Дозиметрия потоков заряженных частиц. Принципы построения радиометрической и дозиметрической аппаратуры

Раздел 15.

Дозиметрия потоков заряженных частиц.

Дозиметрия потоков заряженных частиц. Экспериментальные методы b-дозиметрии. Использование экстраполяционных камер и термолюминесцентных дозиметров. Кожный дозиметр. Измерение параметров радиационных установок с ускорителями заряженных частиц.

Дозиметрия любого вида ионизирующего излучения сводится в конечном итоге к измерению и анализу результата взаимодействия заряженных частиц с веществом. Возможность дозиметрии косвенно ионизирующего излучения на основе измерения сопряженного с ним излучения заряженных частиц определяется наличием однозначной связи между характеристиками поля первичного и вторичного излучений. Однозначность упомянутой связи обеспечивается определенными условиями измерения, например электронным равновесием (раздел 9).

Поток заряженных частиц может возникнуть не только в результате взаимодействия косвенно ионизирующего излучения с веществом. Есть большое число радионуклидов, которые в результате β-распада испускают электроны (β-частицы). Энергетический спектр β-излучения радионуклидов всегда непрерывен; максимальная энергия β-частиц не превосходит нескольких МэВ. Другой вид заряженных частиц, испускаемых радионуклидами, – это α-частицы, которые бывают моноэнергетичны. Энергия α-частиц, испускаемых радионуклидами, также не превосходит несколько МэВ.

Поток заряженных частиц, испускаемых радиоактивным источником, определяется активностью входящих в его состав радионуклидов. Если активность радионуклида равна А, то, принимая, его за точечный источник, для плотности потока частиц φ_R на расстоянии R при отсутствии поглощения можно записать:

где с – коэффициент, равный числу возникающих заряженных частиц на один акт распада, определяемый схемой распада данного радионуклида.

Если среднее значение ЛПЭ заряженных частиц выразить в массовых единицах, то мощность поглощенной дозы P в точке, где плотность потока частиц равна φ, дается следующей формулой:

В тех случаях, когда радиационные потери незначительны, можно ЛПЭ заменить тормозной способностью вещества.

Мощными источниками потоков заряженных частиц являются ускорители. При использовании ускорителей возникает необходимость дозиметрии внешних  потоков заряженных частиц, обладающих различной ионизирующей способностью в широком энергетическом диапазоне. Это – электроны, протоны, а также мюоны и пионы, которые могут возникать в высокоэнергетических ускорителях в процессах ядерных превращений. Упомянутые частицы имеют одинаковый заряд, но различаются массой. Мюоны и пионы, кроме того, нестабильны; их вклад в дозное поле приходится учитывать в целях противорадиационной защиты.

При дозиметрии пучков ускоренных протонов надо учитывать резкое возрастание ЛПЭ в конце пробега частиц (пик Брегга).

В специальных установках могут генерироваться также пучки ускоренных тяжелых ядер.

До определенных энергий заряженная частица практически теряет энергию только на ионизацию, однако этот энергетический диапазон преобладания ионизационных потерь зависит от рода частиц. Различия в свойствах частиц определяют и различия в значениях ЛПЭ (при одинаковых энергиях) и коэффициента качества.

Полный набор заряженных частиц – от электронов до тяжелых ядер – встречается в условиях космического полета.

Принципиально все методы дозиметрии фотонного излучения могут быть использованы для дозиметрии β-излучения. Применяя тот или иной метод на практике, следует учитывать быструю поглощаемость β-частиц, их малый пробег и энергетический спектр. Распространенный ионизационный метод наиболее удачно реализуется в экстраполяционных камерах. Наличие в сложном β-спектре частиц с низкой энергией и соответственно с малой длиной пробега приводит к неравномерной ионизации о направлению распространения излучения. С помощью обычной ионизационной камеры можно получить лишь усредненный по всему ионизационном объему результат; это ограничивает точность определения координат точки, к которой следует отнести измеренную ионизацию. К β-излучению применима теория Брегга-Грея, если ионизационный объем намного меньше пробега электронов. Вследствие конечных размеров ионизационного объема условия Брегга-Грея для случая β-излучения могут быть существенно нарушены.

Принцип экстраполяционной камеры заключается в том, что измеряется ионизация между электродами, расстояние между которыми может изменяться. Типичная кривая зависимости ионизационного тока I от расстояния между электродами h представлена на рис. 15.1.

Величина  называется экстраполяционным током и представляет собой предельное значение ионизационного тока насыщения на единицу ширины зазора; таким образом, исключается влияние зазора.

Наиболее употребительна плоскопараллельная ионизационная камера (рис. 15.2).

 β-частицы проходят через передний электрод B и производят ионизацию газа  между электродами B и C. Электрод А служит для выравнивания электрического поля и точного определения ионизационного объема. Энергия, поглощенная в единице объема материала электрода В на границе около зазора: