Същността и класификацията на методите за измерване на активност се основават на ясната представа за:
- Природата на радиоактивното разпадане (всички описващи го параметри) на даден радионуклид и вида и характеристиките на съпътстващите го ЙЛ от една страна и;
- Всички възможни взаимодействия на тези ЙЛ с веществото на детектора и заобикалящата го среда от друга страна.
Радионуклидната метрология най-общо се занимава с радиоактивните вещества и техните количествени характеристики, основно величината активност.
Терминът радиоактивност се използва за описване на явлението на спонтанните ядрени превръщания, които се съпътстват от излъчването на електромагнитни или корпускулярни лъчения.
Ядрените превръщания са случаен процес и се описват чрез експоненциалния закон за радиоактивно разпадане:
,
l=ln2 /T1/2
където:
N(t) – брой радиоактивни атоми в момента t ;
N0 – брой радиоактивни атоми в определен начален момент;
l – константа на разпадането;
T1/2 – период на полуразпадане.
Работата на всеки детектор на ЙЛ основно зависи от начина, по който изследваното лъчение взаимодейства с материала на самия детектор. Следователно познаването на отклика на определен тип детектор трябва да се основава на познаване на основните механизми, чрез които лъченията взаимодействат и губят енергията си във веществото.
В зависимост от механизма на взаимодействие с веществото йонизиращите лъчения се делят на две групи:
- Директно йонизиращи — електрически заредени частици (електрони, протони, алфа-частици и др.), която притежават достатъчна кинетична енергия за йонизация чрез удар;
- Индиректно йонизиращи — незаредени частици (фотон, неутрон и др.), която при взаимодействие с атомите на веществото предизвикват получаване на директно йонизиращи частици или причиняват ядрено превръщане.
Електрически заредените частици взаимодействат непрекъснато с електроните на веществото (чрез кулонови сили), като губят енергията си на малко порции в голям брой актове на взаимодействие.
Това води до йонизиране или възбуждане на атомите, а съответните загуби на енергия на частицата обобщено се наричат йонизационни загуби.
Електрически неутралните частици не взаимодействат чрез кулонови сили с веществото, а посредством единични актове на взаимодействие, при които могат да възникнат заредени частици с енерги, достатъчно висока за прдизвикване на йонизация.
За създаването и прилагането на всеки един метод на измерване на активност е необходимо да се вземат предвид следнитве 3 основни факта:
1) Всяка частица, която на взаимодейства с веществото на детектора на може да бъде регистрирана;
2) Трябва винаги да се отчитат всички възможни взаимодействия на изучаваното ЙЛ както с чувствителния обем на детектора, така и с веществата, които го обкръжават;
3) Всяка детектор на ЙЛ, регистрира не енергията на частицата, а само онази част от нея, която частицата е оставила в чувствителния обем на детектора. В редки случаи частицата оставя цялата си енергия в чувствителния обем на детектора.
Познаването и отчитането на тези факти позволява да се предвидят и оценят всички ефекти, влияещи на резултата от дедено измерване и да се въведат съответните корекции за отчитането на всички или на някои от тези ефекти, когато е необходимо с цел постигането на желаната точност.
Класификация на методите
Измерванията на активността най-общо се разделят на два основни типа
Абсолютни измервания на активности
Измерванията на активността са “абсолютни” или “директни (преки)” ако дават активността на пробата според дефиницията, т.е. ако броят на ядрените превръщания в даден интервал от време са преброени директно или ако този брой може да бъде изведен пряко от измерването без използването на какъвто и да е източник с позната активност.
Абсолютните методи са приоритет на Националните Метрологични Институти (НМИ, NIM – National Institutes of Metrology)
Примери за абсолютни измервания на активност:
- Калориметричен метод,
- 4π- и 2π- броене,
- Метод на съвпаденията (4pag- и 4pbg- , екстраполиране на ефективността и др.),
- Метода на определения пространствен ъгъл,
- TDCR метод (Triple to double coincidence ratio)
За рутинните измервания на активност, абсолютните методи са рядко използвани поради тяхната сложност и сравнително голямата продължителност на измерването.
Относителни измервания на активности
Относителните измервания на активност с подходящ детектор, който е калибриран с еталонни радиоактивни източници по един или няколко радионуклида са много по-прости.
Точността на относителните измервания на активности зависи най-вече от два фактора;
- възпроизводимостта на геометрията източник – детектор;
- възможността да се изготви еталон със същите геометрични размери, плътност, химичен и радионуклиден състав като пробата, и чиято активност се различава от тази на пробата с не повече от 10¸100 пъти.
При тези условия неопределеността на измерването е ограничена от:
- неопределеността на еталонните източници и от
- статистиката на процеса на детектиране.
В практиката обаче много често горните условия не могат да бъдат изпълнени, което налага въвеждане на корекции и в крайна сметка се увеличава неопределеността на измерването.
Примери за относителни измервания на активност:
- Метод на g–йонизационна камера от кладенчов тип,
- Гама-спектрометрия,
- Измерване на обща алфа- и обща бета- активност,
- Течно-сцинтилационно броене.
Изброените методи не са равностойни както по отношение на обхвата на измерваната стойност на активността на нуклидите така и по отношение на точността на резултатите от измерванията.
