Указанный дозиметр предназначен для О'пределения поглощен- ной дозы в биологической ткани в целях оценки степени радиаци- онной опасности в соответствии с установленными предельно до- пустимыми уровнями нейтронов. Толщина и расположение слоев радиатора подобраны так, что число треков в эмульсии пропор- ционально дозе в биологической ткани в пределах ±15٥/٥ при об- лучении изотропным потоком нейтронов в диапазоне энергий 0,5- 15 МэВ.

В составе ядерной эмульсии имеется азот; это приводит к ре- акции на тепловых нейтронах i⁴N(zi, р) !⁴С, в результате которой возникают протоны с энергией около 0,6 МэВ. Вследствие этого дозиметр оказывается чувствительным к тепловым нейтронам. Расчетные оценки пО'Казывают, что образующиеся в ؛реакции на тепловых нейтронах прО'ТОны создают на 1 см2 эмульсии 510 следов -при одной предельно допустимой месячной дозе тепловых нейтронов; для 'быстрых нейтронов это число- составляет 4,1 • 0. Значения достаточно близкие, .и дозиметр -с определенн-ой погре-ш- -н-остью можно И'Спользовать для И'Змерения суммарной дозы быст- рых и тепловых нейтронов.

§ 87. Структура ионизации в конденсированных средах

Распределение ионов в облученной среде в значительной сте- пени определяется структурой треков ионизирующих частиц. В свою очередь структура треков зависит как от типа частицы, так и от свойств облучаемого вещества.

При прохождении ионизирующей частицы через вещество на ,ее пути образуются положительные ионы в результате отрыва электронов от атомов 'ИЛИ молекул облучаемого вещества. Эти электроны захватываются на некотО'ром ра-сстоянии от места -сво- его образования нейтральными атомами или молекулами, и, та- к-им образом, возникают отрицательные и-о-ны. Как далеко успеют электроны уйти от своей материнской -молекулы ,до образования отрицательных ионов, зависит ؛п-режде всего от свойства вещества: его плотности и срод-ства его молекул к электронам.

Расстояние же между двумя -соседними положительными иона- М.И ؛зави-сит главным образом от ионизирующей спо-собности ча- стицы и плотности вещества: чем выше пло-тность и тяжелее ча- стица, тем меньше расстояние между положительными ионами, и наоборот. Это расстояние будет расти, если уменьшаются плот- ность вещества и ионизирующая способность частицы.

Обозначим R+ среднее расстояние между двумя соседними по- ложительными ионами в момент их образования (оно равно сред- нему расстоянию между двумя актами ионизации), а Я-—сред- нее расстоя٠ние между положительным -и отрицательным и-онами, образованными из одной и той же материнской молекулы. Соот- „ношение между R+ -и R- существенно влияет на характер после- дующей рекомбинации между положительным и отрицательным ионами.

„272

Если بم>ا-م, т. е. если электрон не успеет далеко уйти от ма٠ теринской молекулы и образует отрицательный ион вблизи «род- ственного» положительного иона, то родственные положительные и отрицательные ионы будут рекомбинировать .между собой пред- почтительнее, чем с другими соседними ионами, которые находят- ся дальше. Такая рекомбинация называется предпочтительной.

Ионизация по облучаемому объему может быть равномерной и неравномерной. Степень равномерности определяется характе- ром пространственного распределения актов ионизации или перво- начально, образованных положительных ионов. До сих по-р мы го- ворили .0 среднем расстоянии ٤ между двумя соседними положи- тельными ионами в момент их образования в пределах.одного трека. Однако при интенсивном облучении образуется много тре- ков и положительные ионы соседних треков могут образовываться достаточно близко- друг к другу. Если расстояние между двумя соседними положительными ионами в момент их образования, не- зависимо от принадлежности ؛этих ионов к тому или -иному треку, изменяется мало по облучаемому объему, то ионизация буд.ет рав- номерной. Критерием равномерности может служить соотношение между введенным выше расстоянием وجز и средним расстоянием между двумя сосед.ними треками частиц 7?тр. Если /?اًموحب₽, то ионизация равномерная, если 7?тр>٤, то ионизация неравно- мерная.

Заметим, ЧТО' число треков в облучаемом о-бъеме, а след-ова- тельно, и среднее расстояние между ними определяются плотно- стью потока частиц и не зависят от свойств вещества или вида ионизирующих частиц. При фикси-рованном значении плотности потока ионизирующих частиц Ятр —также фиксированная величи- на -и степень равномерности ио-ни'Зации полностью -О'Пределяется величиной ٤. Теперь легко понять, что- при прочих равных уело- виях ионизация будет тем равномернее, чем меньше плотность об- лучаемой- среды, и более легкие ионизирующие частицы. Наобо- рот, для конденсированных сред и тяжелых частиц труднее обес- печить равномерность ионизации.

Гов-Оря о равномерности или неравномерности ионизации, мы не учитывали- 'распределения отрицательных ионов. Так как каж- дому положительному иону соответствует отрицательный ион, возникающий от положительного в среднем на расстоянии ٠٤, ха- рактер распределения положительных ионов 'Однозначно, оп'реде- ляет распределение отрицательных ионов; все рассуждения, каса- ющиеся предпочтительной рекомбинации, п-ри- этом остаются в силе независимо от того, равномерная или неравномерная иони- зация.

Ск-орость возникновения ионных пар, определяемая мощностью дозы излучения, и скорость их исчезновени'я в результате реком- бинации определяют в конечном итоге равновесную концентрацию ионов, которая устанавливается в .облучаемом объеме через до- -статочно большой промежуток времени после начала облучения.

Число ионов, исчезающих в единицу времени вследствие ре­

273

комбинации, существенным образом зависит от пространственно­го распределения ионов. Так, если ионизация равномерная и то наблюдается обычная объемная рекомбинация. Про­исходящие при этом процессы подробно рассмотрены в гл. 4. Объ­емная рекомбинация характерна для газов при не слишком высо­ких давлениях.

В конденсированных средах обычно наблюдается неравномер­ная ионизация. Крайний случай неравномерной ионизации — иони­зация в колонках тяжелыми частицами. Ионы сосредоточены в ко­лонках вдоль трека частицы. Сразу после своего образования ко­лонка начинает расширяться вследствие диффузии, одновременно идет процесс рекомбинации ионов. В результате этих двух про­цессов концентрация ионов в пределах одной колонки уменьша­ется. Соответствующая этому случаю рекомбинация количествен­но рассмотрена Яффе.

Для легких ионизирующих частиц в плотных средах характер­но образование ионов, сгруппированных в гроздья; Ли. количест­венно рассмотрел процессы рекомбинации в этом случае, предпо­лагая, что ионы группируются в микрообъемах сферической фор­мы. Как и в случае ионизации в колонках, специфический объем увеличивается вследствие диффузии ионов и в его пределах число ионов уменьшается в результате рекомбинации.

Отличительной особенностью неравномерной ионизации явля­ется группировка ионов в специфических небольших объемах, ко­торые находятся в пределах облучаемого объема. Назовем их ячейками. Независимо от формы ячеек общую картину явлений, происходящих при неравномерной ионизации электронами, мож­но представить следующим образом. Сразу после начала облуче­ния основное число ионов оказывается сосредоточенным в ячей­ках; ячейки в свою очередь могут группироваться вдоль треков первичных электронов. В результате диффузии ячейки увеличива­ются в объеме, а концентрация содержащихся в них ионов умень­шается. В конце концов ячейки сливаются между собой, а оста­точное число ионов равномерно распределяется по облучаемому объему, создавая равномерный фон. На этом фоне образуются но­вые ячейки, которые дают новый приток ионов в равномерный фон. Через достаточно большой промежуток времени установится динамическое равновесие, при котором концентрация ионов фона и концентрация ионов, сосредоточенных в ячейках, определяются равновесными значениями. Если к такой системе приложить элек­трическое поле, то возникнет ионизационный ток ،, который мож­но представить в виде суммы двух составляющих:

،⁼،Я^_Ь،ф>

где ٤٠я — составляющая тока, обусловленная ионами, сосредоточен­ными в ячейках; ،<؛> — составляющая тока, обусловленная ионами равномерного фона.

Очевидно, что вольт-амперная характеристика такой ионизаци­онной камеры будет зависеть от соотношения токов ،_я и ،٠ф٠ В пре- 274