4. Какие характеристики радиационного оборудования влияют на формирование поглощенной дозы в мишенях, облучаемой пучком электронов?

Поглощенная доза — средняя энергия ионизирующего излучения, выделенная в единице массы вещества облученного объема. Она зависит от вида интенсивности излучения (см. Ионизирующие излучения), энергетического и качественного его состава, времени облучения, а также от состава вещества. Д. и. и. тем больше, чем длительнее время излучения. Приращение дозы в единицу времени называется мощностью дозы, которая характеризует скорость накопления дозы ионизирующего излучения.

Для количественной оценки действия ионизирующего излучения на облучаемый объект в дозиметрии введено понятие "доза". Разли­чают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы.

Понятие "поглощенная доза излучения" введено для определения поглощенной энергии любого вида излучения облучаемым объектом. Поглощенная доза излучения (доза излучения) Д - средняя энергия dE, переданная излучением веществу в некотором элементарном объе­ме, деленная на массу вещества dm в этом объеме:

Д = dE/dm. (2)

В СИ за единицу поглощенной дозы принят грэй: 1 Гр = 1 Дж/кг.

Грэй равен дозе излучения, при которой облучаемому веществу мас­сой в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения в 1 Дж.

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (секунду, минуту, час). Единица измерения мощности эквивалентной дозы является Зв/с, а дольная единица – микрозиверт в час (мкЗв/ч).

Примечание. При использовании дозиметров, шкалы которых размечены в единицах, так называемой, экспозиционной дозы(или мощности дозы), т.е. в рентгенах (Р) или Р/ч, мР/ч, мкР/ч, для интерпретации их показаний в зивертах и соответствующих дольных единицах, следует помнить, что экспозиционной дозе (в воздухе) 1Р соответствует эквивалентная доза (в биологической ткани) 9,6 мЗв, и при показаниях такого дозиметра, например, 15 мкР/ч, с небольшой погрешностью ~ 4 % можно считать, что для биологической ткани это соответствует 0,15 мкЗв/ч. В частности, при использовании АНРИ-01 его показания в мР/ч следует умножать на 10, чтобы получать значения мощности эквивалентной дозы в мкЗв/ч.

5. Какие характеристики радиационного оборудования влияют на формирование поглощенной дозы в мишенях, облучаемой пучком тормозного излучения?

Среди источников ионизирующих излучений для целей радиационных технологий и ра­диационной химии в настоящее время находят ус­пешное применение ускорители электронов.

Преимуществом ускорителей электронов является их мень­шая радиационная опасность (при выключении они радиационно безопасны). Мощность и геометрия пучка, энергия и сила тока электронного излучения поддаются регулированию в ши­роком диапазоне. Ток пучка электронов определяет мощ­ность поглощенной дозы излучения, которая на несколько порядков выше, чем γ-излучения радионуклидных источников. Ускорители находят широкое применение в осуществлении ра­диационных процессов модификации (сшивания, отверждения, прививки), стерилизации медицинских изделий и фармпрепаратов, обработку пищевых продуктов, и др. процессах.

Одним из ограничений использования ускорителей заряжен­ных частиц является поглощение излучения средой облучаемого материала или упаковкой. Поэтому такие уста­новки практически целесообразны для проведения процессов в тонких слоях. Этот принцип реализуется для ускорителей, применяемых в первую очередь для отверждения лакокрасоч­ных материалов при формировании покрытий.

При работе в режимах, когда ускорители могут обеспечивать достаточно высокую энергию электронов — до 10 МэВ и более, о применимости их судят по тому, не будет ли вызывать такое облучение появление «наведенной активно­сти» в результате ядерных реакций или ядерных фото-эффектов.

Международными организациями Международное Агентство по Атомной Энергии (МАГАТЭ) и Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) установлены следующие предельные энергии ионизирующих излучений для использования в радиационно-технологических процессах, связанных с модификацией материалов и изделий массового потребления, обработке медицинских изделий и пищевых продуктов:

• для пучков электронов – 10 МэВ,

• для пучков тормозного рентгеновского излучения -5 МэВ.

Благодаря ускорители электронов, пришедшим на замену радионуклидным источникам, в различные отрасли хозяйства стали более широко внедряться прогрессивные, энергосберегающие, экологически чистые радиационно-технологические процессы с использованием пучков ускоренных электронов и тормозного излучения.

Примечание. 1. Типичные конструкции некоторых ускорителей электронов приведены в директории “Rad-facility”.

Ускорители электронов служат также для генерации тормозного рентгеновского излучения. Тормозное излучение возникает при взаимодействии электронов с электрическим полем атомных электронов материала мишени. Это излучение имеет непрерывный спектр от нуля до максимальной энергии, соответствующей энергии электронов. Тормозное излучение отличается от электронного излучения большей проникающей способностью. Для получения тормозного излучения пучок электронов направляют на мишень из металла с большим атомным номером, например, вольфрам, тантал и др. На Рис.3. приведено сравнение спектра фотонов радионуклидов ⁶⁰Со и ¹³⁷Cs со спектром тормозного излучения от пучка 5 МэВ электронов в конверторе из вольфрама.

Рис.3. Сравнение спектра фотонов радионуклидов ⁶⁰Со и ¹³⁷Cs со спектром тормозного излучения от 5 МэВ электронов в конверторе из вольфрама.

Общее сопоставление γ-излучения, тормозного излучения и потоков электронов по­зволяет по их проникающей способности отнести каждый из этих видов излучения к соответствующей области использова­ния в радиационных технологиях.

В Таблице 1 приведены сравнительные данные проникающей способности γ и электронного излучения в воде.

γ-излучение и тормозное излучение целесообразно применять для радиационной обработки конденсированных систем, блочных, крупногабаритных объектов, а также объектов в герметичных толстостенных оболочках.

Тонкослойные объекты, пленки, лен­ты, покрытия, материалы с малой плотностью следует обрабатывать электронным излучением.

Таблица 1. Проникающая способность γ-излучения и пробег электронного излучения

Излучение	Энергия, МэВ	Слой половинного ослабления γ-излучения и средний пробег электронов в воде, см
γ - 60Со	1,17 и 1,33	11
γ – 137Сs	0,67	7,5
Электроны	1 2 3 5 10	0,55 1,0 1,5 2,7 5,8

На Рис.4. приведено расчетные значения глубинное распределение поглощенной дозы сканирующего пучка электронов в воде для различных энергий электронов: 1 МэВ, 3 МэВ, 5 МэВ и 10 МэВ. Из этих зависимостей рассчитывались значения пробега электронов в воде, приведенные в Таблице 1.

Расчеты проводились программой ModeRTL, предназначенной для моделирования и сравнительного анализа распределения дозы, заряда, температуры от сканирующих пучков электронов в плоских мишенях [1].

Рис.4. Глубинное (X) распределение поглощенной дозы (Dose) сканирующего пучка электронов в воде, падающих на плоскую мишень толщиной Х=6см, для различных энергий электронов: 1 МэВ, 3 МэВ, 5 МэВ и 10 МэВ.