Ионизационные методы дозиметрии. Газоразрядные счетчики

Раздел 9.

Ионизационные методы дозиметрии. Газоразрядные счетчики.

Ионизационные методы дозиметрии и радиометрии. Принципы ионизационного метода. Условие электронного равновесия. Теория Брегга-Грея. Вольт-амперная характеристика газового промежутка и ее анализ. Ионизационные камеры, их типы и применение. Применение теории Брегга-Грея для стеночной камеры. Соотношение между мощностью экспозиционной дозы и ионизационным током. Ход с жесткостью.

            Газоразрядные счетчики. Их свойства, характеристики, применение в дозиметрии фотонного излучения.

При прохождении фотонного излучения через вещество происходит преобразование энергии фотонов в элементарных актах их взаимодействия с атомами и электронами среды.

Рассмотрим ограниченный объем среды в поле фотонного излучения.

При взаимодействии фотонов с веществом в выбранном объеме высвобождаются электроны, имеющие различное направление движения и различный пробег. Часть электронов, начав свой путь в выбранном объеме, полностью поглотится в пределах этого же объема, но некоторые электроны выйдут из объема, не истратив всей своей энергии. В то же время в выбранный объем могут попасть электроны из соседних участков среды, в которых тоже происходит преобразование энергии фотонов.

Поглощенная энергия излучения:

где  и  – суммарная энергия всех фотонов, соответственно входящих в рассматриваемый объем и выходящих из него;  и  – суммарная кинетическая энергия всех входящих и выходящих электронов.

Входящие в данный объем фотоны в результате взаимодействия с веществом преобразуют свою энергию в кинетическую энергию электронов , которые возникают в выделенном объеме и в энергию фотонов , которые выходят из этого объема, т.е.

Сопоставив формулы (9.1) и (9.2), получаем:

Из формулы (9.3) следует, что при  поглощенная энергия в данном объеме  равна энергии, преобразованной в кинетическую энергию заряженных частиц в этом же объеме . Следовательно,

Подставив формулу (9.4) в выражение (9.3), получим, что суммарная кинетическая энергия всех электронов, входящих в рассматриваемый объем, равна суммарной кинетической энергии электронов, покидающих его. Такое состояние взаимодействия фотонного излучения с веществом, при котором вносимая в некоторый объем энергия освобожденных фотонами электронов равна энергии, уносимой из этого же объема, называется электронным равновесием.

Условие электронного равновесия может быть записано в таком виде:

где – вектор тока энергии.

При выполнении условия электронного равновесия поглощенная веществом энергия равна кинетической энергии вторичных заряженных частиц, которые сгенерированы в данном объеме.

Теория Брэгга - Грея

Рассмотрим ионизацию в газовой полости А внутри твердого вещества В, находящегося в поле фотонного излучения (рис. 9.1). Сделаем следующие предположения:

1.  интенсивность первичного излучения одинакова для любых двух точек рассматриваемой системы;

2.  линейные размеры газовой полости намного меньше пробега в газовой полости электронов, освобожденных фотонами;

3.  толщина слоя твердого вещества В между полостью А и внешним пространством больше (или равна) пробега самых быстрых электронов в твердом веществе.

Рис. 9.1. К выводу соотношения Брега-Грея

Ионизацию газа обусловливают электроны, освобожденные как в твердом веществе, так и в газовой полости. Второе предположение означает, что лишь малая часть электронов заканчивает свой пробег в полости А; кроме того, электроны в среднем в пределах полости теряют пренебрежимо малую часть своей энергии. При этих условиях ионизация, обусловленная электронами, освобожденными