Рис. 55. Зависимость эквивалент­ной дозы единичного флюенса Н/Ф от энергии нейтронов

дозы определяется вы

для протонов намного 'больше, )чем (для квантов, и, следова- тельно, оба вида излучения вно- сят примерно одинаковый вклад «в эквивалентную дозу (Хп٥п«

١٠ضئح

На основании работ различ- ных исследователей зависимость

эквивалентной дозы для единич- ного нейтронного флюенса от энергии нейтронов имеет вид, по- казанный на рис. 55. Вид энер-

гетической зависимости

эквивалентной

«бранными значениями к. Коэффициенты к, в свою очередь, за- висят не только от вида излучения, но и от того биологического эффекта, по которому они определяются. Поэтому при построе- нии энергетической зависимости эквивалентной дозы нужно ис- ходить из тех значений к, которые наиболее правильно харак-

теризуют биологическое действие излучения на организм в целом. Единство в оценке биологического действия ионизирующих из- .лучений обеспечивается установлением определенных значений к для различных видов излучений соответствующими правилами и рекомендациями. Рекомендуемые значения коэффициента ка- чества изменяются по мере расширения наших знаний о меха- низме биологического действия излучений. Следовательно, к энер-

яетической зависимости эквивалентной дозы следует относиться.

как к некоторой условной характеристике ПОЛЯ нейтронного

излучения.

Кривую зависимости эквивалентной дозы от энергии нейтро­нов, построенную для единичного нейтронного потока, можно использовать для градуировки нейтронных дозиметров в едини­цах эквивалентной дозы. Дозиметр не будет иметь энергетиче­ской зависимости чувствительности, если энергетическая зави­симость его показаний в поле единичного нейтронного флюенса аналогична кривой на рис. 55.

§ 60. Дозиметрия быстрых нейтронов с помощью ионизационных камер

При взаимодействии быстрых нейтронов с веществом возни­кающие в процессе рассеяния ядра отдачи способны произво­дить ионизацию среды. На этом основано применение иониза­ционных камер, регистрирующих быстрые нейтроны. Энергия :Д£٢, передаваемая в единицу времени нейтронами ядрам отдачи йв единице объема газа камеры, содержащего при температуре 7 и давлении р число молекул М_Т,_Р, определяется равенством

(60.1) ■،£،م»ةجسهءس

183

где (р„ —плотность потока нейтронов؛ га، —число атомов типа I в молекуле газа: ٠٤٠ —сечение рассеяния на ядрах типа Ег٠ —средняя энергия, передаваемая ядру типа ٤٠ в одном акте рассеяния. Если Мт,760 есть число молекул газа при р=760 мм рт. ст., то Мт,р=М_т,7б0р/760.

Поглощенная энергия зависит от пробега ядер отдачи в газе, наполняющем камеру. Если пробег значительно меньше линей- ных размеров камеры, то энергия нейтронов, переданная ядрам отдачи, ДЕ г будет равна поглощенной энергии А٠:

\QzqW, (60.2)

где <7 —ионизация, определяемая числом пар ионов, ежесекунд- но образующихся в единице объема камеры в результате погло- пения ядер отдачи: № —энергия ионообразования, усредненная по ядрам различных типов. Предполагая, что происходит только упругое рассеяние и что облучение производится моноэнергети- ческими нейтронами с энергией Ео, для ионизации в камере, раз- меры которой значительно превосходят пробег ядер отдачи, из формул (60.1) и (60.2) получим

(3'0ج) ٠ 2(،حب1) ي٠غغرتةنحلع'د٩ي مل: 7،

Из (60.3) следует, что в этом случае ионизация прямо пропор- циональна давлению газа в камере и плотности потока ней- тронов.

В газонаполненной камере, размеры которой меньше пробега ядер отдачи, поглощенная энергия Д(2<Л£г, так как часть энер- ГИИ ядер отдачи уносится за пределы объема камеры. Пусть ؛٢=^/ؤ — отношение пути ядра отдачи типа ٤' в пределах объема камеры к полному пробегу в данном газе при нормальном дав٠ лении (рис. 56). При давлении р отношение Ь/К=Г{Р/76О. По аналогии с рассмотренным выше случаем для ионизации в ка- мере, линейные размеры кот'Орой меньше пробега ядер отдачи, легко получить выражение

(4-№) ها'،٠'هيا’(ئآل’

Итак, для камер подобного типа ионизация пропорциональна квадрату давления и при постоянном давлении пропорциональна плотности потока нейтронов.

Формулы (60.3) и (60.4) справедливы, если можно пренебречь ионизацией, обусловленной ядрами отдачи, выбитыми из стенок камеры.

При низких давлениях ионизация пропорциональна р² в со- ответствии с формулой (60.4), при высоких давлениях ولاد ج в соответствии с формулой (60.3). Переход из одной области в другую осуществляется при давлении ро (переходное давле- ние). Ядра отдачи имеют разные пробеги при одном и том же 184

Рис. 56. Путь ядра отдачи в объе- ме камеры

давлении, поэтому в действи- тельности резкое изменение за- висимости ؟ от р не наблюдает- ся, а имеется некоторая переход- ная область давлений, ниже ко-

торой д—р², а выше д^р.

Камеры без стеночного измерения плотности потока

можно использовать для

после предварительной

эффекта

нейтронов

градуировки; мощность дозы в этом случае можно определить расчетным путем при известной энергии падающих нейтронов.

Если газ, наполняющий камеру, тканеэквивалентен по атом- ному составу, ионизация может служить мерой тканевой дозы нейтронов. Хорошим приближением к такому газу служит смесь: метан 64,4, углекислый газ 32,5, азот 3,1 (числа указывают парциальное давление). Более удобно использовать маленькие ионизационные камеры, к которым применим принцип Брэгга— Грея. Энергия, поглощенная в единице объема материала стенки;

ДЩт/Sr, (60.5)

протоны и тяжелые ядра отдачи.

Нейтронный поток практически всегда сопровождается ?-из- лучением, поэтому полезно рассмотреть работу маленькой иони-

смешанном потоке ?-нейтронного излучения.

где № — средняя энергия ионообразования; и ٢ك٠ —тормоз- ная способность стенки и газа для ионизирующих частиц. Фор- мула (60.5) имеет общий вид как для ?-излучения, так и для нейтронов, однако значения г и 5ст/5٢ различны; в первом слу- чае ионизирующими частицами являются электроны, во втором —

عه«—(Sct/٢ك) n•

зационной 'камеры Для нейтронов

Для ?-излучения

٠_لا(_٢ك/آءك)لا7اا_لا7،=آ£ع

Отсюда суммарная ионизация, производимая в газовой полости электронами и ядрами отдачи, выбитыми из стенок камеры:

،7 = ،7„ + ٩ = ٠^Д£„ + ^٠١ Д£٦; (60.6)

д есть та величина, которую фактически измеряют в камере. Суммарная энергия, поглощаемая в стенке камеры: АЕ=ЛЕ_п-\- +ДЕ٦,. Из формулы (60.6) следует, что в общем случае по из­меренной ионизации нельзя определить суммарную поглощенную

185

дозу в стенках камеры, если неизвестен вклад в дозу ٣излу- чения или нейтронов. Положение облегчается, если используют гомогенную камеру, у которой материал стенки и газ близки، по атомному составу.

Наибольший практический интерес представляют гомогенные тканеэквивалентные камеры. Стенки такой камеры, наполненной указанной выше смесью газов, выполняют из токопроводящей тканеэквивалентной пластмассы. Пластмасса может иметь сле­дующий состав, %: водород 10,1; азот 3,5; углерод со следами• кислорода 86,4. Для гомогенной камеры (Sr/S_CT)n—(Sr/ScT)v— =р٢/рст, где р٢ и р_Ст — плотность газа и материала стенки. Для тканеэквивалентной камеры АЕ_п и Д£٦» соответствуют поглощен­ной тканевой дозе нейтронов и ^-излучения, поэтому Д£=Д£٦Н- +Д£_П определяет поглощенную в ткани дозу смешанного излу­чения. По измеренной ионизации q в тканеэквивалентной гомо­генной камере можно однозначно определить Д£٦ если положить W_n=W_y=W. В этом случае

(60.7}

= ٠ (_٢£7 = (Д£_п + Д،

Поглощенная доза

Рст Рр

(60.8>

Итак, с помощью наперстковых тканеэквивалентных гомо­генных камер можно измерять поглощенную дозу смешанного у-нейтронного излучения. При этом следует иметь в виду, что №_п и ١٢₇ могут заметно различаться между собой.

Практически более важно измерять эквивалентную дозу، Основная трудность при этом заключается в различном значе­нии коэффициента качества ،١?- и нейтронного излучений. При более строгом подходе следует учитывать также, что ядра отдачи различных типов имеют различные коэффициенты качества.

Эквивалентная доза Н для смешанного излучения опреде­ляется соотношением

Н=ккЕ_п-\-кЕ^ (60.9)

где к — коэффициент качества, усредненный по все٠м ядрам от­дачи. Из сопоставления соотношений (60.8) и (60.9) видно, что тканеэквивалентной ионизационной камерой нельзя измерить эквивалентную дозу без разделения нейтронной и ،у-составляю- щих. Такое разделение обеспечивает дифференциальная система из двух ионизационных камер, одна из которых малочувстви­тельна к нейтронам, а другая тканеэквивалентна. Разность токов двух камер будет соответствовать поглощенной дозе, обуслов­ленной нейтронами. При проектировании такой системы следует иметь в виду возможную энергетическую зависимость чувстви­тельности нетканеэквивалентной камеры.

186

Одной из трудностей, связанных с применением ионизаци- онных камер для целей нейтронной дозиметрии, является обес- печение наилучшей ^неэквивалентности и гомогенности.

Тканеэквивалентност требует, чтобы вещество, из которого сделана камера, и живая ткань были как можно ближе по со- ставу. Однако ткани различных органов и частей одного и того же живого организма могут существенно различаться по составу (например, мышечная и костная ткань). Обычно за основу берут мягкую ткань (см. табл. 6). в специальных случаях возникает необходимость обеспечить одинаковость атомного состава камеры с другими видами тканей.

Требование гомогенности сводится к тому, чтобы состав ма- териала стенок и наполняющего камеру газа был одинаковым. Жесткость выполнения этого условия определяется прежде всего относительным вкладом в общую ионизацию вторичных частиц, возникающих в газе (эффект газа), и вторичных частиц, возни- кающих в стенке (эффект стенки). Чем больше эффект газа, тем жестче требования к гомогенности. Наоборот, если эффектом газа можно пренебречь, то состав может быть произвольным.

Основной критерий эффекта газа — соотношение между ли- нейными размерами газовой полости и пробегом вторичных ча- стиц. В случае нейтронов возникает много короткопробежных заряженных частиц. Это требует особой осторожности при оценке газового эффекта. Исследования показывают (ю. и. Брегадзе), что, например, для нейтронов с энергией ниже 2 МэВ применение в качестве рабочего газа воздуха, который не является ткане- эквивалентным, практически невозможно без существенного на١ рушения гомогенности.

Соотношение между стеночным и газовым эффектами зависит от энергии нейтронов. Это обстоятельство позволило в упомя- нутых исследованиях развить метод экспериментальной оценки средней энергии нейтронов в смешанных - нейтронных ПОЛЯХ путем измерения негомогенными камерами. Сущность метода заключается в следующем. Пусть имеются: 1) гомогенная ка- мера с водородсодержащими стенками, наполненная водородсо- держащим газом2 ؛) камера с графитовыми стенками, напол- ненная газом О; 3) камера с графитовыми стенками, наполнен- ная водородсодержащим газом.

Обозначим измеряемый ионизационный ток в каждой камере соответственно ٤1, ،2 и 3. Ток в гомогенной камере обусловлен электронами, возникающими под действием - излучения (٠ (لاا’غ и протонами (и^р). Ток во второй камере, не содержащей водо- рода, полностью обусловлен излучением لا٠2ن). Ток в третьей камере обусловлен - излучением لا٠3ن) и протонами, возникаю- щими только в газе ٠3نр). Таким образом, можно написать: ،'1= ■==،1?+،’1^₽; ٤٠2=٤٠2?; ٠₽3تمبلا3تمه8تم

Величины тока لاا٠غ и 3٣, обусловленные у-излучением, подда- ются расчету на основании измерения тока во второй камере ،2= =لا٠2غ. Это позволяет получить отношение стеночного эффекта к 187