дозиметрия

ДОЗИМЕТРИЯ

совокупность методов измерения и (или) расчета дозы ионизирующего излучения, основанных на количественном определении изменений, произведенных в веществе излучением (радиац. эффектов). Различают прямой (абсолютный) калориметрич. метод Д., основанный на непосредственном измерении поглощенной веществом энергии излучения в виде тепла, выделенного в рабочем теле калориметра, и косвенные (относительные) методы, при которых измеряют радиац. эффекты, пропорциональные поглощенной дозе. К косвенным относят ионизационные, радиолюминесцентные, химические и некоторые спец. методы. Калориметрический метод (диапазон поглощенных доз от 1 до 10⁶ Гр) основан на измерении приращения температуры ΔТ, вызванного поглощением веществом порции ΔE энергии излучения в калориметре. При отсутствии необратимых хим. реакций ΔТ= ΔЕ/mс, где т — масса поглотителя, с — его теплоемкость. Используют гл. обр. адиабатич., изотермич., проточные калориметры; поглотители — металлы, графит и др. Недостатки метода — низкая чувствительность (напр., для А1 ΔТ всего 1∙10⁻³ К/Гр) и сложность аппаратурного оформления. Метод применяют в осн. для определения коэф. пропорциональности, связывающих радиац. эффекты с поглощенной дозой в относительных методах Д., и для калибровки дозиметрич. детекторов. Ионизационные методы (диапазон доз от 10⁻⁸ до 10⁶ Гр) основаны на измерении количества ионов, возникших в облучаемом веществе при действии излучения. В случае облучения вещества сложного элементного состава вводят понятие его эффективного ат. н., равного ат. н. условно простого вещества, для которого коэф. поглощения излучения, рассчитанный на 1 электрон, такой же, как и для облучаемого сложного вещества. Наиб. распространение получили ионизац. камеры, в которых поглотителем является газ. Измеряемая характеристика — ионизац. ток, пропорциональный мощности дозы излучения, или количество электричества, пропорциональное дозе. Для Д. фотонного излучения применяют воздухоэквивалентные камеры, материал стенок которых имеет такой же эффективный ат. н., что и воздух. Количество электричества Q, образовавшееся за время t, и доза D_экc фотонного излучения в воздухе связаны зависимостью: Q = zeVρD_экc/w, где z — зарядовое число иона, V — объем камеры, ρ — плотность воздуха, w — энергия образования пары ионов в воздухе. Для Д. быстрых нейтронов используют тканеэквивалентные камеры, материал стенок которых и заполняющий газ по атомному составу эквивалентны мягкой биол. ткани. Например, материал стенки может состоять (в % по массе) из 10,1% Н, 3,5% N и 86,4% С, а заполняющий газ — из 64,4% CH₄, 32,5% CO, и 3,1% N₂. Применяют также полупроводниковые детекторы, в которых чувствит. элементом служит материал на основе CdS, Si, Ge или др.; по принципу действия они аналогичны ионизац. газовым камерам. В индивидуальной Д. широко используют газовые ионизац. камеры конденсаторного типа в форме карандашей. К ионизац. детекторам относят и газоразрядные счетчики, напр. Гейгера-Мюллера (см. радиометрия), пропорциональный и др.; их преимущество перед камерами — большая чувствительность при таких же габаритах, что обусловило их применение для контроля радиац. обстановки в рабочих помещениях. Радиолюминесцентные методы (диапазон доз от 10⁻⁸ до 10⁴ Гр) основаны на том, что образованные в люминофоре под действием ионизирующего излучения неравновесные носители заряда (электроны и дырки) локализуются на центрах захвата и удерживаются на них после прекращения облучения. При послед. возбуждении люминофора (ИК или УФ излучением, нагревом) наблюдается соотв. фото- или термолюминесценция, квантовый выход которой пропорционален поглощенной дозе. Радиофотолюминесцентный стеклянный детектор может состоять, напр., из 3,6% (по массе) Li, 0,8% В, 33,3% Р, 4,6% Al и 53,5% О; активатор Ag (4,2%). Радиотермолюминесцентный детектор м. б. изготовлен из LiF, активированного Mn, или из CaF₂, активированного к.-л. РЗЭ. Достоинства радиолюминесцентных детекторов — высокая чувствительность при малых габаритах [квантовый выход люминесценции до ~ 10¹³ квант/(г.Гр)], длительное хранение дозиметрич. информации (до 10⁶ лет). Радиотермолюминесцентные дозиметры используют в индивидуальном дозиметрич. контроле. К радиолюминесцентным относят и сцинтилляционные детекторы, хотя для получения информации о поглощенной дозе с их помощью не требуется дополнительного термического или др. возбуждения. Сцинтилляц. детекторами служат, напр., NaI, активированный Tl; ZnS, активированный Ag; антрацен, стильбен. Они используются в приборах, измеряющих мощность дозы; их чувствительность зависит от объема: при объеме 1 см³ верхний и нижний пределы мощностей дозы, регистрируемых детекторами, составляют 10⁻⁶ и 10⁻¹⁰ Гр/с соответственно. Химическая дозиметрия (диапазон доз от 10⁻² до 10⁸ Гр) основана на количеств. определении радиационно-хим. выхода G — числа образовавшихся, распавшихся или к.-л. иным образом изменившихся молекул, атомов или ионов облученного вещества при поглощении 100 эВ излучения. Для известных значений G, плотности ρ и молярной концентрации М продукта радиационно-хим. реакции поглощенная доза D_погл — 9,64∙10⁶ M/Gρ. Хим. дозиметрами могут служить: растворы красителей в воде (напр., метиленового голубого) или в органических растворителях (напр., кристаллического фиолетового в метилэтилкетоне); O₂, воздух, N₂O, CH₄, C₂H₆ и др. газы; циклогексан, бензол и др. орг. жидкости; полимерные материалы; неорг. стекла разл. состава. Часто в полимеры добавляют краситель и получают цветовые индикаторы дозы (ЦИД), напр., диацетат целлюлозы с бордо — 4С, целлофан с тиазиновым красным. Широко распространенный дозиметр Фрикке представляет собой насыщенный воздухом водный раствор, содержащий 1∙10⁻³ моль/л FeSO₄, 0,4 моль/л H₂SO₄, 1∙10⁻³ моль/л NaCl. Продукты радиолиза воды окисляют Fe²⁺ до Fe³⁺, при этом G = 15,6 (для энергии γ-квантов Е_g / 0,3 МэВ). Пределы применимости дозиметра Фрикке от 10⁻¹ до 10⁴ Гр. Для измерения доз в диапазоне 10⁴–10⁶ Гр используют глюкозный дозиметр (20%-ный раствор глюкозы в воде). Доза определяется по изменению угла вращения j плоскости поляризации: D_погл = К⁻¹ln(j₀/j), где К = 3,9∙10⁻⁷ Гр⁻¹, j₀ — угол вращения плоскости поляризации при D_погл = 0. К хим. дозиметрам относится и широко используемый в индивидуальной Д. прибор, принцип действия которого основан на том, что в некоторых интервалах доз плотность почернения фотоматериала пропорциональна D_погл. Области пропорциональности зависят от параметров фотоматериала и конструкции прибора; предельные значения дозы для разл. конструкций от 10⁻⁴ до 10² Гр. Преимущества хим. дозиметров — радиац. подобие с облучаемым веществом, широкий диапазон использования; недостатки — высокие требования к чистоте используемых материалов и зависимость G от параметров излучения. Так, в дозиметре Фрикке G зависит от энергии и вида излучения; напр., для средней энергии β-излучения, равной 5,7 кэВ, G = 12,9, а для пучка протонов с энергией 660 МэВ G = 16,9. На чувствительность этого дозиметра влияют также концентрация O₂ в воздухе, примеси, условия перемешивания раствора и др.

^{Лит.: Пикаев А. К., Дозиметрия в радиационной химии, М., 1975; Иванов В. И., Курс дозиметрии, 3 изд., М., 1978; Генералова В. В., Гурский М. Н., Дозиметрия в радиационной технологии, М., 1981. См. также лит. к ст. Доза. Радиационная защита.}

_{В. К. Власов}