2. Сцинтилляционный метод.

Световые вспышки в сцинтилляторе при облучении его нейтронами возникают в результате поглощения протонов и тяжелых ядер отдачи. Если – поглощенная в единицу времени энергия в сцинтилляторе, то ток на выходе ФЭУ сцинтилляционного счетчика определяется соотношением

(14.14)

где M – коэффициент усиления ФЭУ; g – оптическая эффективность (выход фотоэлектронов с фотокатода ФЭУ на один испущенный сцинтиллятором фотон); η – конверсионная эффективность сцинтиллятора; – средняя энергия фотонов, испускаемых сцинтиллятором; a – коэффициент пропорциональности, учитывающий размерность частиц.

Если иметь в виду только процесс упругого рассеяния, то

(14.15)

где – сечение рассеяния на ядрах водорода; – число атомов водорода в 1 см³ фосфóра; – число атомов тяжелых ядер типа i в 1 см³ фосфóра; S и h- соответственно площадь и толщина фосфóра. Сумма учитывает взаимодействие с тяжелыми элементами сцинтиллятора, а первый член в скобках – взаимодействие только с атомами водорода.

Для целей дозиметрии целесообразно применять водородсодержащие сцинтилляторы; в этом случае можно пренебречь вкладом в поглощенную энергию тяжелых ядер. Чувствительность дозиметра определяется измеряемым током, отнесенным к одному падающему нейтрону:

(14.16)

Сцинтилляционный счетчик будет отвечать дозиметрическим требованиям, если зависимость чувствительности от энергии нейтронов Е₀ подобна зависимости тканевой дозы от энергии. Определяющую роль в энергетической зависимости чувствительности играют величины η, σ_Н и Е₀. в нейтронных дозиметрах используют сцинтилляторы двух типов: однородные органические и смесь водородсодержащих веществ с неорганическим сцинтиллятором. Органические однородные сцинтилляторы обладают удовлетворительной тканеэквивалентностью, но имеют недостаток – при их использовании затруднена дискриминация γ-фона. Ток на выходе ФЭУ, обусловленный γ-излучением:

(14.17)

где и – линейные коэффициенты передачи энергии для вещества сцинтиллятора и воздуха; – линейный коэффициент ослабления излучения в сцинтилляторе; – мощность дозы γ-излучения в воздухе. Для достаточно высокоэнергетического излучения «1 и

(14.18)

Мощность дозы выражается через плотность потока γ-квантов: , где – энергия γ-квантов. Отсюда чувствительность счетчика для γ-излучения

(14.19)

Сравнивая выражения (14.16) и (14.19) для одинаковой энергии γ-квантов и нейтронов получаем

(14.20)

Конверсионная эффективность органических сцинтилляторов для протонов обычно в несколько раз меньше конверсионной эффективности для электронов; в то же время . Это приводит к тому, что отношение чувствительности, вычисленное по уравнению (14.20), равно или меньше единицы. Следовательно, γ-кванты регистрируются органическим сцинтиллятором также хорошо, как и нейтроны. Дискриминация импульсов, обусловленных γ-квантами, затруднена тем, что и импульсы от электронов по амплитуде сравнимы или даже больше импульсов от протонов.

Таким образом, при измерении смешанного γ-нейтронного излучения прибором с органическим однородным сцинтиллятором ток на выходе ФЭУ не только не пропорционален эквивалентной дозе, но и не определяет и поглощенной дозы, если неизвестен вклад γ-квантов.