Нейтроны. Основные свойства. Взаимодействие нейтронов с веществом. Тканевая и эквивалентная дозы нейтронов, страница 5

Рассмотрим все три типа камер.

1.Большие ионизационные камеры- это такие камеры, у которых геометрические размеры намного больше, чем пробег ядер отдачи в газовой полости камеры.

Предположим, что моноэнергетический поток нейтронов попадает в объем ионизационной камеры, заполненный газовой смесью. Считаем, что быстрые нейтроны испытывают только упругие столкновения с ядрами атомов среды.

Рассмотрим камеру с газовой стенкой. Выделим единичный объем газа, равный 1 см³, который будет окружен газовой стенкой из того же самого газа.

Введем следующие обозначения: N- число нейтронов, ежесекундно попадающих в единичный объем газа; Е- энергия нейтронов; М_рт- число молекул газа в единичном объеме при температуре Т и давлении р; n_i- число атомов типа i в каждой молекуле; δ_i- сечение взаимодействия нейтронов с ядрами атомов сорта i; Е_iср- средняя энергия, теряемая нейтроном при одном столкновении с ядрами типа i; N_δi- число столкновений в единичном объеме газа в 1 сек с одним атомом типа i; N_δini- то же с одной молекулой; N_δiniMрт- то же со всеми молекулами; Е_срiN_δiniM_рт- энергия, теряемая нейтронами в единичном объеме газа при столкновении с ядрами типа i в 1 сек. Тогда полная энергия, теряемая в единице объема газа в 1 сек,

W_g = NM_рТΣЕ_срiδini.                                   (3,3)

Если рассеяние изотропно в системе центра масс , то

Е_ср.i = Е(2А_i/ (1+A_i)²),                                     (3,4)

где Аi – атомная масса ядра отдачи; Е – энергия нейтрона.

Однако линейная плотность ионизации является функцией давления р (мм рт. Ст. ). Тогда

М_рТ = М_Т760(р/760).                                     (3,5)

Поглощенная энергия W_g преобразуется в энергию образования ионов, т.е.

W_g = ε_gN_g.                                          (3,6)

Здесь ε_g – средняя энергия ионообразования ядер отдачи в газе; N_g – число пар ионов в единице объема в газе.

Из выражений (3,3)- (3,6) можно определить

N_g = (2M_Т760/ε_g)(p/760)*NEΣn_iσ_i(A_i/(1+A_i)²).                 (3.7)

Выражение (3,7) позволяет по измеренному числу пар ионов и известным значениям n_i, σ_i, A_i, M_T760 подсчитать энергию потока нейтронов NE. Если спектр нейтронов будет немоноэнергетическим , то выражение (3,7) должно быть просуммировано по всему спектру энергий нейтронов. Из формулы также видно, что N_g прямо пропорциональна давлению р.

2. Средние ионизационные камеры – это такие камеры, у которых геометрические размеры меньше, чем пробег R ядер отдачи i в газовой полости камеры, находящейся при нормальном давлении.

3. Малыми ионизационными камерами называются такие камеры, у которых линейные размеры значительно меньше пробега ядра отдачи.

Стенки малой ионизационной камеры могут быть выполнены из водородсодержащего материала, а полость камеры наполняется водородом.

Ионизация в камере может создаться за счет следующих частиц: протонов или ядер отдачи, выбитых нейтронами из стенки камеры; протонов или ядер отдачи, образованных в газовом объеме; электронов, выбитых из стенок камеры γ- излучением, сопровождающим поток быстрых нейтронов.

Если пробеги протонов отдачи не умещаются в полости камеры ( стенки выполнены из водородсодержащего материала, полость заполнена воздухом), то можно применить теорию Брэгга- Грея для наперстковых камер:

W_A= ε_gN_gAk, где W_A- энергия, поглощенная в 1 см³ стенки камеры; ε_g- средняя энергия ионообразования ядер отдачи в газе; N_gA- ионизация в 1 см³ газа g, создаваемая ядрами отдачи материала стенок А; k = S_A/S_g- отношение тормозных способностей ядер отдачи материала стенки А и газа g.

Рассуждения, относящиеся к средним ионизационным камерам , можно применить к малым камерам.

3.4. Методы регистрации и дозиметрия нейтронов.

Для регистрации нейтронов используются процессы взаимодействия тепловых нейтронов с ядрами атомов.