4. Сцинтилляционный метод дозиметрии.
Схема сцинтилляционного дозиметра состоит и сцинтиллятора, световода, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и электронной регистрирующей системы. Излучение, взаимодействуя с веществом сцинтиллятора, вызывает образование в нём электронов, которые возбуждают атомы сцинтиллятора. Переход возбуждённых атомов в основное состояние сопровождается излучением фотонов. Свет через световод попадает на фотокатод ФЭУ. В ходе фотоэффекта из фотокатода выбиваются фотоэлектроны, которые размножаются на динодной системе ФЭУ, и усиленный таким образом электронный ток попадает на анод ФЭУ. Каждому электрону, поглощённому в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи ФЭУ. Измерению может подлежать как среднее значение анодного тока (токовый режим), так и число импульсов тока в единицу времени (счётчиковый режим сцинтилляционного дозиметра). Ток в сцинтилляционном дозиметре соответствует поглощённой энергии излучения, а скорость счёта – плотности потока частиц.
Используются неорганические, например,
NaI, и органические, например,
стильбен
,
сцинтилляторы. По световыходу и
постоянству конверсионной эффективности
неорганические сцинтилляторы имеют
преимущество перед органическими.
Однако, в дозиметрии важную роль играет
эффективный атомный номер вещества
сцинтиллятора (Zэфф),
и, с точки зрения тканеэквивалентности,
преимущества остаются за органическими
сцинтилляторами. Кроме этого у органических
сцинтилляторов меньшее время высвечивания.
При работе в режиме счёта импульсов сцинтилляционный дозиметр примерно на порядок чувствительнее газоразрядного счётчика. В токовом режиме величина тока в анодной цепи ФЭУ равна
,
где g– число фотоэлектронов в расчёте на один испущенный фотон,M– коэффициент усиления ФЭУ (достигает 106),V– объём иh– толщина сцинтиллятора, νzи νв– линейные коэффициенты передачи энергии излучения в веществе сцинтиллятора и в воздухе, τz– линейный коэффициент ослабления падающего излучения в сцинтилляторе,Pэксп– мощность экспозиционной дозы,-средний расход энергии на образование одного сцинтилляционного фотона.
Определив мощность экспозиционной
дозы, рассчитывают экспозиционную дозу
за некоторый интервал времени
.
Сцинтилляционные детекторы излучений характеризуются высокой эффективностью регистрации проникающих излучений, малым временем высвечивания сцинтилляторов, обеспечивающим малое «мёртвое» время счётчиков, высокой временной и энергетической разрешающей способностью. Эти качества сцинтилляционных детекторов обуславливают их широкое использование для спектрометрии излучений (используется пропорциональность между амплитудой импульса и энергией частицы).
5. Калориметрический метод дозиметрии.
При сообщении термоизолированному телу теплоты (ΔQ) его температура (T) увеличится на некоторую величинуT
Q=c∙m∙T,
где m– масса вещества калориметрического детектора,c– его удельная теплоёмкость.
При поглощении ионизирующего излучения вся энергия в конечном счёте превращается в тепло. Учитывая энергетический эквивалент рентгена, равный 8,8∙10-6Дж на 1 г воздуха при нормальных условиях, получим для энергииEz, поглощённой за времяt
,
где S– сечение иh– высота цилиндрического калориметрического детектора, масса которого равнаm=z∙S∙h; z– плотность вещества детектора,z– линейный коэффициент ослабления излучения в веществе детектора,z– линейный коэффициент передачи энергии излучения веществу калориметрического детектора,mв– массовый коэффициент передачи энергии излучения в воздухе,mв=в /.
Из этого выражения, учитывая, что
и
,
получаем соотношение междуTиDэксп,
в котором mz=z /z.
Малые изменения Tи другие экспериментальные трудности ограничивают применение этого метода. Но он является прямым, абсолютным методом дозиметрии, т.к. основан на непосредственном измерении поглощённой энергии в отличие от других методов, в которых измеряется косвенный эффект действия радиации (ионизация и т.п.). Этот метод используют для калибровки других дозиметров в области больших доз излучения. Данный метод используется также для дозиметрии излучений радиоактивных веществ. Количество теплоты, соответствующее полному поглощению энергии излучения радиоактивного препарата, пропорционально его активности (A)
,
где E , E , E– энергии-,- и-излучений соответственно, , ,– доли энергии, поглощённой в калориметрическом детекторе от этих видов излучения (если оно представляет их смесь).
Недостатком метода является его относительно невысокая чувствительность.