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 DТ, вызванного поглощением в-вом порции DE энергии излучения в калориметре. При отсутствии необратимых хим. р-ций DТ= DЕ/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 Dэкc фотонного излучения в воздухе связаны зависимостью: Q = zeVrDэкc/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% СН4, 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 см3 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 М продукта радиационно-хим. р-ции поглощенная доза Dпогл — 9,64.106 M/Gr. Хим. дозиметрами могут служить: р-ры красителей в воде (напр., метиленового голубого) или в орг. р-рителях (напр., кристаллического фиолетового в метилэтилкетоне); О2, воздух, N2O, CH4, С2Н6 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 Еg / 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: Dпогл = К-1ln(j0/j), где К = 3,9.10-7 Гр-1, j0 - угол вращения плоскости поляризации при Dпогл = 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 Dпогл. 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 О2 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.
|
