,
соединяющего положительный электрод счетчика со схемой при¬
бора. При плохо затянутом цанговом зажиме, крепящем счетчик,
или при наличии воздушного зазора между торцовым контактом
счетчика и контактом схемы совершенно исправный счетчик рабо¬
тать не будет. Если после таких внешних проверок прибор все же
не работает, то счетчик нужно заменить новым.
Если указанные простейшие методы проверки источников пита¬
ния, электронных ламп и газоразрядных счетчиков не дают желае¬
мых результатов, следует приступить к проверке цепей прибора.
Прежде всего необходимо проверить цепь, вызывающую сомне¬
ния в исправности. Предположим, что при переводе главного пере¬
ключателя рентгенметра ДП-1-Б в положение «Работа» стрелка
прибора отклоняется влево от нуля. На основании принципиальной
схемы прибора можно сделать вывод, что через прибор протекает
только ток компенсации, а анодный ток отсутствует. Наиболее ве¬
роятно отсутствие анодного тока в результате порыва анодной цепи
на том участке, где протекает только анодный ток (без тока ком¬
пенсации). Этот участок и подвергают тщательной проверке.
Для проверки цепей ламповых каскадов (накала, анодной
и др.) рекомендуется отключить источники питания, вынуть лампу
и, пользуясь тестером ТТ-1 как омметром, определить неисправный
участок или деталь цепи.
На рис. 204 показана последовательность проверки одной из це¬
пей. Один измерительный провод тестера подключается к входной
точке цепи -{-А, второй провод — последовательно к точкам В, С,
Д, Е. Наличие обрыва в цепи определяется по тому признаку, что
стрелка измерительного прибора (тестера) начинает показывать
бесконечно большое сопротивление. Предположим, что до точки Д
Е Ri д Rz
Т^Т^-
, v
I I,
*
+А
Рис. 204. Пример последователь¬
ной проверки электрической цепи
омметром
279
показания тестера соответствовали данным схемы, а в точке Е при¬
бор показал бесконечно большое сопротивление. Из этого следуем
что сопротивление R\ неисправно и должно быть заменено новым.
Наиболее вероятным повреждением конденсаторов является
пробой, т. е. электрическое соединение пластин через диэлектрик.
Проверить исправность конденсатора можно также при помощи
тестера ТТ-1. При подключении тестера к выводам исправного кон¬
денсатора стрелка его может несколько отойти от отметки шкалы
«оо » вправо и затем вновь вернуться на отметку «оо». Если
стрелка показывает сопротивление конечной величины, это обозна¬
чает, что конденсатор пробит и должен быть заменен новым. Про¬
верку конденсатора рекомендуется производить на поддиапазона
тестера «XI ООО».
На практике могут часто встречаться случаи загрязнения кон¬
тактов в переключателях, приводящие к разрыву или резкому уве¬
личению сопротивления цепи, проходящей через данный переклю¬
чатель. Для проверки исправности контактов переключателя необ¬
ходимо измерить их сопротивление (в замкнутом состоянии) при
помощи омметра. Если контакты исправны, то прибор покажет ну¬
левое сопротивление. Загрязненные контакты промывают спиртом.
Разбирать и подгибать ослабленные контакты следует лишь в край¬
нем случае, так как это может привести к окончательной порче
переключателя. Чистить контакты даже мелкой наждачной бума¬
гой запрещается.
При проверке сопротивлений, конденсаторов и контактов пере¬
ключателей необходимо отключать все источники питания цепей,
в которые включены проверяемые детали. По схеме следует убе¬
диться, что при присоединении тестера (омметра) к детали нет
обходных путей для тока; при наличии обходных путей один вы¬
вод проверяемой детали надлежит отпаять от схемы.
§ 6. Основные правила пайки. При проведении ремонта все
электрические соединения деталей в схеме должны производиться
путем пайки.
Пайка осуществляется свинцово-оловянным припоем ПОС-40
(40% олова и 60% свинца). В качестве флюса применяется только
канифоль, которая для повышения качества пайки употребляется
растворенной в спирте. Применение при пайке кислоты, хлористого
цинка или нашатыря не допускается; при попадании этих веществ
в схему разрушается изоляция и коррозируются металлические по¬
верхности. Для пайки употребляются торцовые электрические
паяльники мощностью 30 или 50 вт.
Концы провода или поверхности перед пайкой необходимо тща¬
тельно зачистить и облудить, т. е. покрыть тонким слоем припоя
с помощью паяльника. Если в схему впаиваются новые конденса¬
торы и сопротивления, зачистку и лужение их выводов производить
не надо, так как они уже облужены.
Пайка должна быть механически прочной. Для этого каждый
провод перед пайкой необходимо закрепить. Например, для при-
йаивания к лепестку детали провод предварительно закрепляется
280
и обжимается плоскогубцами; после этого производится пайка ме¬
ста соединения.
Перегрев места спая не допускается, так как это ведет к обго-
ранию изоляции провода и может вывести из строя припаиваемую
деталь. Ни в коем случае нельзя припаивать провода к корпусу
электролитических конденсаторов.
Пайку нужно производить аккуратно, чистым, правильно запи¬
ленным и облуженным паяльником, соразмеряя количество припоя
с величиной запаиваемого узла. Расплавленный припой должен хо¬
рошо смачивать поверхность спаиваемых металлов.
При пайке необходимо следить, чтобы расплавленный припой
не протекал в схему, так как это может привести к закорачиванию
электрических цепей. Нельзя касаться раскаленным паяльником
соседних проводов и деталей.
При выполнении любых ремонтных работ надо руководство¬
ваться следующим;
— право вскрывать приборы (вывинчивать опечатанные винты)
имеют только мастера ремонтных мастерских;
— производить любую, даже простейшую, ремонтную операцию
разрешается только в чистом, сухом и теплом помещении,
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что входит в объем текущего, среднего и капитального ремонта войсковых
дозиметрических приборов?
2. Где производится текущий, средний и капитальный ремонт войсковых'дозимет-
рических приборов?
3. На какие категории разделяются дозиметрические приборы по своему техни¬
ческому состоянию?
4. Назначение, штатный состав и технические возможности полевой ремонтно¬
градуировочной мастерской.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПРОВЕРКА ГРАДУИРОВКИ ВОЙСКОВЫХ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
§ 1. Необходимость периодической проверки градуировки дози¬
метрических приборов. Точность показаний дозиметрических прибо¬
ров, как и любых измерительных устройств, с течением времени мо¬
жет снижаться. Причинами этого могут быть изменения величин
сопротивлений, включенных в схему, изменение характеристик и
параметров электронных ламп вследствие частичной потери эмис¬
сии, загрязнение поверхностей изоляторов и др. Нарушение точно¬
сти показаний наблюдается после ремонта дозиметрического при¬
бора, в частности после смены газоразрядного счетчика, электрон¬
ных ламп, отдельных деталей схемы.
Чтобы быть уверенным в том, что ошибки при измерениях, про¬
изводимых данным прибором, не превышают пределов, установлен¬
ных техническими условиями, необходимо периодически проверять
точность показаний прибора. Сущность такой проверки заклю¬
чается в том, что при помощи проверяемого прибора измеряют, на¬
пример, мощность дозы излучений, испускаемых эталонным источ¬
ником, и имеющую совершенно определенную величину; затем по¬
казания прибора сравнивают с измеряемой величиной, чем опреде¬
ляют ошибки в показаниях прибора.
Проверка точности показаний дозиметрического прибора путем
измерения заведомо известных и точно определенных величин на¬
зывается проверкой градуировки.
Проверка градуировки дозиметрических приборов, находящихся
в постоянной эксплуатации, производится раз в месяц. Для при¬
боров, используемых для целей боевой подготовки и находящихся
на складском хранении, проверка градуировки производится при
проведении технических проверок (два раза в год), а также после
производства среднего и капитального ремонта и при выдаче при¬
боров со складов в части независимо от срока осуществления по¬
следней проверки градуировки.
Практически проверка градуировки производится следующим
образом (рис. 205). Проверяемый прибор устанавливают на опре¬
деленном расстоянии R от точечного источника излучений, актив’
282
ность которого точно известна. Подсчитывают уровень радиации
(мощность дозы), создаваемый источником в центре детектора
(ионизационной камеры или газоразрядного счетчика) прибора. По¬
казания прибора сравнивают с расчетной величиной уровня радиа¬
ции. Если различия показаний прибора и расчетной величины не
превышают допустимой
погрешности, значит при¬
бор отградуирован пра¬
вильно и в дополнитель¬
ных регулировках не нуж¬
дается. Если ошибка по¬
казаний превышает допу¬
стимую величину, то необ¬
ходимо, используя имею¬
щиеся в рентгенметр ах и радиометрах органы регулировки чув¬
ствительности, довести погрешность показаний до величины, уста¬
новленной техническими условиями. Если же этого достигнуть
нельзя, то прибор следует направить для капитального ремонта.
Для проверки градуировки войсковых дозиметрических прибо¬
ров в составе РГМ имеется набор радиоактивных препаратов раз¬
личной активности и градуировочная трасса, при помощи которой
проверяемый прибор можно устанавливать на различные опреде¬
ленные расстояния от источника излучений.
Рабочее место для проверки градуировки следует удалять от
источников радиоактивных помех (рентгеновских установок, посто¬
ронних радиоактивных источников и препаратов, зараженного уча¬
стка местности и т. д.) и по возможности от стен (не менее 1 м)\
оно должно иметь хорошее освещение и доступ со всех сторон.
В летнее время и в сухую погоду проверку градуировки лучше
всего производить на ровной, открытой со всех сторон площадке.
Гамма-фон в месте градуировки не должен превышать 0,04 мр/час.
Результаты проверки градуировки записываются в формуляре
прибора.
§ 2. Источники излучений, применяемые для проверки градуи¬
ровки. В комплект РГМ входят три препарата из Со™, используе¬
мые как источники гамма-излучений, десять бета-активных препа¬
ратов и один альфа-активный.
Гамма-препарат № 1 активностью около 0,1 тс используется
для проверки градуировки радиометра ДП-11-Б на поддиапа¬
зоне «1».
Гамма-препарат № 2 активностью около 10 тс используется
для проверки градуировки радиометра ДП-11-Б на поддиапа¬
зоне «2».
Гамма-препарат № 3 активностью около 400 тс используется
для проверки градуировки рентгенметра ДП-1-Б и комплекта
ДП-21-Б.
Бета- и альфа-активные препараты применяются для проверки
градуировки радиометров.
283
Гамма-препараты размещаются в свинцовых или чугунных кон¬
тейнерах. Бета- и альфа-активные препараты хранятся в алюми¬
ниевых или деревянных пеналах.
К препаратам должен быть приложен паспорт, в котором ука¬
зывается первоначальная активность препарата и дата ее изме¬
рения.
Вследствие радиоактивного распада активность препаратов с те¬
чением времени уменьшается. Поэтому при производстве расчетов
для проверки градуировки следует пользоваться не паспортной,
а истинной активностью препарата, вычисленной на день
градуировки.
Для определения истинной активности препаратов из Со™ не¬
обходимо:
— установить по паспорту первоначальную активность препа¬
рата а0 и дату ее измерения;
— определить время, прошедшее с момента измерения первона¬
чальной активности до дня градуировки (с точностью до двух ме¬
сяцев);
— определить по табл. 20 коэффициент уменьшения активно-
I/ о „ -0,693—
сти а, равный величине е т, подсчитанный в зависимости
от времени, прошедшего с момента измерения первоначальной ак¬
тивности;
— определить истинную активность препарата по формуле
а — а0К- (87)
Таблица 20
Коэффициенты уменьшения активности для препаратов из кобальта-60
Месяц
К
Месяц
к
Месяц
К
Месяц
К
0
1
16
0,84
32
0,7
48
0,59
2
0,98
18
0,82
34
0,69
50
0,58
4
0,96
20
0,8
36
0,68
52
0,57
6
0,94
- 22
0,79
38
0,66
54
0,56
8
0,92
24
0,77
40
0,65
56
0,54
10
0,9
26
0,75
42
0,63
58
0,53
12
0,88
28
0,74
44
0,62
60
0,52
14
0,86
30
0,72
46
0,6
62
0,51
Пример. В паспорте указано, что препарат из кобальта-60 имеет активность
а о = 406 тс, измеренную 20.5.57. Определить истинную активность препарата
на 20.3.60.
Решение.
С момента измерения активности препарата прошло 34 месяца. По табл. 20
определяем, что для 34 месяцев К = 0,69.
Истинная активность препарата на 20.3.60 будет равна
а — а0К — 406-0,69 — 280,14 тс.
284
Активность препаратов, изготовленных из урана-238 или плуто¬
ния-239, можно принимать как постоянную, равную указанной в
паспорте. Если препарат изготовлен из какого-либо иного изотопа,
для определения его истинной активности следует воспользоваться
формулой (64).
§ 3. Проверка градуировки рентгенметра ДП-1-Б. Для про¬
варки градуировки рентгенметра ДП-1-Б необходимо произвести
расчет расстояний, на которых препарат № 3 будет создавать
уровни радиации 0,1; 0,25; 0,35; 1,5; 2,5; 3,5 и 4 р/час.
Расчет производится по формуле
где R — расстояние от источника до центра ионизационной камеры
рентгенметра в см; i —ионизационная гамма-постоянная, для
кобальта-60 = 13,5; а —истинная активность препарата № 3 в тс;
Р — расчетный уровень радиации в р/час.
Пример. Истинная активность препарата а — 280 тс. Определить расстояние,
на котором будет создаваться уровень радиации Р — 0,25 р/час.
Решение.
После расчета расстояний (опорных точек) развертывается гра¬
дуировочная трасса и контейнер с препаратами. К отверстию
гнезда контейнера для препарата № 3 привинчивается труба для
дистанционного подъема препарата. Проверяемый прибор устанав¬
ливается на каретку трассы таким образом, чтобы желтые пунк¬
тирные линии на боковых стенках прибора, указывающие ось иони¬
зационной камеры, совпали с отметками на боковых упорах ка¬
ретки. Днище прибора должно быть повернуто к источнику, ниж¬
няя крышка — закрыта. Высота подъема препарата по трубе выби¬
рается такой, чтобы центр препарата совпадал с горизонтальной
желтой пунктирной линией на боковой стенке прибора.
Проверяемый прибор подготавливается к действию на поддиа¬
пазоне «XI»- Каретка с прибором устанавливается на расстоянии
от препарата, соответствующем уровню радиации 0,25 p/час. Пре¬
парат при помощи нити поднимается из контейнера; при этом ма¬
стер, производящий градуировку, должен отходить на возможно
большее расстояние от поднятого препарата. Правильно отградуи¬
рованный прибор показывает 0,25 р!час. Если прибор дает иные
показания, необходимо при помощи отвертки вращать ось регуля¬
тора чувствительности и, изменяя величину анодного тока лампы
электрометра, добиться показания стрелки прибора точно 0,25 р/час.
Затем каретка поочередно устанавливается на расстояния, соответ¬
ствующие уровням радиации 0,1 и 0,35 р/час.
. Закончив проверку градуировки на поддиапазоне «XI», необхо¬
димо перевести переключатель его в положение «ХЮ» и проверить
установку нуля на этом поддиапазоне. Потом проверяются показа-
(88)
285
Ния прибора на расстояниях, соответствующих уровням радиации
1,5; 2,5 и 3,5 р/час.
По окончании проверки градуировки на поддиапазоне «XI О»
переключатель его переводится в положение «XI00» и проверя¬
ются установка нуля на этом поддиапазоне и показание прибора на
расстоянии, соответствующем уровню радиации 4 р/час.
Допустимая погрешность показаний должна быть не более
+20%.
Проверка градуировки на поддиапазоне «ХЮ00» не произво¬
дится.
Примечания: I. Регулятор чувствительности разрешается вращать только
при установке прибора на расстоянии, соответствующем уровню радиации
0,25 р/час (основная опорная точка). При установке пои^опя на остальных оас-
стояниях производится только проверка показания прибора, без регулировки
чувствительности.
2. Если при расчете для некоторых наибольших уровней радиации расстоя¬
ния будут меньше 30 см, то прибор на этих расстояниях проверяться не должен;
для расстояний меньше 30 см формула (88) будет неточной.
3. Расстояния от прибора до источника определяются по обрезу каретки
со стороны, противоположной источнику.
§ 4. Проверка градуировки рентгенметра ДП-1-В. Проверка
градуировки рентгенметра ДП-1-В производится при помощи радио¬
активного препарата № 3. Расчет опорных точек и подготовка при¬
бора осуществляются точно так же, как для рентгенметра ДП-1-Б.
Особенностями является, следующее:
— регулировку показаний производят не регулятором чувстви¬
тельности, а при помощи отдельных для каждого поддиапазона
сопротивлений R22, R23 и /?24 (рис. 184), смонтированных в корпусе
прибора; регулятор чувствительности используется только в том
случае, если регулировка с помощью указанных сопротивлений не
дает требуемых результатов;
— после градуировки главный переключатель переводят в по¬
ложение «Камера» и запоминают показания прибора; затем пере¬
водят переключатель рода работы в положение «Работа», а пере¬
ключатель поддиапазонов — в положение «Контроль», устанавли¬
вают нуль и при ломощи потенциометра R2$ (рис. 185) устанавли¬
вают стрелку прибора точно в такое же положение, какое она зани¬
мала при проверке напряжения на ионизационной камере (главный
переключатель в положении «Камера»),
§ 5. Проверка градуировки рентгенметра ДП-2. Проверка гра¬
дуировки рентгенметра ДП-2 осуществляется в той же последо¬
вательности, как рентгенметра ДП-1-Б. Проверка производится
в точках, соответствующих мощностям доз 0,5; 1,0; 1,5 и 5 р/час.
В качестве основной опорной точки используется точка, соответ¬
ствующая мощности дозы 1,0 р/час.
Настройка чувствительности рентгенметра ДП-2 производится
переменными сопротивлениями, подключенными параллельно мик*
роампер'метру (на упрощенной схеме рентгенметра — рис. 189 —
эти сопротивления не показаны).
286
После градуировки необходимо проверить показания прибора
от внутреннею контрольного препарата. Если показания не соот¬
ветствуют указанным в паспорте, надо отрегулировать положение
диафрагмы препарата специальным винтом, расположенным на при¬
ливе камеры у блока электрометрической лампы.
§ 6. Проверка градуировки индикатора ДП-63. Для проверки
градуировки индикатора ДП-63 необходимо произвести расчет рас¬
стояний, на которых препарат № 3 будет создавать уровни радиа¬
ции 0,5; 0,9 и 1,4 р/час — для поддиапазона «1,5 р/час»; 15; 30 и
40 р/час — для поддиапазона «50 p/час». Расчет расстояний произ¬
водится по формуле (88). Основными опорными точками являются:
для поддиапазона «1,5 р/час» — точка, соответствующая уровню ра¬
диации 1,4 р/час; для поддиапазона «50 р/час» — точка, соответ¬
ствующая уровню радиации 40 р/час.
Подготовленный к работе прибор устанавливают в соответствии
с отметками на боковых стенках кожуха на градуировочной трассе
на расстоянии, соответствующем опорной точке 1,4 р/час. Если по¬
казания прибора не равны 1,4 р/час, то необходимо, сняв с прибора
кожух, вращать отверткой ось переменного сопротивления R\i
(рис. 181) и добиться, чтобы показания прибора соответствовали
этой величине. Затем проверяют показания прибора на опорных
точках, соответствующих уровням радиации 0,9 и 0,5 р/час.
После окончания проверки градуировки на поддиапазоне
«1,5 p/час» индикатор устанавливают на градуировочной трассе на
расстоянии, соответствующем основной опорной точке для поддиапа¬
зона «50 р/час». Регулировка чувствительности прибора при этом
производится вращением оси переменного сопротивления R\3
(рис. 181). Затем осуществляется проверка точности показаний для
опорных точек, соответствующих уровням радиации 15 и 30 р/час.
Допустимые ошибки не должны превышать +30%.
§ 7. Проверка градуировки радиометра ДП-11-Б по гамма-ак¬
тивным препаратам. Перед проверкой градуировки радиометра
нужно принять меры к уменьшению фона в помещении для градуи¬
ровки: все препараты погрузить в контейнер, закрыть и удалить не
менее чем на 4—5 м от места градуировки. После этого при по¬
мощи заведомо исправного и правильно отградуированного радио¬
метра ДП-11-Б измерить гамма-фон в помещении; он должен быть
на обоих поддиапазонах не более 0,04 мр/час.
Затем необходимо выполнить следующее:
А. Произвести расчет расстояний, на которых будут создаваться
уровни радиации 0,05; 0,12 и 0,4 мр/час — для поддиапазона «1»;
0,5; 3 и 10 мр/час — для поддиапазона «2».
Расчет производится по формуле
Где '/? — расстояние от источника до центра газоразрядного счет¬
чика радиометра в см; i— ионизационная гамма-постоянная, для
(89)
287
кобальта-60 = 13,5; а — истинная активность препарата в тс; Р
расчетный уровень радиации в мр/час; Рф— уровень гамма-фона
в мр/час.
При расчете следует иметь в виду, что для проверки градуи¬
ровки на поддиапазоне «1» используется препарат № 1, а на под¬
диапазоне «2» — препарат № 2 и что в формулу (89) при расчете
нужно подставлять истинную активность препаратов.
Б. Развернуть градуировочную трассу, укрепить на ее конце
держатель для препарата, вынуть препарат № 1 из контейнера и
вставить его в держатель. Закрепить головку зонда на каретке, ис¬
пользуя для этого имеющиеся в комплекте трассы боковые упоры,
и установить ее в положение «Г» (продольная ось каретки должна
совпадать со знаком «+» на головке зонда). Отрегулировать вы¬
соту препарата таким образом, чтобы центр его совпадал с осью
газоразрядного счетчика. Вынуть из кожуха пульт радиометра и
подготовить прибор к действию на поддиапазоне «1»; при этом не¬
обходимо произвести регулировку «Плато».
Каретку с зондом установить от источника на расстоянии, со¬
ответствующем уровню радиации 0,12 мр/час. Нажав кнопку
«Сброс», проверить установку нуля; затем, отпустив кнопку
«Сброс», по истечении 1,5 мин определить показание прибора по
шкале. Если показание не соответствует данным, приведенным
в табл. 21, то вращением с помощью отвертки оси регулятора
«Чувств. 1» (рис. 193) добиться совмещения стрелки прибора с де¬
лением 52 шкалы; если эго не получается — добиться, чтобы откло¬
нение стрелки было в пределах делений 32—66.
Далее каретку с зондом поочередно устанавливать на расстоя¬
ниях от источника, соответствующих уровням радиации 0,05 и
0,4 мр/час. После сброса показаний по истечении 1,5 jauh отсчиты¬
вать показания по шкале. На правильно работающем приборе они
должны находиться в пределах, указанных в табл. 21 для данных
уровней радиации.
Аналогично проверяется градуировка и на поддиапазоне «2».
Основной опорной точкой для этого поддиапазона является точка,
соответствующая уровню радиации 3,0 p/час. Регулировка чувстви¬
тельности прибора на этой точке осуществляется вращением оси
регулятора «Чувств. 2».
Таблица 21
Номинальные показания радиометра ДП-11-Б при проверке градуировки
прибора при помощи гамма-активных препаратов
Поддиапазон
Расчетный уровень
радиации
Номинальное
значение показаний
Допустимое показание
0,05
28
14—38
1
0,12
52
32-66
0,4
92
70—98
288
Продолжение
Поддиапазон
Расчетный уровень
радиации
Номинальное
значение показаний
Допустимое показание
0,5
23
14—30
2
3
56
42—64
10
83
68—90
Примечания: 1. Разрешается вращать регулятор «Чувств. 1» только
при установке прибора на расстоянии, соответствующем уровню радиации
0,12 мр/час, регулятор «Чувств. 2» — только при установке прибора на расстоя¬
нии, соответствующем уровню радиации 3 мр/час. При установке прибора на
расстояниях, соответствующих другим замеряемым уровням радиации, произ¬
водится только проверка показаний прибора (без регулировки чувствитель¬
ности) .
2. Если при расчете для некоторых уровней радиации расстояния полу¬
чаются менее 100 см, то радиометр на этих расстояниях не проверяют.
§ 8. Проверка градуировки радиометра ДП-11-Б по бета-актив¬
ным препаратам. Для проверки используется набор бета-актив¬
ных препаратов, входящих в комплект мастерской. Фон в помеще¬
нии для градуировки должен быть-не более 0,01 мр/час.
Радиометр вначале надо проверить на поддиапазоне «1» при
положении головки зонда Б\. Для этого взять препарат с удельной
„АГ1 распадов
активностью около 600 хмин - ц-> , положить его активной стороной
вверх и установить над ним головку зонда (открытым счетчиком
к активной ( ороне препарата) так, чтобы отметка «+» на голов¬
ке зонда совпала с осью препарата. Показания прибора должны
соответствовать данным табл. 22. Если этого нет, то производится
регулировка радиометра вращением регулятора «Чувств. 1». После
этого, используя препараты с удельной активностью около 250 и
2000 необходимо проверить показания прибора в начале
и конце шкалы. Регулятор чувствительности при этом вращать не
следует. Правильно отградуированный прибор должен давать по¬
казания, соответствующие табл. 22.
Затем прибор переводится на поддиапазон «2». Под счетчик
. с лгла распадов
кладется препарат с удельной активностью около 15 000 •
MUH' см
Если показания прибора не соответствуют данным табл. 22, то сле¬
дует произвести регулировку радиометра при помощи регулятора
«Чувств. 2». После этого, используя препараты с удельной актив¬
ностью около 2500 и 50 000 , проверяются показания при¬
бора в начале и конце шкалы; регулятор чувствительности при
этом вращать нельзя. Правильно отградуированный прибор дол¬
жен дать показания, соответствующие табл. 22.
Если радиометр, правильно отградуированный по гамма-препа-
‘/*19—1176 2 89
Таблица 22
Номинальные показания радиометра ДП-11-Б при проверке градуировки
прибора с помощью бета-активных препаратов
Поддиапазон
Удельная активность
распады
Номинальное
значение показаний
Допустимое показание
мин • см2
250
28
14-38
1
600
52
32—66
2 000
90
70—98
2 500
23
14—30
2
15 000
56
42—64
50 000
. 83
68-90
ратам, при проверке по бета-препаратам не дает требуемых пока¬
заний, то необходимо сменить газоразрядный счетчик и произвести
заново проверку градуировки по гамма- и бета-препаратам. Если
смена газоразрядного счетчика не дает желаемых результатов, це¬
лесообразно произвести окончательную градуировку прибора по
бета-препаратам (поскольку основным назначением радиометра
является определение степени зараженности в бета-распадах), а
для перевода показаний прибора в уровни радиации составить
градуировочный график. Градуировочный график представляет со¬
бой кривую, показывающую зависимость уровней радиации в
мр/час от показаний на шкале прибора (отдельно для поддиапа¬
зонов «1» и «2»),
§ 9. Проверка градуировки радиометра ДП-12. Проверка гра¬
дуировки радиометра ДП-12 осуществляется по бета-излучениям;
по гамма-излучениям производится последующая проверка пока¬
заний прибора. Градуировка прибора обеспечивает (в пределах до¬
пустимой погрешности) правильность показаний прибора при из¬
мерении мощностей доз гамма-излучений.
Проверку градуировки с помощью эталонных бета-препаратов
необходимо производить в следующем порядке:
— подготовить прибор к работе;
— поворотную оболочку головки зонда поставить в положе¬
ние «Б1», а переключатель прибора — на поддиапазон с белой
шкалой;
— установить на ровной поверхности стола эталонный бета-
препарат активной поверхностью вверх; активность препарата
должна соответствовать примерно середине шкалы проверяемого
поддиапазона;
— установить над препаратом головку зонда и произвести от¬
счет показаний радиометра; при расхождении показаний радиоме¬
тра с активностью эталонного препарата вращением регулятора
чувствительности добиться соответствия показаний, при этом регу¬
290
лятор необходимо вращать по часовой стрелке, если показания
прибора занижены, и против часовой стрелки, если они завышены;
— установить головку зонда над бета-препаратом с активно¬
стью, соответствующей примерно 20% шкалы проверяемого поддиа¬
пазона, и, не изменяя положения регулятора чувствительности,
произвести отсчет показаний радиометра; расхождение показаний
прибора с активностью препарата не должно выходить за пре¬
делы +20%;
— установить головку зонда над бета-препаратом с активно¬
стью, соответствующей примерно 80% шкалы того же поддиапа¬
зона, и проверить соответствие показаний радиометра активности
препарата.
Аналогичным образом производится проверка градуировки ра¬
диометра и на остальных поддиапазонах; при этом регулировка
чувствительности радиометра осуществляется вращением соответ¬
ствующего проверяемому поддиапазону регулятора чувствительно¬
сти. При проверке градуировки на поддиапазоне, соответствующем
положению переключателя прибора «черная» или «белая» шкала,
поворотная оболочка головки зонда ставится в положение «Б2».
Проверка показаний радиометра по гамма-излучениям осуще¬
ствляется с помощью эталонных гамма-источников, изготовленных
из радиоактивного кобальта (Со“). Эту проверку необходимо
производить в следующем порядке:
— по формуле (89) определить расстояния для трех то¬
чек каждого поддиапазона, соответствующих 20, 50 и 80%
шкалы;
— поворотную оболочку головки зонда поставить в положе¬
ние «Г»;
— устанавливая головку зонда на рассчитанных расстояниях
от эталонного источника, проверить соответствие показаний радио¬
метра истинным значениям мощностей доз гамма-излуцений; расхо¬
ждение показаний не должно выходить за пределы +40%.
§ 10. Проверка градуировки комплекта ДП-21-Б без радиоак¬
тивных источников. При проверке градуировки комплекта ДП-21-Б
следует учитывать возможность ошибочных показаний прибора
вследствие неправильно отградуированного измерительного уст¬
ройства и неправильных показаний отдельных камер. Поэтому про¬
верка комплекта должна слагаться из двух операций: проверки
точности показаний измерительного устройства и проверки каждой
камеры в отдельности при помощи отградуированного измеритель¬
ного устройства.
Для проверки правильности градуировки измерительного уст¬
ройства используется 200-я камера, хранящаяся в специальном
гнезде в зарядно-измерительном устройстве. Эта камера является
как бы эталонной, дающей точные показания.
При проверке измерительного устройства 200-я камера заря¬
жается не нормальным зарядным напряжением, а уменьшенным на
‘А 19*
291
величину, равную разряду конденсатора камеры при определенной
дозе. Величина этого напряжения (У„р может быть определена по
формуле
(f/зав — 1,2)
Ц,р = */,ар- ■ 5,75 (9°)
где £/зар— нормальное зарядное напряжение для данного комплек¬
та (указывается в паспорте комплекта); D — расчетная доза излу¬
чения в р.
Вращая при помощи отвертки ось регулятора «Проверка», с
гнезда «Заряд» можно снимать различные зарядные напряжения,
плавно регулируемые в пределах от нормального зарядного напря¬
жения до нуля.
Для проверки камер переключатель поддиапазонов следует
поставить в положение «5», левый тумблер — в положение «Про¬
верка» и главный переключатель — в положение «Зарядное напря¬
жение». Вращая отверткой ось реостата «Проверка», установить по
нижней шкале прибора напряжение, соответствующее дозе 1 р.
Зарядить 200-ю камеру, подготовить прибор для измерений, изме¬
рить 200-ю камеру. Затем устанавливается напряжение, соответ¬
ствующее дозе 2 р; опять заряжается и измеряется 200-я камера.
То же самое делается для напряжений, соответствующих дозам
3, 4 и 5 р. Точность показаний для всех, случаев должна быть та¬
кой, чтобы ошибка не превышала +10%.
§ 11. Проверка камер комплекта ДГ1-21-Б при помощи радио¬
активных источников. Для проверки камер комплекта используется
препарат № 3, входящий в состав РГМ.
Прежде всего производится расчет уровня радиации, создавае¬
мого препаратом № 3 на расстоянии 25 см, т. е. на расстоянии уста¬
новки камер. Уровень радиации вычисляется по формуле
—1 (91)
625 ’
где Р — уровень радиации на расстоянии 25 см от источника
в р\час\ а — истинная активность препарата № 3 в тс\ — иони¬
зационная гамма-постоянная, для кобальта-60 = 13,5.
Исходя из подсчитанного уровня радиации, определяется время
облучения камер, необходимое для того, чтобы камеры получили
дозы 3 и 30 р. Расчет времени облучения производится по фор¬
муле
Т = ~, (92)
где Т—искомое время облучения в час\ D — требуемая доза в р;
Р — уровень радиации в р/час, подсчитанный по формуле (91).
292
Проверка камер осуществляется на градуировочном столе, рас¬
полагаемом на контейнере. Вначале на градуировочный стол уста¬
навливается 50 камер, заряженных на поддиапазоне «5». Из кон¬
тейнера поднимается препарат, причем так, чтобы центр его при¬
ходился против середины камер; при подъеме препарата вклю¬
чается секундомер. По истечении времени, подсчитанного для дозы
3 р, препарат спускается в контейнер, облученные камеры снима¬
ются со стола и доза, полученная каждой из них, измеряется при
помощи измерительного устройства комплекта. Подсчитывается
среднее арифметическое от показаний всех 50 камер.
в0= Д. + °» + у ••• + Ои t (93)
где Du D2, D.i и т. д. — показания каждой из измеряемых
камер.
Для правильно отградуированного комплекта среднее арифме¬
тическое от показаний всех 50 камер должно быть в пределах от
2,7 до 3,3 р. Если при измерении окажется, что отдельные камеры
дают показания, отличающиеся от среднего арифметического бо¬
лее чем +20%, то показания этих камер не учитываются, а камеры
подлежат вторичной проверке и в случае подтверждения неточно¬
сти показаний — замене.
Затем таким же образом проверяется еще 50 камер, заряжен¬
ных на поддиапазоне «5».
На поддиапазоне «50» заряжаются также две партии камер
по 50 штук; они подвергаются облучению в течение времени, со¬
ответствующего дозе 30 р. Среднее арифметическое от показаний
камер, проверяемых по дозе 30 р, должно составлять от 27
до 33 р.
Таким образом, описанным методом проверяются все 200 ка*
мер комплекта: 100 — на поддиапазоне «5» и 100 — на поддиапа¬
зоне «50».
Выбракованные при проверке камеры заменяются новыми из
запаса, имеющегося в комплекте.
Точно таким же способом производится проверка камер ДС-50
комплекта индивидуальных дозиметров типа ДП-23.
При проверке градуировки любого из типов войсковых дозиме¬
трических приборов следует учитывать, что персонал, проводящий
проверку, вынужден работать с достаточно мощными источниками
излучений. Поэтому надо принимать все меры к тому, чтобы облу¬
чение персонала не превышало допустимой величины — 50 мр за
рабочий день. Необходимо обеспечить проведение систематического
дозиметрического контроля облучения персонала мастерской, ра¬
ботающего с радиоактивными источниками, при помощи индивиду¬
альных дозиметров ДК-0,2; данные контроля записываются в жур¬
нале учета облучения.
20—1176
293
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите источники излучений, применяемые для проверки градуировки.
2. Паспортная активность препарата из кобальта-60 составляет 408 тс на 25.8.55.
Определите истинную активность препарата на август 1958 г. и апрель
1959 г.
3. Определите расстояние, на котором препарат из кобальта-60 с истинной актив¬
ностью 370 тс будет создавать уровень радиации 0,25 р/час.
4. Истинная активность препарата из кобальта-60 составляет 280 тс. Опреде¬
лите время облучения камер комплекта ДП-21-Б, находящихся на расстоянии
25 см от источника, для получения дозы 2 р.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ВОЙСКОВАЯ РАДИОМЕТРИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
В УКЛАДКАХ ТИПА РЛУ-1
§ 1. Задачи войскового радиометрического анализа. Под радио¬
метрическим анализом понимается совокупность приемов и мето¬
дов, направленных на обнаружение радиоактивных веществ и из¬
мерение их концентрации или плотности радиоактивного зараже¬
ния. Качественный анализ радиоактивного заражения, т. е. опре¬
деление, какими изотопами заражен исследуемый объект, требует
достаточно сложного лабораторного оборудования и в объем ра¬
бот по войсковому радиометрическому анализу не входит.
Измерения степени зараженности радиометром ДП-11-Б неиз¬
бежно связаны с определенными погрешностями из-за недостаточ¬
ной точности показаний самого прибора, усугубляемой различны¬
ми условиями измерений (неодинаковым положением головки зон¬
да по отношению к измеряемой поверхности, различным самопо-
глощением и рассеиванием излучений в зараженном веществе
и др.). Поэтому применение радиометра ДП-11-Б ограничивается
проведением-дозиметрического контроля зараженности на пунктах
специальной обработки.
В тех случаях, когда определяется возможность использования
больших запасов материальных ценностей, подвергшихся радио¬
активному заражению (например, продовольствия на фронтовых
или армейских складах), требуется более точный количественный
анализ радиоактивной зараженности. Упрощенные и неточные из¬
мерения при помощи радиометра в таких случаях заменяются
применением методов радиометрического анализа.
Выполнение задач по радиометрическому анализу возлагается
на войсковые радиометрические лаборатории,
которые должны быть оснащены:
— набором приспособлений для взятия проб зараженных про¬
дуктов и материалов;
— лабораторным имуществом и реактивами для приготовления
препаратов из взятых проб;
— дозиметрическими приборами для измерения активности пре¬
паратов.
20*
295
Данные радиометрического анализа передаются в соответствуют
щие медицинские части, которые устанавливают возможность и
режим потребления зараженных продуктов и воды. Эти данные
служат также основанием для определения необходимости дезак¬
тивации зараженного имущества, а после ее проведения — для
определения полноты проведенной дезактивации.
§ 2. Основные данные лаборатории типа РЛУ-1. Войсковая ра¬
диометрическая лаборатория типа РЛУ-1 состоит из 8 укладок об¬
щим весом около 450 кг, могущих транспортироваться на автома¬
шине типа ГАЗ-бЗ или на самолете. Для развертывания лаборато¬
рии требуется помещение (убежище легкого типа, палатка) пло¬
щадью 5X4 м. Время развертывания и свертывания лаборатории
без дезактивации инвентаря составляет около 30 мин; на дезакти¬
вацию, кроме того, требуется 2 час. Гамма-фон в месте разверты¬
вания лаборатории не должен превышать 0,1 мр/час. При фоне
0,1 мр/час значительно возрастают ошибки измерений, а при фоне
10 мр/час измерения практически становятся невозможными.
При помощи лаборатории можно производить количественное
определение удельной зараженности проб бета- и бета-гамма-ак¬
тивными веществами в пределах от 1000 до 3 000 000 - Ра^,“^Д°В
При штате лаборатории в три человека можно производить
120 анализов в течение 10 час, в том числе: продовольствия, фура¬
жа, воды—100 анализов, вещевого имущества и определение за¬
раженности различных поверхностей — 20 анализов. Лаборатория
имеет запас реактивов и расходных материалов для 300 анализов.
В развернутом положении лаборатория состоит из трех рабо¬
чих мест:
— рабочее место № 1 предназначается для лаборанта, произво¬
дящего регистрацию и первичную обработку проб, поступивших
для анализа;
— рабочее место № 2 предназначается для химика-лаборанта;
здесь производится приготовление препаратов из проб;
— рабочее место № 3 предназначается для начальника лабора¬
тории, оно имеет счетную установку для измерения активности пре¬
паратов и должно быть удалено от рабочих мест № 1 и № 2 с
целью уменьшения фона.
Работа лаборатории организуется следующим образом.
Достагвленные в лабораторию для анализа пробы поступают
на рабочее место № 1, где лаборант производит регистрацию, сор¬
тировку, взвешивание и обработку проб (измельчение, растирание,
вырезание и т. п.). Для этой цели рабочее место № 1 оснащается:
журналом для регистрации проб, регистрационными карточками,
ящиком для растирания проб, ступками с пестиками, разделочной
доской, ампутационным ножом, ложкой, пинцетом, ножницами, ча¬
сами, аптекарскими весами с разновесом, пакетами и листами
кальки, кристаллизатором и ветошью.
Обработанные пробы передаются на рабочее место № 2, где из
них лаборант-химик берет навески и приготавливает препараты.
296
Для этого рабочее место № 2 оснащается: техно-химическими ве¬
сами Г-200 с разновесом, столиком с уровнем и спиртовкой, хими¬
ческими стаканами, крючками для выравнивания препарата, кол¬
бой с раствором азотной кислоты, капельницами с этиловым спиртом
и 1-процентным раствором целлулоида в ацетоне, градуированной
пипеткой на 1 мл, ложкой, пеналами с ванночками и гребенками,
пакетами и листами из кальки, кристаллизатором и ветошью.
Приготовленные препараты в ванночках и пеналах передаются
на рабочее место № 3, где начальник лаборатории при помощи
счетной установки ДП-100 или установки ДП-11-Б (спец.)
измеряет активность их, подсчитывает степень радиоактивной
зараженности исследуемой пробы и записывает результаты в кар¬
точку. Для этой цели рабочее место № 3 оснащается: счетной
установкой ДП-100 или установкой ДП-11-Б (спец.) со свинцо¬
вым домиком, часами типа АЧХ, пеналом с контрольными препа¬
ратами, логарифмической линейкой и графиком градуировки ра¬
диометра ДП-11-Б.
После окончания работ все имущество подлежит дезактивации.
Для этого с рабочих мест снимается покрывающая их калька и
фильтровальная бумага. Ступки протираются песком, инструмент
обмывается 3-процентным раствором лимонной кислоты. Ванночки
для приготовления препаратов предназначены, как правило, для
однократного использования и после работы подлежат захороне¬
нию в специально отведенной яме. При необходимости повторного
использования ванночек их погружают в ацетон; дезактивировать
ванночки кислотой нельзя, так как это приводит к их разрушению.
Полнота проведенной дезактивации проверяется при помощи ра¬
диометра ДП-11-Б. По окончании дезактивации зараженные каль¬
ка и фильтровальная бумага, а также отходы от дезактивации за¬
капываются в специально отведенную яму, не ближе чем в 30—
35 м от места развертывания лаборатории.
§ 3. Методика взятия проб. Взятие проб зараженных продуктов
осуществляется при помощи набора различных приспособлений,
входящих в комплект лаборатории. Пробы помещаются в стеклян¬
ные банки или пакетики из кальки. На этикетке банки или на па¬
кетике делается запись: когда, где и кем взята проба. Личный со¬
став, берущий пробы, должен быть одет в защитную одежду и
снабжен респиратором.
Взятие проб воды производится с помощью специального при¬
способления (водозаборника) с поверхности и из придонного слоя;
обе пробы сливаются в одну банку. Перед взятием проб необхо¬
димо замутить воду.
Взятие проб грунта осуществляется совком, которым срезается
верхний слой грунта толщиной 1 см и площадью 25 см2 (всего
25 смъ грунта).
Взятие проб сыпучих продуктов в мягкой таре (мешках) про¬
изводится при помощи щупа. Проколы в мешке делаются в трех
местах: в верхней части, в середине и в нижней части; пробы пере¬
мешиваются.
297
Для исследования мяса, рыбы, колбасы, сыра и других твердых
продуктов ножом отрезается кусок продукта весом 10—15 г. Проба
берется дважды: один кусок отрезается от поверхностного слоя,
а второй — на глубине 1 см после снятия верхнего слоя.
Для взятия проб жидких продуктов (растительное масло и др.)
применяется специальный мерник. Проба берется дважды: из верх¬
него и придонного слоя. Пробы сливаются вместе; жидкости перед
взятием пробы взбалтываются.
Для исследования зараженности овощей берут по 3—4 плода
(целиком).
При исследовании зараженности поверхности с площади 50 см2
(5ХЮ см) берется мазок при помощи марлевого тампона, для чего
применяются шаблоны. Тампон перед взятием мазка слегка смачи¬
вается. При тщательном взятии мазка с металлических поверхно¬
стей на тампон переносится 60—70% всей активности, имеющейся
на зараженной поверхности, с деревянных поверхностей — 30—
40% активности.
Взятие проб воздуха производится, как правило, лишь в поме¬
щении радиометрической лаборатории в целях своевременного об¬
наружения радиоактивного загрязнения воздуха и предотвращения
попадания радиоактивных веществ внутрь организма персонала
лаборатории. Для этой цели предусматривается воздухозаборник,
представляющий собой центробежный насос с ручным приводом и
сменными марлевыми фильтрами. Через насос прокачивается 5 л
воздуха; радиоактивные вещества, содержащиеся в воздухе в виде
аэрозолей, задерживаются марлевым фильтром.
§ 4. Методика приготовления препаратов. Для измерения бета-
активности устанавливается постоянная и минимальная толщина
препарата, равная 20^-; при этом обеспечиваются равные усло¬
вия самопоглощения излучений в толще препарата. Для создания
единых условий рассеяния излучений в результате взаимодействия
с веществом подложки все препараты приготовляются в стандарт¬
ных алюминиевых ванночках с внутренними размерами 3x8 см
(24 см2).
Приготовление препаратов из взятых проб осуществляется ме¬
тодами непосредственного нанесения, измельчения и выпаривания.
Метод непосредственного нанесения применяется
для приготовления препаратов из воды, жидких продуктов, сливоч¬
ного масла и маргарина.
Из доставленной для анализа пробы жидкого продукта пипет¬
кой с грушей забирают 1 мл и выливают в ванночку с приклеен¬
ным (при помощи раствора целлулоида в ацетоне) в 4—5 точках
к ее дну листом фильтровальной бумаги размером 3X8 см. Радио¬
активные вещества, имеющиеся в зараженной воде (пыль, выпав¬
шая из радиоактивного облака атомного взрыва), оседают тонким
слоем на верхней поверхности фильтровальной бумаги. При заборе
298
жидкости пипеткой категорически воспрещается засасывать жид¬
кость ртом.
Для приготовления препарата из жиров (сливочного масла,
маргарина) из пробы берут навеску 0,5 г, которая помещается в
ванночку, подогреваемую на спиртовке. После того как жир рас¬
тает, спиртовку убирают, и в ванночке, установленной на строго
выверенной горизонтальной поверхности специального столика,
жир застывает тонким и равномерным слоем.
Метод измельчения применяется для приготовления
препаратов из круп, соли, сахара, грунта.
Из пробы берут несколько граммов вещества, которое в случае
необходимости подсушивают на спиртовке. Вещество засыпают в
ступку, помешают в специальную защитную камеру и тщательно
растирают до полного измельчения. Растирание вне защитной ка¬
меры категорически запрещается. Закрытая сверху стеклом и
имеющая по бокам отверстия для рук (на руки должны быть на¬
деты хирургические перчатки), камера надежно защищает лабо¬
ранта от возможности попадания радиоактивных веществ внутрь
организма и на кожу.
Из растертого вещества берут навеску 0,5 г; высыпают ее на
дно ванночки, перемешивают с 5—6 каплями спирта и аккуратно
разравнивают, чтобы образовался слой равномерной толщины.
После этого препарат закрепляют несколькими каплями раствора
целлулоида в ацетоне, которые после испарения ацетона образуют
тонкую пленку, прикрывающую препарат сверху; пленка препят¬
ствует ссыпанию активного вещества.
Метод выпаривания применяется для приготовления
препаратов из жидкости. В ванночку выливают 5 мл исследуемой
жидкости, которую медленно выпаривают путем подогревания на
слабом огне до образования твердого осадка в виде тонкой
пленки.
Марлевые фильтры, применяемые в воздухозаборнике, по
своим размерам соответствуют ванночкам, поэтому при исследова¬
нии их кладут на дно ванночки и прикрепляют несколькими кап¬
лями раствора целлулоида в ацетоне.
При исследовании мяса, колбасы, рыбы и др. из исследуемого
продукта вырезаются пластинки размером 3X8 см и толщиной не
более 5 мм; пластинки взвешивают и кладут в ванночки.
Тампоны, использованные для снятия мазков с зараженных по¬
верхностей, измеряются непосредственно путем помещения их в
свинцовый домик счетной установки.
При определении альфа-зараженности для препаратов применя¬
ются ванночки не с прямоугольной, а с круглой рабочей частью,
соответствующей размеру окна в торце альфа-счетчика. Для при¬
готовления препаратов берется навеска не более 5—10 мг.
§ 5. Расчеты для определения зараженности исследуемого ве¬
щества. Если установка ДП-100 при измерении исследуемого пре-
-299
ИМПУЛЬСОВ
парата зарегистрировала п —, то активность препарата а
будет равна а = АГ «, (94)
где К — коэффициент счетности установки, определяемый опытным
путем.
Для того чтобы от активности препарата перейти к степени за¬
раженности исследуемого вещества, необходимо знать весовое или
объемное количество вещества, из которого был изготовлен пре¬
парат.
Если препарат изготовлен из жидкости (для изготовления пре-
парата используется 1 мл вещества), то активность его будет пред¬
ставлять собой степень зараженности исследуемой жидкости, выра¬
женную в распадах в минуту в 1 см3 жидкости:
N=K Г раатадов ] (95)
I мин ■ СМ3 I ’ 4 '
J'
где N — степень зараженности жидкости; К — коэффициент счет¬
ности установки; п — среднее число распадов, зарегистрированных
установкой за 1 мин.
Если препарат изготовлен из твердого продукта (для изготов¬
ления препарата используется навеска 0,5 г), то для определения
степени зараженности его результат измерений надо умножить на 2
N
]• <96>
Если исследуется марлевый фильтр из воздухозаборника (про¬
качивается 5 л воздуха), то степень зараженности воздуха будет
равна
дг_ К-п Г распадов"! . .
5 L мин-л J ‘ ' '
Если исследуется проба грунта (забирается с площади 25 см2
общим весом G г, для препарата используется навеска 0,5 г), то
степень зараженности равна
дг_Ж-пО Г распадов-1
25 L мин-см*]' 'У°'
Если исследуется мазок (снимается с площади 50 см2), то сте¬
пень зараженности равна:
а) металлической поверхности
%т К-'1 100 К-п Г распадов-] _
50 60 — 30 Lmuh-cm*J '
б) деревянной поверхности
^ = = (100)
50 30 15 \_мин-см2 J 4 '
300
Ш It IKJVJ I uu
Множители "go и "зо" Учитывают, что ПРИ взятии мазка на там¬
пон перешло соответственно 60% и 30% всей радиоактивной пыли,
имеющейся на исследуемой поверхности.
§6. Декадно-счетная установка ДП-100. Назначение и
основные технические данные. Установка ДП-100, вхо¬
дящая в состав войсковой радиометрической лаборатории, предна¬
значается для измерения степени зараженности бета- и бета-
гамма-активными веществами продовольствия, воды, вещевого иму¬
щества, а также различных поверхностей путем исследования пре¬
паратов, приготовленных из проб или мазков, снятых при помощи
тампонов.
Установка выпускается в трех вариантах:
— полевом, предназначенном для питания от двух аккумуля¬
торных батарей 5-НКН-45 (установка ДП-ЮО-П);
Рис. 206. Внешний вид установки ДП-100
— стационарном, предназначенном для питания от сети пере¬
менного тока с напряжением 90—250 в (установка ДП-ЮО-С);
— универсальном, предназначенном для питания как от сети
переменного тока 90—250 в, так и от двух аккумуляторных бата¬
рей 5-НКН-45 (установка ДП-100-У).
Основными частями установки (рис. 206) являются свинцовый
домик с газоразрядным счетчиком и блоком усилителя импульсов и
пульт со счетной схемой и блоком питания.
Свинцовый домик предназначен для установки газоразрядных
счетчиков типа СТС-5, СТС-6 и МСТ-17. Он выпускается в двух
вариантах: ДС-45—для стационарного варианта установки и
ДС-25 — для полевого варианта установки.
Пульт при помощи кабелей соединяется с источниками питания
и блоком усилителя импульсов.
301
К установке придается комплект запасных частей, инструмента
и принадлежностей, а также комплект бета-активных препаратов
(из стронция-90) в деревянном пенале. К препаратам должен быть
приложен паспорт с указанием их активности.
Установка позволяет измерять зараженность препаратов с точно-
1 а п/ or ппг>ИМПУльсов
стью до 10% при скоростях счета, не превышающих 25 000 —
мин •
При больших скоростях счета импульсов необходимо применение
диафрагм, т. е. металлических пластин с отверстиями, устанавли¬
ваемых между препаратом и счетчиком; диафрагма поглощает
часть бета-частиц, испускаемых препаратом, и в определенное ко¬
личество раз ослабляет излучения, воздействующие на счетчик.
В случае применения газоразрядного счетчика СТС-5 или СТС-6
установка реагирует на бета-частицы с энергиями не менее
200 кэв\ при использовании торцового счетчика МСТ-17 установка
реагирует на бета-частицы с энергиями не менее 20 кэв.
Установка предназначена для работы в интервале температур
от +10 до +50° С в условиях относительной влажности окружаю¬
щего воздуха 96—98%. При питании установки от двух аккумуля¬
торных батарей обеспечивается нормальная непрерывная работа в
течение 25 час.
Ослабление внешнего гамма-излучения для энергии гамма-
квантов 1,5 Мэв составляет: свинцовым домиком ДС-25 — в 4 раза,
свинцовым домиком ДС-45 — в 12 раз.
Вес пульта — 36 кг, стационарного свинцового домика ДС-45 —
125 кг, полевого свинцового домика ДС-25 — 45 кг. Общий вес
стационарного варианта установки — 175 кг, полевого варианта —
185 кг (увеличение за счет аккумуляторных батарей).
Принцип измерения активности препаратов
при помощи установки. Измеряемый препарат поме¬
щается в свинцовом домике под газоразрядным счетчиком, на стро¬
го фиксированном расстоянии от последнего. В результате радио¬
активных распадов, происходящих в веществе препарата, вылетают
бета-частицы, часть которых может попасть в счетчик и вызвать
образование импульсов напряжения в цепи счетчика.
Измерение бета-активности на установке ДП-100 производится
относительным методом, для чего к установке придается комплект
эталонных бета-активных препаратов (из стронция-90 или из ура¬
на-238) различной активности. К эталонным препаратам прила¬
гается паспорт, в котором указывается активность препарата, опре¬
деленная в пределах телесного угла 4я, т. е. с учетом излучений
во все стороны. Если установка при измерении эталонного препа¬
рата с активностью а0 регистрирует п0 импульсов в единицу вре¬
мени, а при измерении препарата неизвестной активности ах уста¬
новка зарегистрирует п импульсов в ту же единицу времени, то
искомая активность препарата будет равна
a>=wn- а01)
302
Величина —- называется коэффициентом счетно сти
'Iо
установки (К).
Предположим, что при измерении эталонного препарата с пас-
, /ч распадов
портной активностью 10000 —— установка зарегистрировала
250 ^?п?^ьсов. Коэффициент счетности установки будет равен
мин
К-
10000
250
= 40
распадов
импульс
Если на этой же установке измеряется препарат неизвестной
. __ ИМПУЛЬСОВ
активности и установка зарегистрировала 150-—'шн—, то актив¬
ность препарата составит
а = 40-150 = 6000 распадо° .
мин
Блок-схема и принцип работы установки.
Блок-схема установки ДП-100 изображена на рис. 207,
СВйниоВый домик
( 1
I >
1
I
Счетная схема
1-ая декада 2-ая декада
С
_СТС-Б .
В. вухкаскадный
импульсный
усилитель
го
П
Выходной
каскад
Блок
питания
. Сеть ~127-220S
AKK.6am.5-HKH-iS
Рис. 207. Блок-схема установки ДП-100
Импульсы, возникающие в цепи газоразрядного счетчика, уси¬
ливаются, формируются и подаются на счетную схему, состоящую
из ряда последовательно соединенных бинарных триггерных ячеек.
Первая ячейка первой декады счетной схемы реагирует на каждый
импульс, вторая — на каждый второй, третья — на каждый четвер¬
тый и четвертая — на каждый восьмой импульс. Регистрация им¬
пульсов происходит в следующем порядке:
— при первом импульсе вспыхивает лампа «1»;
— при втором импульсе вспыхивает лампа «2», а лампа «1»
гаснет;
— при третьем импульсе горят одновременно лампы «1» и «2»;
— при четвертом импульсе лампы «2» и «1» гаснут, а лампа
Г«4» зажигается;
— при пятом импульсе горят одновременно лампы «1» и «4»;
303
•— при шестом импульсе горят одновременно лампы «4» и «2»;
— при седьмом импульсе горят одновременно лампы «4», «2»
и «1»;
— при восьмом импульсе вспыхивает лампа «8», а остальные
гаснут;
— при девятом импульсе горят одновременно лампы «8» и «1».
Число прошедших импульсов можно определить, сложив цифры
на всех одновременно светящихся лампах.
На каждый 10-й импульс реагирует первая ячейка второй дека¬
ды, при этом зажигается лампа «1» во втором горизонтальном
ряду с цифрой 10; во второй декаде имеются еще три ячейки, реа¬
гирующие соответственно на каждый 20-й, 40-й и 80-й импульс.
По свечению неоновых ламп можно сосчитать число импульсов
от 1 до 99. На прохождение 100-го импульса реагирует электро¬
механический счетчик — его большая стрелка перемещается на
одно малое деление,— а все ранее светившиеся лампы гаснут. При
каждом 10 000-м импульсе поворачивается на одно деление малая
стрелка электромеханического счетчика.
Таким образом, по положению стрелок электромеханического
счетчика и свечению неоновых ламп можно определить число про¬
шедших за данный отрезок времени импульсов (от 1 до 100 000).
Развертывание и включение установки. Прежде
всего необходимо установить газоразрядный счетчик в свинцовом
домике. Основным типом счетчика является цилиндрический сталь¬
ной счетчик СТС-6; если предполагается измерение препаратов,
испускающих бета-частицы малых энергий (порядка десятков кэв),
то устанавливается торцовый счетчик МСТ-17. После установки
счетчика к свинцовому домику подключается блок усилителя.
К пульту подключаются кабели, соединяющие пульт с питанием
и со свинцовым домиком. Если установка питается от сети пере¬
менного тока, штепсельная вилка включается в розетку сети; если
установка питается от аккумуляторной батареи, зажимы кабеля
питания подключаются к выводам батареи. В случае применения
счетчика МСТ-17 к пульту, а также к блоку усилителя подклю¬
чается специальный кабель, по которому высокое напряжение по¬
дается для питания счетчика.
Переключатель питания переводится в положение, соответ¬
ствующее применяемым источникам питания (переменное напря¬
жение от сети или постоянное напряжение от аккумуляторных бата¬
рей). При этом светится контрольная неоновая лампа в нижней
части пульта, а стрелка малого контрольного прибора находится в
пределах красного сектора шкалы; это показывает, что на установ¬
ку подается нормальное напряжение питания.
Для проверки работоспособности установки необходимо кон¬
трольный переключатель поставить в положение «Проверка ламп»;
при этом все счетные неоновые лампы должны светиться, а стрелка
главного измерительного прибора находиться между делениями 1,5
и 2. Затем надо контрольный переключатель перевести в положе-
304
яие «Контроль», проверить завод часов АЧХ, нажать на правую
кнопку секундомера (одновременно включится и вся установка) и
через 30—40 сек остановить секундомер; сумма цифр на све¬
тящихся лампочках должна точно соответствовать числу делений,
на которое отклонилась большая стрелка электромеханического
счетчика. Произведенная проверка покажет исправность всех счет¬
ных неоновых ламп и пересчетной схемы в целом.
Снятие счетной характеристики счетчика. Для
определения рабочего напряжения счетчика необходимо снять его
счетную характеристику. Для счетчиков СТС-5, СТС-6 и МСТ-17
величина рабочего напряжения указывалась в табл. 13. Однако эти
величины могут колебаться в некоторых пределах и поэтому необ¬
ходимо уточнять их путем снятия счетной характеристики.
Для снятия счетной характеристики в свинцовый домик поме¬
щают препарат, обладающий активностью приблизительно 20 000—
п„ „„„ распадов
30 000 ———; препарат устанавливают на полочке в самом ниж¬
нем пазу плексигласовой каретки домика. Переключатель питания
счетчика устанавливают в положение «500», если характеристи¬
ка снимается для счетчиков СТС-5 и СТС-6, и в положение «2000»,
если она снимается для счетчика МСТ-17. Ручку «Плато» следует
повернуть до упора против часовой стрелки.
Далее определяется напряжение начала счета, т. е. то напря¬
жение, при котором возникает режим газового усиления. Для счет¬
чиков СТС-5 и СТС-6 напряжение начала счета составляет поряд¬
ка 300 в, для счетчика МСТ-17 — 1000 в. Регулировка напряжения,
подаваемого на счетчик, производится путем вращения ручки
«Плато». Напряжение отсчитывается по главному измерительному
прибору, причем если переключатель питания счетчика стоит в по¬
ложении «500», то отсчет показаний производится по нижней шка¬
ле, а если в положении «2000», то по верхней шкале. Ручкой
«Плато» устанавливают напряжение, соответствующее ожидаемому
напряжению начала счета. Нажимают пусковую кнопку секундо¬
мера; если импульсы не возникают (возникновение импульсов об¬
наруживается по зажиганию счетных неоновых ламп), то напря¬
жение несколько увеличивают.
После того как найдено напряжение начала счета, постепенно
увеличивают напряжение, подаваемое на счетчик. Для счетчиков
СТС-5 и СТС-6 напряжение при снятии счетной характеристики
рекомендуется увеличивать через 20 в, а для счетчика МСТ-17 —
через 50 в. Для каждого значения напряжения определяется число
импульсов в минуту.
Снятие счетной характеристики производится до значения на¬
пряжений, при которых число импульсов в минуту начинает суще¬
ственно возрастать. Дальнейшего увеличения напряжения произ¬
водить не следует, так как это может привести к порче газораз¬
рядного счетчика.
Во время снятия счетной характеристики препарат должен за-
305
яимать неизменяющееся положение по отношению к счетчику. От¬
крывать домик, а тем более передвигать препарат, в процессе
снятия характеристики не разрешается.
По полученным результатам строится график, показывающий
зависимость числа импульсов в минуту от напряжения, подаваемо¬
го на счетчик. По графику определяют границы «Плато» и рабочее
напряжение счетчика, соответствующее точке, лежащей на границе
перЕой и второй трети «Плато». Например, если «Плато» снятой
характеристики начинается при напряжении 320 в и заканчивается
при напряжении 410 в, то ширина одной трети его равна
Л-0-7320 = 30 л
Следовательно, для данного случая величина рабочего напря¬
жения счетчика будет составлять
320 + 30 = 350 в.
После того как определено рабочее напряжение счетчика, для
упрощения последующей работы рекомендуется переключатель пи¬
тания счетчика поставить в положение «Стаб.», отвинтить колпачок
регулятора напряжения (слева внизу от главного измерительного
прибора) и, вращая ось регулятора при помощи отвертки, устано¬
вить стрелку главного измерительного прибора по нижней шкале
на деление, соответствующее определенному рабочему напряжению
счетчика. При этом на счетчик подается строго постоянное (стаби¬
лизированное) напряжение, равное рабочему напряжению счетчика.
Необходимо иметь в виду, что подача стабилизированного на¬
пряжения может производиться только при установке счетчиков
СТС-5 и СТС-6. При работе со счетчиком МСТ-17 подача стабили¬
зированного напряжения осуществляться не может.
Измерение естественного фона. При измерении
естественного фона в свинцовом домике и вблизи от него не дол¬
жно находиться никаких препаратов. Свинцовый домик, несмотря
на большую толщину его стенок, отнюдь не является абсолютной
защитой от проникновения гамма-квантов. Например, если около
свинцового домика находится такой препарат малой активности,
как контрольный препарат к рентгенметру ДП-1-Б, то и в этом
случае в домик проникает сравнительно интенсивный поток гамма-
квантов. При измерении фона внутри домика должна находиться
лишь та полочка, на которую устанавливают препараты.
Устанавливают рабочее напряжение счетчика или при помощи
ручки «Плато», или стабилизированное. Секундомер включают на
три минуты. Определяют число импульсов и делят на три. Среднее
число импульсов и составляет фон.
Естественный фон не должен превышать: для счетчика СТС-6 —
ОГ1 импульсов г пп ИМПУЛЬСОВ
oU ——-,,ц - , для счетчика СТС-5 — 20 ———~, для счетчика
мин мин
306
МСТ-17-25 импульсов.Если фон повышен, то это свидетельствует
МИН _ ...
о зараженности внутреннего объема домика. В этом случае необхо¬
димо произвести дезактивацию: промыть внутреннюю часть карет¬
ки и полочки 5-процентным раствором лимонной кислоты, проте¬
реть щеткой и тщательно промыть водой. После дезактивации сле¬
дует опять измерить фон.
Определение коэффициента счетно с ти уста¬
новки. Для определения коэффициента счетности на полочке
в нижнем пазу каретки устанавливают эталонный бета-препарат,
активность которого известна. Свинцовый домик закрывают и уста¬
новку подготавливают к работе
Затем устанавливают нормальное рабочее напряжение счетчика,
определенное по счетной характеристике. Включают секундомер;
по истечении времени измерения секундомер останавливают и опре¬
деляют число зарегистрированных импульсов.
Время измерения выбирается следующим:
— для препаратов с активностью порядка тысяч распадов в
минуту — 5 мин;
— для препаратов с активностью порядка десятков тысяч рас-
падов в минуту — 3 мин.
Необходимо подбирать такой препарат, который по своей ак¬
тивности не отличается от измеряемого препарата более чем в
10 раз.
Далее необходимо определить число импульсов в минуту, т. е.
разделить общее число зарегистрированных импульсов на время из¬
мерения, вычесть фон, разделить активность препарата на полу¬
ченную разность; частное от деления даст искомый коэффициент
счетности.
_ импульсов
Пример. Фон — 20 — ; установлен препарат с активностью
распадов
1000 ми ; время измерения — 3 жим; зарегистрировано 135 импульсов.
Определить коэффициент счетности.
Решение.
Число импульсов фона в минуту: 135:3 = 45;
число импульсов в минуту за вычетом фона: 45 — 20= 25;
коэффициент счетности: 1000:25 = 40.
При больших активностях препаратов прямая пропорциональ¬
ная зависимость между активностью препарата и числом импуль¬
сов в минуту может нарушаться. Поэтому использование коэффи¬
циента счетности как постоянной величины при различных актив¬
ностях может привести к существенным ошибкам. Особенно это
сказывается при измерениях больших активностей (порядка милли¬
онов распадов в минуту), когда потребуется диафрагмирование га¬
зоразрядного счетчика. В этих случаях необходимо снимать г р а-
дуировочную характеристику, показывающую зависи¬
мость числа импульсов, возникающих в каждую минуту, от актив¬
ности препарата.
Для снятия градуировочной характеристики используется набор
307
бета-препаратов, придаваемых к установке. В свинцовый домик
по очереди устанавливают различные препараты, начиная с пре¬
паратов наименьшей активности. Напряжение на счетчике поддер¬
живают постоянным, равным нормальному рабочему напряжению
счетчика. Для каждого из препаратов определяют число импульсов
в минуту (за вычетом фона). Затем по результатам измерений
строят кривую: по горизонтальной оси координат откладывают ак¬
тивность препаратов в распадах в минуту, по вертикальной оси —
соответствующее им количество импульсов в минуту, зарегистриро¬
ванных установкой. Градуировочные кривые снимаются для каж¬
дой из трех диафрагм, входящих в комплект установки.
Измерение активности препаратов. Измеряемый
препарат устанавливают на полочку и полочку вставляют в ниж¬
ний паз каретки домика. При необходимости можно установить
диафрагму в верхний паз каретки. Домик закрывают.
Установку подготавливают к действию; устанавливают нор¬
мальное рабочее напряжение, подаваемое на счетчик.
Включают секундомер; по истечении 1—3 мин секундомер оста¬
навливают и определяют число зарегистрированных импульсов.
Время измерения необходимо выбирать соответственно ожидаемой
активности препарата (для препаратов с активностью менее
1000 — с”^°в- его целесообразно увеличивать до 5 мин). Подсчи¬
тывают число импульсов за минуту; вычитают фон. Полученную
разность необходимо умножить на коэффициент счетности; произ¬
ведение даст активность препарата.
_ ммпульса
Пример. Коэффициент счетности— 42; фон — 22 —— • Время измере¬
ния — 3 мин. После измерения установлено, что большая стрелка электромеха¬
нического счетчика отклонилась на 1 деление, горят неоновые лампы «1», «2»,
«10» и «40». Определить активность препарата.
Решение.
Зарегистрированное число импульсов (за 3 мин): 1 X 100 + 1+2+10 +
+ 40= 153;
число импульсов за одну минуту: 153:3 = 51;
число импульсов за вычетом фона: 51—22 = 29;
ПЯГП ЯЛ О R
активность препарата: 29 X 42=1218 1- .
мин
В случае пользования градуировочной кривой число импульсов
в минуту (за вычетом фона) откладывают по вертикальной оси,
проводят горизонтальную линию до пересечения с линией характе¬
ристики, из точки пересечения опускают перпендикуляр на гори¬
зонтальную ось координат, где по масштабу определяют актив¬
ность.
При работе с установкой надо не реже одного раза в два часа
определять фон; это необходимо делать потому, что в процессе
работы возможно постепенное загрязнение домика вследствие
осыпания части активности с препаратов на внутреннюю часть
домика.
308
Наименьшие Ошибки в измерениях наблюдаются тогда, когда
между величиной фона и регистрируемым установкой числом им¬
пульсов соблюдается следующее неравенство:
N-N^3Vn+Nq,
где N — число импульсов в минуту, зарегистрированных от пре-
... , импульсах
парата вместе с фоном; Лф — величина фона в ^—.
Общие правила эксплуатации у с т а н о в к и. Уста¬
новка ДП-100 предназначена для работы в закрытом помещении
(блиндаж, палатка, кузов автомашины); использовать ее под дож¬
дем нельзя.
Не следует слишком сильно перегибать кабели установки. Не¬
обходимо периодически осматривать разъемы кабелей, удалять
загрязнения и смазывать разъемы.
Нельзя нажимать кнопку сброса электромеханического счет¬
чика при включенной счетной схеме, т. е. когда стрелка секундо¬
мера находится в движении. В случае выхода из строя электро¬
механического счетчика надо пользоваться запасным, подключив
его к гнездам в нижней части панели; при порче секундомера
также пользуются запасным.
При работе установки на газоразрядный счетчик подается вы¬
сокое напряжение. Поэтому во избежание поражения личного со¬
става высоким напряжением верхнюю крышку домика разрешается
поднимать только при выключенной установке. При работающей
установке нельзя прикасаться к счетчику, отключать или подклю¬
чать кабель, соединяющий пульт с домиком, или отвинчивать
разъемы кабеля. Если кабель высокого напряжения не исполь¬
зуется, то колодка для его подключения должна быть завинчена
крышкой.
§ 7. Измерительная установка ДП-11-Б (спец.). Назначе¬
ние и основные части установки. Измерительная уста¬
новка ДП-11-Б (спец.) предназначена для измерения активности
препаратов, приготовленных из проб различных материалов. Она
состоит из пульта, зонда и защитного свинцового домика.
Пульт установки по конструкции и техническим данным пол¬
ностью соответствует пульту типового радиометра ДП-11-Б. Зонд
установки отличается от зонда радиометра ДП-11-Б тем, что вме¬
сто головки со счетчиком и поворотным экраном он имеет два
кабеля с контактными фишками, служащими для соединения его
с газоразрядным счетчиком, находящимся в свинцовом домике.
Защитный свинцовый домик — типа ДС-25, предназначен для
экранирования газоразрядного счетчика СТС-6, используемого в
установке в качестве детектора, от воздействия внешних гамма-
излучений. Домик состоит из следующих основных частей:
— корпуса, собранного из шести свинцовых плит, покрытых
снаружи листовой сталью; внутренняя полость корпуса выложена
листовым органическим стеклом, устраняющим влияние на счет¬
21—1176 309
чик вторичных электронов, возникающих при воздействии гамма-
излучений на свинцовые плиты домика;
— стойки с цанговым зажимом и газоразрядным счетчиком
— измерительной стойки для установки диафрагмы и полочки
с препаратом.
Градуировка установки и определение коэф¬
фициентов диафрагмирования. Градуировка прибора,
приведенная в виде таблицы на крышке пульта, для установки
Недействительна. Поэтому расчетом лаборатории для поддиапазо¬
нов «1» и «2» составляются градуировочные графики.
Для построения этих графиков предварительно снимают зави¬
симость показаний прибора от активности эталонных препаратов.
По результатам измерений вычерчивают на миллиметровой бу¬
маге два графика градуировки, причем по вертикальной оси от¬
кладывают показания прибора в делениях шкалы микроампер¬
метра, а по горизонтальной — значения активности препаратов,
выраженные числом распадов в минуту.
Градуировка установки должна проверяться перед началом
каждой серии измерений не менее чем в двух точках градуировоч¬
ной кривой каждого поддиапазона.
Для расширения пределов измерения активности исследуемых
препаратов в установке используются три диафрагмы, помещае¬
мые в измерительной стойке защитного домика между газоразряд¬
ным счетчиком и исследуемым препаратом: диафрагма типа Д-1
с номинальным коэффициентом ослабления излучений в 5 раз,
диафрагма типа Д-2 с коэффициентом ослабления в 35 раз и диа¬
фрагма типа Д-3 с коэффициентом ослабления в 100 раз.
Коэффициенты диафрагмирования излучений должны уточ¬
няться для каждой партии проб, так как они зависят от величины
гамма-активности исследуемых веществ. Для уточнения коэффи¬
циентов диафрагмирования из вещества исследуемых проб изго¬
тавливаются специальные препараты с активностью от 10 000
до 35 000, от 70 000 до 150 000 и от 200 000 до 375 000 -распад°-
’ мин
Уточнение коэффициентов диафрагмирования КА для данной пар¬
тии проб производится путем двух измерений активности одного
и того же специального препарата без диафрагмы и с диафраг¬
мой, после чего действительный коэффициент диафрагмирования
вычисляется по формуле
где а! — измеренная активность специального препарата без диа-
СТС-6;
(102)
фрагмирования в
распадах
мин ’
; й2 — то же, с диафрагмой.
310
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
!. Назначение, штатная численность и технические возможности войсковой ра¬
диометрической лаборатории типа РЛУ-1.
2. Перечислите и объясните методы взятия проб различных веществ.
3. Перечислите и объясните методы приготовления препаратов из проб различ¬
ных веществ.
4. Назначение и основные технические данные декадно-счетной установки
ДП-100.
5. Объясните, для чего и как производится снятие счетной характеристики счет¬
чика в установке ДП-100.
6. Объясните, как осуществляется измерение естественного фона в установке
ДП-100.
7. Объясните, как производится определение коэффициентов диафрагмирования
при работе с установкой ДП-100 или измерительной установкой ДП-11-Б
(спец.).
21*
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ
С РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
§ 1. Меры защиты личного состава. При выполнении практи¬
ческих работ с войсковыми дозиметрическими приборами личный
состав может подвергаться систематическому облучению от ис¬
точников ионизирующих излучений, к числу которых относятся:
— контрольные препараты, придаваемые к рентгенметрам
ДП-1-Б и радиометрам ДП-11-Б для проверки работоспособности
приборов;
— эталонные гамма-, бета- и альфа-препараты, применяемые
для проверки градуировки дозиметрических приборов.
Работа личного состава с источниками излучений должна быть
организована, так, чтобы не допускать внешнего облучения, пре¬
вышающего установленные нормы, и исключить возможность вну¬
треннего и контактного облучения. Работа с использованием ра¬
диоактивных материалов, веществ, а также источников ионизи¬
рующих излучений любого вида и назначения должна проводить¬
ся в соответствии с «Правилами работы с радиоактивными мате¬
риалами, веществами и источниками ионизирующих излучений в
частях и учреждениях Министерства обороны СССР».
При систематическом облучении предельно-допустимая доза
гамма-излучений за рабочий день составляет 0,05 р (или 50 мр)\
суммарная доза за неделю не должна превышать 0,3 р. Для ки¬
стей рук допускается суточная доза 0,25 р, но при том условии,
что все тело работающего надежно защищено и получит дозу не
более 0,05 р. Однократное облучение дозой 50 р допускается лишь
в условиях боевой обстановки.
В помещениях, где личный состав находится ежедневно в тече¬
ние 8 час, уровень радиации не должен превышать 6,25 мр/час.
Если на отдельных участках рабочего помещения уровень радиа¬
ции превышает указанную величину, то эти участки должны быть
обозначены яркой чертой на полу; допуск персонала за пределы
черты разрешается только на самое непродолжительное время.
Необходимо учитывать, что указанные уровни радиации допу*
стимы лишь для тех помещений, в которых работает персонал,
312
допущенный к работе с источниками ионизирующих излучений и
пользующийся установленными льготами. В смежных помещениях
уровень радиации не должен превышать 0,2 мр/час у поверхно¬
стей стен, потолков и пола, а в жилых помещениях — естествен¬
ного фона (0,05 мр/час).
Мерами для уменьшения внешнего облучения являются:
— увеличение расстояния от источника излучений до рабо¬
тающего с использованием различных устройств (манипуляторов)
для дистанционного управления источниками;
— сокращение времени облучения с тем, чтобы доза за рабо¬
чий день не превысила 50 мр; продолжительность пребывания на
рабочем месте с уровнем радиации Р мр/час не должна превы¬
шать времени Т (в час), что подсчитывается по формуле
T = f; (103)
— применение защитных экранов и поглощающих слоев, рас¬
полагаемых между источником излучений и работающими.
В табл. 23 приводится толщина защитных слоев, обеспечиваю¬
щая получение дозы не более 50 мр за 6 час работы при облу¬
чении гамма-лучами радиоактивного кобальта (Со!^).
Таблица 23*
Толщины защитных слоев в см, при которых доза гамма-излучений,
получаемая за 6 часов работы от источников из Со!]®, не будет
превышать 50 мр
Расстояние от источника
Активность источника,
тс
0,5 м
1,0 м
2,0 м
5.0 м
А. Для защитного
СЛОЯ из
свинца
3,2
1,3
6,4
2,7
—
—
—
16,0
4,5
1,9
—
—
32,0
5,8
3,2
0,6
—
64,0
7,1
4,6
2,0
—
160,0
8,9
6,3
3,7
0,2
320,0
10,1
7,6
5,0
1,6
640,0
11,3
8,9
6,3
3,0
Б. Для защитного
3,2
слоя из
2,8
железа
6,4
5,4
—
—
—
16,0
8,5
4,0
—
—
32,0
10,6
6,3
1,4
—
64,0
12,7
8,7
4,1
—
160,0
15,5
11,4
7,0
0,5
* Данные таблиц 23—25 заимствованы из „Санитарных правил перевозки,
хранения, учета и работы с "радиоактивными веществами", утвержденных
Главным государственным санитарным инспектором СССР 14 января 1957 г.
313
Продолжение
■—Расстояние от источника
Активность источника,
тс
0,5 м
1,0 м
2.0 м
5,0 м
320,0
17,5
13,4
9,2
3,4
640,0
19,3
15,6
11,4
6,0
В. Для защитного
слоя из
бетона
3,2
8
_
6,4
17
—
—
16,0
26
13
—
—
32,0
34
21
5
—
64,0
41
29
14
—
160,0
49
38
23
2
320,0
Не защи¬
щает
44
30
11
640,0
50
37
20
Если время облучения за рабочий день равно не 6 час, а Т час,
то к толщине слоев, указанных в табл. 23, вносятся поправки,
приведенные в табл. 24.
Таблица 24
Поправки для определения защитных слоев при различной
продолжительности облучения
Время облучения Т,
час
Поправка в см для
свинца
железа
бетона
0,1
-8,2
— 13,6
-42
0,2
-6,8
-11,3
—35
0,3
—7,0
— 10,0
—31
0,5
—5,6
— 8,3
—26
0,8
-4,0
- 6,6
—21
1
—3,5
- 5,8
-18
2
—2,2
- 3,7
-11
3
-1,4
- 2,3
- 7
4
—0,8
- 1,3
— 4
5
-0,4
- 0,7
— 2
6
0
0
0
7
+0,4
+ 0,7
+ 2
8
+0,6
+ 1,0
+ 3
10
+ 1,0
+ 1.6
+ 5
12
+ 1,4
+ 2,3
+ 7
Пример. Мастер в градуировочной мастерской ежедневно в течение 8 час
производит градуировку рентгенметров, пользуясь источником из Со®® активно¬
стью 320 тс и находясь на расстоянии 1 м от источника. Определить толщину
бетонного слоя, обеспечивающего защиту мастера от переоблучения.
Решение.
По табл. 23 находим, что при 6-часовом р'абочем дне толщина защитного
слоя в указанных условиях должна быть 44 см. По табл. 24 находим, что по¬
314
правка равна +3 см. Следовательно, при 8-часовом рабочем дне толщина за¬
щитного бетонного слоя должна составлять
44 + 3 = 47 см.
Гамма-препараты активностью 400 тс и более разрешается
переносить только при помощи щипцов длиной не менее 1 м.
При проверке градуировки препарат № 3 необходимо вынимать
из контейнера только дистанционным приспособлением. Препа¬
раты активностью менее 400 тс разрешается вынимать из контей¬
нера с помощью пинцета. Вынимать препараты из контейнера сле¬
дует только на самое непродолжительное время. Категорически
запрещается прикасаться к поверхности препарата рукой и вскры¬
вать внутренность препарата.
При работе с бета-активными препаратами защита от внеш¬
него облучения обеспечивается при наличии экранировки, указан¬
ной в табл. 25.
Таблица 25
Толщины защитных слоев для полного поглощения бета-излучений
Энергия
бета-частиц
Слой
воздуха, м
Слой
воды, мм
Слой
алюминия,
мм
Энергия
бета-частиц
Слой
воздуха, м
Слой
воды, мм
Слой
алюминия,
мм
0,01
0,0013
0,002
0,0006
1,4
4,66
7,32
2,32
0,02
0,0052
0,008
0,0026
1,5
4,94
7,80
2,47
0,03
0,011
0,018
0,0056
1,6
0,44
8,53
2,70
0,04
0,019
0,030
0,0096
1,7
5,86
9,18
2,91
0,05
0,029
0,046
0,0144
1,8
6,26
9,83
3,11
0,06
0,040
0.063
0,0200
1,9
6,66
10,5
3,31
0,07
0,052
0,083
0,0263
2,0
7,07
П,1
3,51
0,08
0,069
0,109
0,0344
2,1
7,46
11,7
3,71
0,09
0,082
0,129
0,0407
2,2
7,86
12,3
3,91
0,10
0,101
0,158
0,0500
2,3
8,26
13,0
4,10
0,20
0,313
0,491
0,155
2,4
8,66
13,6
4,30
0,30
0,567
0,889
0,281
2,5
9,09
14,3
4,52
0,40
0,860
1,35
0,426
2,6
9,48
14,9
4,71
0,50
1,191
1,87
0,593
2,7
9,88
15,5
4,91
0,60
1,571
2,46
0,773
2,8
10,27
16,1
4,96
0,70
1,86
2,92
0,926
2,9
10,67
16,7
5,30
0,80
2,31
3,63
1,15
3,0
11,06
17,4
5,50
0,90
2,61
4,10
1,30
3,2
11,85
18,6
5,89
1,0
3,06
4,80
1,52
3,4
12,64
19,8
6,23
1,1
3,46
5,43
1,72
3,6
13,43
21,1
6,67
1,2
3,85
5,05
1,92
3,8
14,22
22,3
7,07
1,3
4,27
6,70
2,12
Бета- и альфа-активные препараты разрешается вынимать
только за накатанный бортик ванночки; на руках должны быть
резиновые перчатки. Строго запрещается трогать руками внутрен-
цюю част£> ванночки — там, где нанесен активный материал.
.315
Препараты необходимо оберегать от ударов и сотрясений.
По окончании работы препараты укладываются в контейнеры
или пеналы; контейнеры опечатываются. Расположение бета- и
альфа-активных препаратов в пеналах должно быть таким, что¬
бы ванночки были обращены активной стороной вверх. Контейне¬
ры и пеналы хранятся в специальном, охраняемом хранилище в
порядке, установленном для хранения радиоактивных веществ.
Все работающие с радиоактивными веществами должны быть
обеспечены индивидуальными средствами защиты: халатами, ша¬
почками, резиновыми перчатками. Работающие с радиоактивными
растворами, порошками или с открытыми препаратами активно¬
стью свыше 1 тс обеспечиваются дополнительно защитными фар¬
туками и нарукавниками.
При работе в условиях аэрозольного загрязнения воздуха ра¬
диоактивными веществами следует применять средства защиты
органов дыхания; респираторы на основе бумажных, ватных и
т. п. фильтров малоэффективны для защиты от мелко-дисперс¬
ного радиоактивного аэрозоля.
Прием пищи, курение и хранение пищевых продуктов в поме¬
щениях, где производится работа с радиоактивными веществами,
воспрещается.
Личный состав, работающий с радиоактивными веществами,
подвергается постоянному дозиметрическому контролю облучения
и периодическим медицинским обследованиям. Для контроля облу¬
чения каждый из работающих должен быть снабжен индивиду¬
альным дозиметром ДК-0,2.
§ 2. Дезактивация рабочих мест и санитарная обработка лич¬
ного состава. После окончания работы с радиоактивными вещест¬
вами необходимо тщательно вымыть с мылом руки, не снимая
перчаток; затем снять перчатки и снова вымыть руки с мылом.
Персонал перед выходом из рабочего помещения подвергается
дозиметрическому контролю зараженности при помощи бета-гам-
ма-радиометра ДП-11-Б. Отсутствие альфа-зараженности (при
работе с альфа-активными веществами) проверяется альфа-радио¬
метром ДП-42. При обнаружении загрязнения тела радиоактив¬
ными веществами работающий должен тщательно вымыться под
душем.
После окончания работы производится проверка рабочих мест
и халатов. Стирку халатов, загрязненных радиоактивными вещест¬
вами, следует производить только в специальных прачечных; стир¬
ка в общих прачечных категорически запрещается. Хлопчато¬
бумажные халаты нужно стирать не реже 1 раза в 10 дней (если
они не имели заражения, требующего немедленной стирки).
§ 3. Хранение радиоактивных препаратов. Радиоактивные пре¬
параты в контейнерах и пеналах должны храниться в отдельных
хранилищах, лучше заглубленного типа. Тяжелые контейнеры
с радиоактивными препаратами размещаются на полу храни¬
лища, легкие контейнеры и пеналы — на деревянных стеллажах.
316
Помещения, предназначенные для хранения радиоактивных
препаратов, должны иметь гладкие стены, потолки, пол и двери.
Пол помещения не должен иметь щелей. В качестве покрытия
для полов рекомендуется линолеум или метлахская плитка.
В хранилищах для радиоактивных препаратов воспрещается
производство каких-либо работ, не связанных с приемкой или
выдачей препаратов.
Препараты разрешается вынимать из контейнеров или пеналов
только для осмотра, перекладки или градуировки дозиметриче¬
ских приборов. Стучать по радиоактивным препаратам и бросать
их воспрещается.
Уровень радиации в хранилище не должен превышать
15 мр/час на высоте 1 м от пола.
Рис. 208. Схематическое устрой¬
ство заглубленного хранилища
для радиоактивных препаратов
Песок ила грунт
-fV
г
S Qfс
Рис. 209. Схематическое устрой¬
ство грунтовой защиты для хра¬
нения радиоактивных препаратов
Для ослабления уровня радиации в смежных помещениях контей¬
неры с радиоактивными веществами рекомендуется заглублять
в пол хранилища (рис. 208) или, при невозможности такого за¬
глубления, окружать их защитной стенкой из бетона или грунта,
засыпанного между двумя деревянными перегородками (рис. 209).
§ 4. Транспортировка радиоактивных источников. При транс¬
портировке радиоактивные вещества помещают в закрытые опе¬
чатанные контейнеры. Уровень радиации у поверхности упаковки
или контейнера не должен превышать 0,2 мр/час. Наружная по¬
верхность дополнительной упаковки (например, деревянного ящи¬
ка, в который помещен контейнер) не должна иметь радиоактив¬
ного загрязнения.
Машины, выделенные для перевозки радиоактивных веществ,
нельзя использовать для перевозки людей, пищевых продуктов,
фотоматериалов и т. д.
При перевозке радиоактивных веществ на транспортных само¬
летах упаковки с радиоактивными веществами следует разме¬
щать в крыльях самолетов или в других местах, отдаленных от
обслуживающего персонала, пассажиров и фотоматериалов.
317
Перевозка радиоактивных веществ при помощи городского об¬
щественного транспорта (трамвай, метро, троллейбус, автобус,
такси) не разрешается.
Для контроля облучения персонал, сопровождающий радио¬
активные вещества, должен быть снабжен индивидуальными пря-
мопоказывающими дозиметрами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Уровень радиации в помещении ремонтно-градуировочной мастерской состав¬
ляет 8 мр/час. Подсчитайте предельно допустимую длительность рабочего
дня мастеров в данном помещении.
2. Изложите основные правила хранения радиоактивных препаратов.
3. Изложите основные правила транспортировки радиоактивных источников.
ЛИТЕРАТУРА
1. К. К. А глянцев. Дозиметрия ионизирующих излучений. ГИТТЛ, 1952.
2. К. К. А г л и н ц е в. Основы дозиметрии ионизирующих излучений. Медгиз,
1954.
3. А. В. Александров. Счетчики невидимых частиц и излучений. ГИТТЛ,
1958.
4. Атомная энергия. Краткая энциклопедия. Изд. БСЭ, 1958.
5. К. И. Б а б а н о в с к и й. Хранение и ремонт войсковых дозиметрических
приборов. Изд. ВАХЗ, 1957.
6. А. И. Бибергаль и др. Защита от рентгеновых и гамма-лучей. Медгиз,
1955.
7. Дж. Бирке. Сцинтилляционные счетчики. Изд. ИЛ, 1955.
8. А. М. Бонч-Бруевич. Применение электронных ламп в эксперименталь¬
ной физике. ГИТТЛ, 1955.
9. А. М. Б р о й д е. Справочник по электровакуумным и полупроводниковым
приборам. Госэнергоиздат, 1957.
10 В. В. Б о ч к а р е в и др. Измерение активности бета- и г мма-источников.
Изд. АН СССР, 1953.
11. В. Векслер и др. Ионизационные методы исследования излучений.
ГИТТЛ, 1950.
12. Войсковые дозиметрические приборы. Воениздат, 1956.
13. Гигиенические вопросы противоатомной защиты. Изд. ИЛ, 1955.
14. Г. В. Горшков. Гамма-излучение радиоактивных тел. Изд. ЛГУ, 1956.
15. И. Г. Гусев. Справочник по радиоактивным излучениям и защите. Медгиз,
1956.
16. Действие излучений на организм. Изд. АН СССР, 1956.
17. Дозиметрия ионизирующих излучений. ГИТТЛ, 1956.
18. А. Иванов. Ядерные излучения атомного взоыва. Воениздат, 1956.
19. А. Иванов. Дозиметрические приборы. Воениздат, 1958.
20. Исследования в области дозиметрии ионизирующих излучений. Изд. АН
СССР 1957.
21. И. А. Капцов. Электроника. ГИТТЛ, 1954.
22. М. С. К а у ф м а н и Г. М. Я н к и л. Электронные приборы. Госэнергоиздат,
1957.
23. С. Корф. Счетчики электронов и ядерных частиц. Изд. ИЛ, 1947.
24. А. Н. К р о н г а у з. Дозиметры для рентгеновых и гамма-лучей. Медгиз,
1955.
25. В. Ф. Кузнецов. Лабораторные дозиметрические приборы. Изд. ВАХЗ,
1955.
26. В. Ф. Кузнецов. Основы дозиметрии и элементы дозиметрических при¬
боров. Изд. ВАХЗ, 1957.
27. Р. Лэпп и Г. Э н д р ь ю с. Физика ядерного излучения. Воениздат, 1956.
28. В. Б. Льюис. Методы электрического счета альфа- и бета-частиц. Гостех-
издат, 1947.
29. А. С. М о щ е в и т и н. Электротехника. Воениздат, 1957.
30. А. Н. Мурин. Введение в радиоактивность, Изд. ЛГУ, 1955.
319
31. Радиационная дозиметрия. Изд. ИЛ, 1958.
32. С. М. Райский и В. Ф. Смирнов. Физические основы метода радио¬
активных индикаторов. ГИТТЛ, 1956.
33. И. В. Порой ко в. Рентгенометрия. ГИТТЛ, 1956.
34. Б. Росси и Ш т а у б. Ионизационные камеры и газовые счетчики.
Изд. ИЛ, 1951.
35. А. А. Санин. Радиотехнические методы исследования излучений. ГИТТЛ,
1951.
36. В. И. Спицын и др. Методы работы с применением радиоактивных инди¬
каторов. Изд. АН СССР, 1956.
37. Справочник по дозиметрическим, радиометрическим и электронно-физическим
приборам. Атомиздат. 1959.
38. В. П. С ы р н е в и Н. П. Петров. Радиоактивные излучения и их измере¬
ния. Воениздат, 1956.
39. Б. И. Тару сов. Основы биологического действия излучений. Медгиз, 1955.
40. Труды Всесоюзной конференции по медицинской радиологии. Медгиз, 1957.
41. Э. Ферми. Атомная физика. Изд. ИЛ, 1951.
42. В. Элмор и М. Сэндс. Электроника в ядерной физике. Изд. ИЛ, 1953.
43. Ядерные взрывы. Изд. ИЛ, 1957.
44. Э. В. Ш польский. Атомная физика. ГИТТЛ, 1951.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Стр.
3
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ
Глава первая. Электрический заряд и электрическое поле 7
Краткие сведения о строении атома. Электрические заряды и их
взаимодействие между собой. Понятие о положительных и отрица¬
тельных ионах. Электрическое поле. Напряжение между двумя точ¬
ками электрического поля. Однородные и неоднородные электриче¬
ские поля. Электрическая емкость
Глава вторая. Электрический ток 16
Физическая природа электрического тока. Проводни. ч и ди¬
электрики. Электрический ток в твердых проводниках. Электриче¬
ский ток в жидкостях и газах. Величина электрического тока. Элек¬
трическое сопротивление. Электродвижущая сила и напряжение. За¬
кон Ома. Мощность электрического тока. Простейшая электрическая
цепь. Способы соединения потребителей между собой. Падение на¬
пряжения на участках цепи. Первое и второе правила Кирхгофа.
Замкнутые и разомкнутые цепи. Виды токов, применяемых в технике
Глава третья. Магнитные явления 31
Естественные и искусственные магниты. Электромагниты. Маг¬
нитный поток. Примеры практического использования электромагни¬
тов. Электромагнитная индукция. Генератор переменного тока. Са¬
моиндукция. Взаимоиндукция
Глава четвертая. Химические источники питания . 39
Устройство гальванического мгрганцево-цинкового элемента. Хи¬
мические процессы, происходящие при работе марганцево-цинкового
элемента. Технические характеристики элемента. Последовательное и
параллельное соединение элементов. Галетные батареи. Маркировка
элементов и батарей. Щелочные кадмиево-никелевые аккумуляторы
Глава пятая. Детали электрических цепей 49
Постоянные сопротивления. Переменные сопротивления. Схемы
для регулировки величины тока и напряжения. Делители напряже¬
ния. Назначение и устройство конденсаторов. Параллельное и по¬
следовательное соединение конденсаторов. Процессы, происходящие
при заряде конденсаторов. Процессы, происходящие при разряде
конденсаторов. Процессы, происходящие при перераспределении за¬
ряда между конденсаторами. Емкостный делитель напряжения. Кон¬
денсатор в цепи переменного тока. Трансформаторы и дроссели
321
Стр.
Глава шестая. Электроизмерительные приборы 65
Устройство магнитоэлектрического микроамперметра постоянного
тока. Схемы включения приборов для измерения тока. Схемы вклю¬
чения приборов для измерения напряжений. Омметры. Комбиниро¬
ванные приборы. Определение цены деления шкалы
Глава седьмая. Электронные лампы и их применение 70
Понятие об электронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия.
Фотоэлектронная, автоэлектронная и вторичная эмиссии. Создание
упорядоченного потока свободных электронов. Общий принцип уст¬
ройства электронных ламп. Устройство катодов электронных ламп.
Устройство анодов электронных ламп. Двухэлектродная лампа.
Анодная характеристика диода. Ламповый выпрямитель. Трехэлек¬
тродная лампа. Анодно-сеточная характеристика триода. Параметры
триода. Применение триода в схемах усилителей. Усилитель на со¬
противлении. Напряжение смещения. Многоламповые усилители.
Усилитель на трансформаторе. Усилитель постоянного тока. Лампо¬
вый вольтметр. Причины возникновения сеточного тока в лампах.
Особенности электрометрических ламп. Лампы с несколькими сет¬
ками. Маркировка электронных ламп. Электронные лампы, приме¬
няемые в войсковых дозиметрических приборах. Цоколевка электрон¬
ных ламп
Глава восьмая. Газоразрядные лампы 103
Неоновые лампы. Стабилитроны. Тиратрон с холодным катодом
Глава девятая. Полупроводниковые приборы 107
Электронная и «дырочная» проводимость. Свойства р—я-пере-
хода. Селеновые выпрямители. Германиевые триоды. Преимущества
полупроводников
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ И ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Глава первая. Радиоактивные вещества и ядерные излучения ... 113
Радиоактивные изотопы. Естественная и искусственная радиоак¬
тивность. Понятие о радиоактивном распаде. Виды радиоактивного
распада
Глава вторая. Взаимодействие ядерных излучений с веществом . . 117
Возбуждение и ионизация атомов вещества ядерными излуче¬
ниями. Средняя работа ионизации. Первичная и вторичная иониза¬
ция. Изменение физических и химических свойств вещества в резуль¬
тате ионизации. Поглощение и рассеяние излучений
Глава третья Основные свойства различных видов ядерных излучений 121
Альфа-излучения н их основные свойства. Прохождение альфа-
частиц через вещество. Альфа-активные препараты. Бета-излучения
и их основные свойства. Прохождение бета-частиц через вещество.
Ослабление бета-излучений веществом. Бета-активные препараты.
Гамма-излучения и их основные свойства. Явление внутренней кон¬
версии. Взаимодействие гамма-излучений с веществом. Ослабление
гамма-излучений веществом. Гамма-активные препараты
Глава четвертая. Основы метрологии ядерных излучений .... 136
Активность источников излучений и единицы ее измерения. Доза
гамма-излучений и единицы ее измерения. Мощность дозы излуче¬
ния. Поглощение энергии излучений облучаемой средой. Относитель¬
ная биологическая эффективность различных видов излучений. Опре¬
деление мощности дозы, создаваемой точечным источником излучения.
Единица «миллиграмм-эквивалент радия».
322
Стр.
Глава пятая. Методы обнаружения и измерения ядерных излучений 144
Сцинтилляционный метод. Принцип действия фотоэлектронного
умножителя. Сцинтилляционный дозиметр. Фотографический метод.
Понятие о «ходе с жесткостью». Пленочные дозиметры. Химический
метод. Химический дозиметр ДП-70. Ионизационный метод.
Глава шестая. Ионизационные камеры и элементы схем дозиметри¬
ческих приборов с ионизационными камерами 149
Принцип действия ионизационной камеры. Вольтамперная харак¬
теристика ионизационной камеры. Конструкции ионизационных ка¬
мер, применяемых для измерения мощности дозы. Процесс иониза¬
ции воздушного объема камеры. Принцип измерения ионизационного
тока. Ламповый электрометр. Ламповый электрометр с катодной
нагрузкой. Применение ионизационных камер для измерения дозы
излучения. Конструкции конденсаторных камер для измерения доз.
Зарядное устройство для камер конденсаторного типа Измеритель¬
ное устройство для камер конденсаторного типа. Прямопоказываю-
щие камеры электроскопического типа. Измерения доз и мощностей
доз по методу разряда — заряда конденсатора
Глава седьмая. Газоразрядные счетчики и элементы схем дозимет¬
рических приборов с газоразрядными счетчиками . 174
Принцип действия газоразрядного счетчика. Конструкции газо¬
разрядных счетчиков. Разряд и восстановление в счетчике Ложные
разряды в счетчике и способы их гашения. Рабочая характеристика
счетчика. Счетная характеристика счетчика. Применение газоразряд¬
ных счетчиков. Простейшие схемы регистрации импульсов счетчика.
Калибрование импульсов по длительности. Калибрование импульсов
по амплитуде. Спусковая схема с одним устойчивым состоянием. Из¬
мерение среднего числа импульсов в единицу времени. Пересчетные
схемы,
Глава восьмая. Питающие устройства дозиметрических приборов 203
Простейшие схемы питания. Ламповый преобразователь напря¬
жения для питания газоразрядных счетчиков. Преобразователь на¬
пряжения на кристаллическом триоде. Схема умножения напряжения
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ВОЙСКОВЫЕ ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Глава первая. Радиоактивное заражение местности и находящихся
на ней объектов 210
Образование радиоактивного пылевого облака при наземном
атомном взрыве. Радиоактивное заражение местности. Радиоактив¬
ное заражение вооружения, боевой техники, продовольствия, веще¬
вого и другого имущества. Основные показатели, характеризующие
радиоактивное заражение местности и находящихся на ней предме¬
тов. Биологическое действие ядерных излучений. Формы воздействия
радиоактивных веществ на организм. Меры защиты личного состава
от внешнего облучения. Меры защиты личного состава от попадания
радиоактивных веществ внутрь организма и на кожные покровы тела
Глава вторая Назначение и классификация войсковых дозиметриче¬
ских приборов 220
Задачи, выполняемые войсковыми дозиметрическими приборами.
Классификация войсковых дозиметрических приборов. Общий прин¬
цип действия войсковых дозиметрических приборов
323
Глава третья. Индикаторы радиоактивности
Полевой бета-гамма-индикатор ДП-62. Полевой бета-гамма-ин-
дикатор ДП-63
Глава четвертая. Рентгенметры
Рентгенметр ДГ1-1-Б. Рентгенметр ДП-1-В. Рентгенметр ДП-2.
Рентгенметр ДП-3
Глава пятая. Радиометры
Бета-гамма-радиометр ДП-П-Б. Бета-гамма-радиометр ДП-12.
Полевой альфа-радиометр ДП-42
Глава шестая. Комплекты индивидуальных дозиметров . , , , ,
Комплект индивидуальных дозиметров типа ДП-21-Б. Индивиду¬
альный дозиметр ДК-0,2. Комплект индивидуальных дозиметров ДГ1-23
Глава седьмая. Хранение и сбережение войсковых дозиметрических
приборов
Хранение дозиметрических приборов в подразделениях и частях.
Хранение химических источников питания. Хранение дозиметрических
приборов в полевых условиях. Основные правила сбережения при¬
боров в полевых условиях. Технические осмотры и проверки дозиме¬
трических приборов
Глава восьмая. Ремонт войсковых дозиметрических приборов . . .
Классификация видов ремонта дозиметрических приборов. Кате-
горирование дозиметрических приборов. Полевая ремонтно-градуи¬
ровочная мастерская. Подвижные ремонтно-химические мастерские.
Методика обнаружения и устранения простейших неисправностей
дозиметрических приборов. Основные правила пайки ......
Глава девятая. Проверка градуировки войсковых дозиметрических
приборов
Необходимость периодической проверки градуировки дозиметри¬
ческих приборов. Источники излучений, применяемые для проверки
градуировки. Проверка градуировки рентгенметра ДП-1-Б. Провер¬
ка градуировки рентгеиметра ДП-1-В. Проверка градуировки рент¬
генметра ДП-2. Проверка градуировки индикатора ДП-63. Проверка
градуировки радиометра ДП-П-Б по гамма-активным препаратам.
Проверка градуировки радиометра ДП-П-Б по бета-активным пре¬
паратам. Проверка градуировки радиометра ДП-12. Проверка гра¬
дуировки комплекта ДП-21-Б без радиоактивных источников. Про¬
верка камер комплекта ДП-21-Б при помощи радиоактивных ис¬
точников
Глава десятая. Войсковая радиометрическая лаборатория в уклад¬
ках типа РЛУ-1
Задачи войскового радиометрического анализа. Основные данные
лаборатории типа РЛУ-1. Методика взятия проб. Методика пригото¬
вления препаратов. Расчеты для определения зараженности иссле¬
дуемого вещества. Декадно-счетная установка ДП-100. Измеритель¬
ная установка ДП-11-Б (спец.)
Глава одиннадцатая. Меры безопасности при работе с радиоак¬
тивными веществами
Меры защиты личного состава. Дезактивация рабочих мест и
санитарная обработка личного состава. Хранение радиоактивных
препаратов. Транспортировка радиоактивных источников
Литература
Стр.
223
229
245
257
270
275
282 *'
295
312
319
3