2 Дозиметрия электронного излучения

Перед дозиметрией электронного излучения стоят две самостоятельные задачи. Первая - измерение распределения поглощенной дозы в облучаемом объекте. Вторая - измерение распределения потока или плотности потока электронов или β - частиц. Первая задача возникает в радиобиологии, медицинской практике и при проведении научно-исследовательских работ. Вторая - в обычной дозиметрической практике, когда требуется определить уровень внешнего облучения при работе с β - излучающими веществами поверхностей.

Поглощенную дозу в веществе D_z при β - облучении можно представить в виде:

D_z=, (2.1)

где (dE/dx)_z - тормозная способность вещества Z для электронов с энергией Е; F(E)dE - флюенс электронов с энергией в интервале от Е до E+dE.

Средняя доза, приходящаяся на одну β - частицу, определяется соотношением

D₁ = D_z /F₀= .

Tаким образом, средняя доза, приходящаяся на одну частицу, равна тормозной способности, усредненной по всему спектру. Величина (dE/dx)_z зависит от энергии β - частицы. Эта зависимость хорошо известна. По известной зависимости (dE/dx)_z от энергии можно найти для данного спектра.

Тогда искомая доза D_z определяется соотношением:

D_z= D₁·F₀, (2.2)

где F₀ - флюенс β - частиц.

Флюенс может быть легко измерен, например, газоразрядным детектором.

При определении мощности дозы вместо флюенса следует использовать скорость изменения флюенса, т.е. плотность потока частиц. Тогда соотношение (2.2) примет вид:

(2.3)

где φ – плотность потока частиц.

При определении эквивалентной дозы необходимо использовать данные таблицы 1.3.

Таким образом, определение мощности дозы при внешнем облучении сводится к определению плотности потока β - частиц.

3 Измерение плотности потока β - частиц

3.1 Абсолютный метод

При работе с радиоактивными веществами в открытом виде возможно загрязнение ими поверхности оборудования, одежды и тела человека. При этом помимо внешнего облучения, появляется опасность попадания радиоактивных веществ внутрь организма. Считается, что в организм может попасть до 1% радиоактивных веществ, находящихся на одежде, и до 5% радиоактивных веществ, находящихся на поверхности рук.

При измерении плотности потока β - частиц необходимо также определять местонахождение источника излучения, его размеры и конфигурацию.

Около точечного источника плотность потока изотропна в пространстве и при удалении от источника изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния.

Если же источник β - излучения является поверхностным, то распределение плотности потока около такого источника подчиняется довольно сложному закону.

Размеры источника, истинная величина плотности потока около него могут быть определены при условии, что площадь детектора меньше площади источника. Если площадь детектора сравнима или превышает площадь источника, то измерения величины плотности потока будут занижены. В этом случае нужно производить перерасчет плотности потока на всю площадь детектора.

Для измерения плотности потока β - частиц применяются газоразрядные и сцинтилляционные детекторы. Одновременно с β - частицами они регистрируют и γ - кванты. Если толщина стенок газоразрядного счетчика меньше пробега β - частиц, то эффективность регистрации β - частиц целиком определяется геометрическими условиями измерения и составляет от 10 % до 100 %. Эффективность регистрации γ - квантов этими счетчиками не превышает нескольких десятых долей процента. Однако, в смешанных потоках плотность потока γ - квантов может во много раз превышать плотность потока β - частиц, поэтому результирующий вклад γ - фона может быть сравним с величиной счета от β - частиц.

Измерение β - излучения в присутствии γ - фона проводится в два этапа. В начале измеряется общая скорость счета от излучения. Затем детектор закрывается фильтром из легкого материала, который поглощает все β - частицы и практически не ослабляет γ - излучение, и измеряется только γ - излучение. Вычитая из первого результата второй, получим скорость счета β -частиц.

Таким образом, в большинстве случаев дозиметрия β - излучения сводится к следующему:

- нахождение источников излучения;

- определение вида излучения (бета или гамма);

- идентификация радионуклида (определение энергетического спектра);

- измерение плотности потока частиц, создаваемых этими источниками и распределения плотности потока в пространстве.

Плотность потока частиц источников измеряют, регистрируя их излучение. Показания детектора - а, расположенного рядом с источником, будут пропорциональны активности источника А

а=εА.

Под показаниями детектора понимают или число отчетов в единицу времени, или показания токового прибора, или почернение фотопленки и т.п. Коэффициент пропорциональности ε называется эффективностью измерительной установки. Он зависит от ряда факторов: эффективности самого детектора, геометрии измерения и т.п. Если величина ε известна, то определение активности самого детектора сводится к элементарной операции. Однако определение этого коэффициента, как правило, очень сложно.

Различают абсолютные и относительные измерения. При абсолютных измерениях прежде всего определяют эффективность измерительной установки ε, а затем по показаниям детектора а находится истинное значение активности источника А. При относительных измерениях показания детектора а_х при работе с исследуемым источником активностью А сравниваются с показаниями а_э от некоторого эталонного источника, активность которого А_э известна. Необходимо обеспечить при этом, чтобы сравнение было выполнено в одинаковых условиях, т.е. при одинаковых значениях коэффициентов ε в обоих случаях.

В настоящее время для измерения активности β - источников довольно широко используется абсолютный метод с помощью торцевых счетчиков. Этот метод позволяет измерять активность проб с точностью до 4-8%.

При измерении плотности потока исследуемый образец помещается под окно торцевого счетчика. Счетчик регистрирует не все частицы, испускаемые источником. Часть β - частиц проходит мимо рабочего объема счетчика, часть поглощается на пути следования в измерительный объем воздухом, окном счетчика, препаратом. Поэтому связь между скоростью счета счетчика и плотностью потока частиц образца φ можно записать в следующем виде:

φ = (n·g - n_ф)/( f·η·k·z·q·w·S), 1/c,

где n - скорость счета; n_ф - скорость счета фона; g - поправка на разрешающее время; f - поправка на ложные импульсы; w - поправка на геометрический фактор; η -эффективность регистрации частиц счетчиком; k - поправка на поглощение β-частиц между образцом и измерительным объемом; z - поправка на самопоглощение и рассеяние в препарате; q - поправка на обратное рассеяние от подложки препарата; S – площадь источника β-частиц.

Величина поправок зависит от многих параметров. При выполнении данной работы необходимо принять равными единице следующие поправки:

- поправку на ложные импульсы f;

- поправку на самопоглощение и рассеяние z;

- эффективность регистрации частиц η.

Остальные поправки необходимо вычислять.