Jak zidentyfikować izotop emitujący promieniowanie jonizujące?

Prostym licznikiem Geigera-Müllera możemy określić, czy promieniowanie jonizujące jest czy go nie ma, a także określić aktywność promieniotwórczą (w Bequerelach) otaczających nas źródeł promieniowania, ale nie możemy ich zidentyfikować. Ponieważ poszczególne izotopy promieniotwórcze mogą być, w mniejszym lub większym stopniu, niebezpieczne dla człowieka, należy je umieć zidentyfikować – jest to bardzo ważne z punktu widzenia ochrony radiologicznej (ochrony przed promieniowaniem jonizującym).

Prawie wszystkie radionuklidy (czyli izotopy promieniotwórcze) emitują kwanty gamma o charakterystycznej energii, ich przykłady podano w tabeli. Radionuklidy można zidentyfikować właśnie poprzez określenie energii promieniowania gamma. Można do tego użyć detektorów scyntylacyjnych, które są zdecydowanie tańsze, ale jednocześnie mniej dokładne, w porównaniu do bardzo drogich detektorów półprzewodnikowych. Wysokość (amplituda) zarejestrowanego impulsu w obydwu typach detektorów jest wprost proporcjonalna do energii padającego kwantu gamma. Układ elektroniczny, który podłączony jest do detektora, sortuje i zlicza impulsy zgodnie z ich amplitudą. Następnie na ekranie wyświetlany jest obraz, którego przykład pokazany jest na rysunku poniżej. Na osi odciętych energie kwantów gamma podane są w postaci wąskich kanałów, na osi rzędnych liczba impulsów wygenerowanych przez kwanty gamma o określonej energii. Rysunek ten nazywamy widmem promieniowania gamma.

Tab. Energia promieniowania gamma wybranych izotopów

Izotop promieniotwórczy	Energia promieniowania gamma w keV
N-16	6,13; 7,12
K-40	1,461
Co-60	1,332; 1,173;…
Cs-134	605; 796;…
Ra-226	186;…

Oprócz rejestracji kwantów gamma o określonej energii, detektory rejestrują również inne efekty, które prowadzą do pogorszenia wyniku pomiaru. Nie będziemy jednak wyjaśniać ich pochodzenia. Należy wiedzieć, że staramy się, aby te niepożądane efekty były jak najmniejsze, stosując specjalne środki, np. detektory półprzewodnikowe należy chłodzić ciekłym azotem. Często stosuje się także osłonę ołowiową o grubości co najmniej 5 cm w celu zmniejszenia ilości kwantów gamma pochodzących od naturalnego promieniowania otoczenia, jeśli mierzymy jakieś konkretne próbki.

Rys. Przykład widma promieniowania gamma. Każdy pik odpowiada określonej energii promieniowania gamma, emitowanego przez izotopy, które dzięki temu możemy zidentyfikować, źródło: 10.1038/s41598-022-13770-5

---

Zapamiętaj!

Zarówno detektory półprzewodnikowe, jak i scyntylacyjne mogą posłużyć do identyfikacji izotopów promieniotwórczych.