Дозиметрия ионизирующего излучения в радиационной химии

Дозиметрия ионизирующего излучения в РХ

Дозиметрия ионизирующего излучения является основной количественной основой РХ. От того, насколько точно измерена поглощенная доза ИИ и время (продолжительность облучения, что дает возможность определить мощность дозы) зависит успех любого эксперимента в РХ. В РТ – от этого зависит эффективность процесса и качество продукции.

Для начала определимся с величинами доз, используемых на практике.

В РХ, обычно используются дозы от 10 Гр до 1 МГр.

В РТ – от 1 кГр до 100 Мгр, хотя дозы более 100 кГр, как правило, являются экономически нерентабельными. Т.о. наиболее употребимый диапазон доз от 1кГр до 100 кГр.

В той области науки, где РХ смыкается с радиобиологией (вопросы индивидуальной дозиметрии и защиты) речь обычно идет о дозах 1мГр – 10 Гр.

Измерение доз в указанных диапазонах возможно либо физическими, либо химическими методами дозиметрии. При физическом методе регистрацию эффекта проводят по ионизации среды, изменению её температуры, по люминесценции и т.д. При химическом – измеряют количество молекул, образовавшихся или разрушившихся при действии ИИ.

Есть и другая градация – по рабочему телу: твердотельная и жидкофазная дозиметрия. В первом случае в стеклах, ЩГК, пластмассах изменения, которые происходят на уровне химических процессов фиксируются химическими методами.

В РХ чаще всего применяют химический метод, отличающийся высокой точностью и воспроизводимостью.

В РТ – наибольшее распространение имеет твердотельная дозиметрия, в частности – пленочная (рабочее тело – полимерная пленка, содержащая краситель, способный обесцвечиваться или менять цвет под действием ИИ)(аналогично кислотно-основным индикаторам, меняющим цвет под действием водородных и гидроксильных ионов).

Для целей индивидуальной дозиметрии чаще всего используют ТЛД. Рабочее тело – специально сваренное стекло, способное запасать энергию ИИ и высвечивать её в виде квантов света при последующем нагревании. Естественно, что количество света должно быть пропорциональным поглощенной дозе.

                           Физические методы дозиметрии

Как мы уже обсуждали, они основаны на таких эффектах как ионизация, нагревание, люминесценция и др.

Реально, в РХ эти методы используются лишь как «образцовые», для аттестации и калибровки ИИИ и промышленных дозиметров, например, когда РХВ в условиях конкретного эксперимента точно не известен.

 Ионизационный метод

В качестве рабочего инструмента в этом случае используется ионизационная камера – электрический конденсатор, к обкладкам которого             приложено электрическое напряжение. Для каждой камеры коэффициент пропорциональности будет иметь свое значение. Условия работы камеры должны быть подобраны такими, чтобы в любой момент времени  рабочий объем камеры покидало такое количество электронов, какое в нем образуется, т.е. должно соблюдаться условие электронного равновесия. Для соблюдения этого условия вместо стенок из воздуха применяют водухоэквивалентные материалы – материалы у которых средний атомный номер и тормозная способность относительно вторичных электронов такие же, как и у воздуха. Это графит, ПММА, другие полимерные материалы.

Зависимость показаний дозиметра от энергии ИИ называют «ходом с жесткостью». Для индивидуальных дозиметров важно, чтобы он был таким же, как и для тканей организма, т.е., чтобы дозиметр был «тканеэквивалентным».

Основным недостатком этого метода дозиметрии является то, что он связан не с поглощенной, а с экспозиционной дозой. А поскольку для РХ важнее всего именно поглощенная доза, то приходится прибегать к пересчетам, которые  в ряде случаев вносят дополнительную погрешность.

Калориметрический метод

Этот метод основан на измерении повышения температуры облучаемой среды. Следует понимать, что в результате поглощения энергии ИИ происходит сравнительно небольшое повышение температуры образца. Например, для воды оно составляет 0,2389 град / кГр. Поэтому для определения дозы этим методом применяют весьма чувствительные способы измерения температуры. Особенно важно это при малых мощностях дозы.

Калориметрический метод достаточно широко используется в дозиметрической практике. Основным его преимуществом перед ионизационным является то, что это метод абсолютных измерений и определяют им поглощенную дозу. Это обусловлено тем, что при взаимодействии ИИ с веществом вся поглощенная энергия, в конечном счете, переходит в тепловую, естественно, если отсутствуют необратимые химические превращения.

Недостатки:

¨  сравнительно малая чувствительность. Правда, столь малые дозы, которые нельзя измерить этим методом, практически не применяются в РХ и, тем более в РТ.

¨  Аппаратурное оформление метода - достаточно сложное, что не позволят широко использовать его в практике РХ исследований.