Дозиметрия

Совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ионизирующего излучения, основанных на количественном определении изменений, произведенных в в-ве излучением (радиац. Эффектов). Различают прямой (абсолютный) калориметрич. Метод Д., основанный на непосредственном измерении поглощенной в-вом энергии излучения в виде тепла, выделенного в рабочем теле калориметра, и косвенные (относительные) методы, при к-рых измеряют радиац. Эффекты, пропорциональные поглощенной дозе. К косвенным относят ионизационные, радиолюминесцентные, химические и нек-рые спец. Методы. Калориметрический метод (диапазон поглощенных доз от 1 до 106 Гр) основан на измерении приращения т-ры D Т, вызванного поглощением в-вом порции DE энергии излучения в калориметре.

При отсутствии необратимых хим. Р-ций D Т=D Е/mс, где т - масса поглотителя, с - его теплоемкость. Используют гл. Обр. Адиабатич., изотермич., проточные калориметры. Поглотители - металлы, графит и др. Недостатки метода - низкая чувствительность (напр., для А1 DТ всего 1.10-3 К/Гр) и сложность аппаратурного оформления. Метод применяют в осн. Для определения коэф. Пропорциональности, связывающих радиац. Эффекты с поглощенной дозой в относительных методах Д., и для калибровки дозиметрич. Детекторов. Ионизационные методы (диапазон доз от 10-8 до 106 Гр) основаны на измерении кол-ва ионов, возникших в облучаемом в-ве при действии излучения. В случае облучения в-ва сложного элементного состава вводят понятие его эффективного ат.

Н., равного ат. Н. Условно простого в-ва, для к-рого коэф. Поглощения излучения, рассчитанный на 1 электрон, такой же, как и для облучаемого сложного в-ва. Наиб. Распространение получили ионизац. Камеры, в к-рых поглотителем является газ. Измеряемая характеристика -ионизац. Ток, пропорциональный мощности дозы излучения, или кол-во электричества, пропорциональное дозе. Для Д. Фотонного излучения применяют воздухоэквивалентные камеры, материал стенок к-рых имеет такой же эффективный ат. Н., что и воздух. Кол-во электричества Q, образовавшееся за время t, и доза D экc фотонного излучения в воздухе связаны зависимостью. Q =zeVrD экc/w, где z -зарядовое число иона, V - объем камеры, r - плотность воздуха, w - энергия образования пары ионов в воздухе.

Для Д. Быстрых нейтронов используют тканеэквивалентные камеры, материал стенок к-рых и заполняющий газ по атомному составу эквивалентны мягкой биол. Ткани. Напр., материал стенки может состоять (в % по массе) из 10,1% Н, 3,5% N и 86,4% С, а заполняющий газ - из 64,4% СН 4, 32,5% СО, и 3,1% N2. Применяют также полупроводниковые детекторы, в к-рых чувствит. Элементом служит материал на основе CdS, Si, Ge или др. По принципу действия они аналогичны ионизац. Газовым камерам. В индивидуальной Д. Широко используют газовые ионизац. Камеры конденсаторного типа в форме карандашей. К ионизац. Детекторам относят и газоразрядные счетчики, напр. Гейгера-Мюллера (см. Радиометрия), пропорциональный и др. Их преимущество перед камерами - большая чувствительность при таких же габаритах, что обусловило их применение для контроля радиац.

Обстановки в рабочих помещениях. Радиолюминесцентные методы (диапазон доз от 10-8 до 104 Гр) основаны на том, что образованные в люминофоре под действием ионизирующего излучения неравновесные носители заряда (электроны и дырки) локализуются на центрах захвата и удерживаются на них после прекращения облучения. При послед. Возбуждении люминофора (ИК или УФ излучением, нагревом) наблюдается соотв. Фото- или термолюминесценция, квантовый выход к-рой пропорционален поглощенной дозе. Радиофотолюминесцентный стеклянный детектор может состоять, напр., из 3,6% (по массе) Li, 0,8% В, 33,3% Р, 4,6% Аl и 53,5% О. Активатор Ag (4,2%). Радиотермолюминесцентный детектор м. Б. Изготовлен из LiF, активированного Мn, или из CaF2, активированного к.-л.

РЗЭ. Достоинства радиолюминесцентных детекторов - высокая чувствительность при малых габаритах [квантовый выход люминесценции до ~1013 квант/(г. Гр)], длительное хранение дозиметрич. Информации (до 106 лет). Радиотермолюминесцентные дозиметры используют в индивидуальном дозиметрич. Контроле. К радиолюминесцентным относят и сцинтилляционные детекторы, хотя для получения информации о поглощенной дозе с их помощью не требуется дополнительного термического или др. Возбуждения. Сцинтилляц. Детекторами служат, напр., NaI, активированный Tl. ZnS, активированный Ag. Антрацен, стильбен. Они используются в приборах, измеряющих мощность дозы. Их чувствительность зависит от объема. При объеме 1 см 3 верхний и нижний пределы мощностей дозы, регистрируемых детекторами, составляют 10-6 и 10-10 Гр/с соответственно.

Химическая дозиметрия (диапазон доз от 10-2 до 108 Гр) основана на количеств. Определении радиационно-хим. Выхода G - числа образовавшихся, распавшихся или к.-л. Иным образом изменившихся молекул, атомов или ионов облученного в-ва при поглощении 100 эВ излучения. Для известных значений G, плотности r и молярной концентрации Мпродукта радиационно-хим. Р-ции поглощенная доза D погл Ч9,64.106 M/Gr. Хим. Дозиметрами могут служить. Р-ры красителей в воде (напр., метиленового голубого) или в орг. Р-рителях (напр., кристаллического фиолетового в метилэтилкетоне). О 2, воздух, N2O, CH4, С 2 Н 6 и др. Газы. Циклогексан, бензол и др. Орг. Жидкости. Полимерные материалы. Неорг. Стекла разл. Состава. Часто в полимеры добавляют краситель и получают цветовые индикаторы дозы (ЦИД), напр., диацетат целлюлозы с бордо - 4С, целлофан с тиазиновым красным.

Широко распространенный дозиметр Фрикке представляет собой насыщенный воздухом водный р-р, содержащий 1.10-3 моль/л FeSO4, 0,4 моль/л H2SO4, 1.10-3 моль/л NaCl. Продукты радиолиза воды окисляют Fe2+ до Fe3+, при этом G = 15,6 (для энергии g-квантов Е g/ 0,3 МэВ). Пределы применимости дозиметра Фрикке от 10-1 до 104 Гр. Для измерения доз в диапазоне 104-106 Гр используют глюкозный дозиметр (20%-ный р-р глюкозы в воде). Доза определяется по изменению угла вращения j плоскости поляризации. D погл= К -1ln(j0/j), где К =3,9.10-7 Гр -1, j0 - угол вращения плоскости поляризации при D погл = 0. К хим. Дозиметрам относится и широко используемый в индивидуальной Д. Прибор, принцип действия к-рого основан на том, что в нек-рых интервалах доз плотность почернения фотоматериала пропорциональна D погл.Области пропорциональности зависят от параметров фотоматериала и конструкции прибора.

Предельные значения дозы для разл. Конструкций от 10-4 до 102 Гр. Преимущества хим. Дозиметров - радиац. Подобие с облучаемым в-вом, широкий диапазон использования. Недостатки - высокие требования к чистоте используемых материалов и зависимость G от параметров излучения. Так, в дозиметре Фрикке G зависит от энергии и вида излучения. Напр., для средней энергии b-излучения, равной 5,7 кэВ, G = 12,9, а для пучка протонов с энергией 660 МэВ G = 16,9. На чувствительность этого дозиметра влияют также концентрация О 2 в воздухе, примеси, условия перемешивания р-ра и др. Лит. Пикаев А. К., Дозиметрия в радиационной химии, М., 1975. Иванов В. И., Курс дозиметрии, 3 изд., М., 1978. Генералова В. В., Гурский М. Н., Дозиметрия в радиационной технологии, М., 1981.

См. Также лит. К ст. Доза. Радиационная защита. В. К. Власов.