4. Трековые детекторы.

Тяжелые заряженные частицы вызывают повреждение в твердых веществах-изоляторах вдоль своей траектории движения. Такими веществами могут быть стекло, слюда, пластики, нитроцеллюлоза и т.п. Вдоль траектории поврежденное вещество обладает повышенной растворимостью, и при химическом травлении с помощью плавиковой кислоты (HF) или щелочей (KOH, NaOH) траектории становятся видимыми под микроскопом. Таким образом, по аналогии с ядерными фотоэмульсиями диэлектрики могут служить детекторами следов заряженных частиц. Для регистрации тепловых, промежуточных и быстрых нейтронов используют указанные в таблице 14.2 делящиеся вещества (нептуний, уран и др.) в виде слоев, плотно прижатых к диэлектрику. Измеряемое число треков n на единице площади детектора выражается соотношением

(14.26)

где – доля образованных продуктов деления, попадающих в детектор; – число делящихся ядер в единице объема; – флюенс нейтронов в данном энергетическом диапазоне; – среднее эффективное сечение деления для нейтронов данного энергетического диапазона. Поскольку спектр и угловое распределение продуктов деления одинаковы для всех делящихся веществ, коэффициент можно считать одинаковым практически для всех детекторов.

Эквивалентную дозу можно вычислить, если имеется регламентированная зависимость ее на единичный флюенс от энергии, Зв/(нейтр.·см^-2):

(14.27)

где h – коэффициент пропорциональности, равный эффективной дозе на один нейтрон данной энергии (значения данного коэффициента приведены в НРБ-99).

Дозовая чувствительность трекового дозиметра

(14.28)

где и h зависят от энергии нейтронов. Поэтому для практических целей выбирают такую комбинацию делящихся веществ, которая позволяла бы определять действующий спектр нейтронов или давала бы близкое совпадение с регламентированным значением дозовой чувствительности от энергии нейтронов. Например, ²³⁵U и ²³⁷Np за фильтром из ¹⁰B, взятые в определенных количествах, хорошо воспроизводят эту зависимость.

Для измерения спектров и дозиметрических характеристик нейтронов в воздухе и на поверхности фантома человека разработан спектрометрический набор “Дисней” из трековых детекторов с делящимися веществами ²³⁵U, ²³⁷Np, ²³⁸U с фильтром толщиной 1 г/см^{2 10}B и активационным детектором ³²S, также помещенным внутри этого фильтра.

Набором “Дисней” можно определять флюенс нейтронов в следующих энергетических областях: 0,01-0,4; 0,4-400 эВ; 400 эВ-0,56 МэВ; 0,56-1,4; 1,4-2,8; 2,8-10,0 МэВ.

Примером аварийного трекового дозиметра нейтронов, который регистрирует керму промежуточных и быстрых нейтронов, может служить дозиметр “Дина”. Принцип его действия основан на том, что энергетические зависимости тканевой кермы и эффективного сечения деления ²³⁷Np за борным фильтром близки.

Дозиметр состоит из двух стеклянных или слюдяных трековых детекторов, между которыми находятся ²³⁷Np в сплаве с алюминием. Сборка окружена фильтром из естественного бора с содержанием ¹⁰B в стенках, равном 0,1 г/см². после облучения детекторы протравливают в 5%-ной плавиковой кислоте. Определение кермы сводится к простому счету треков под микроскопом и переходу от числа треков на 1 см² к дозе умножением на коэффициент дозовой чувствительности, который обычно составляет 22 мкГр/(трек·мг) ²³⁷Np или 80 мкГр/(трек·см^-2). Разброс цены трека для действующих спектров нейтронов различных критических сборок и реакторов не превышает ±10%. Диапазон измерения тканевой кермы промежуточных и быстрых нейтронов дозиметром “Дина” составляет 0,05-50 Гр. Статистическая погрешность составляет ±10%. Дозиметр “Дина” может применяться в составе аварийного дозиметра “Гнейс”, который предназначен для измерения также дозы β- и γ-излучений и тепловых нейтронов с помощью термолюминесцентных детекторов ИКС.

Недостатками трековых детекторов на основе ²³⁷Np являются их высокая стоимость и большая радиационная опасность нептуния. В связи с этим в качестве новых трековых детекторов предложено использовать различные полимерные материалы: триацетат целлюлозы, нитрат целлюлозы, поликарбонат и аллилдигликоль карбонат CR-39. разработана технология получения этих материалов, методики обработки травлением и обсчета детекторов.

Наибольшей чувствительностью и наименьшей погрешностью 7-11% при химическом травлении обладает CR-39.

Средства нейтронной дозиметрии приведены в таблицах 14.3 и 14.4

Таблица 14.3. Дозиметрические и радиометрические приборы.

Наименование прибора, тип	Назначение прибора
Универсальный радиометр-дозиметр МКС-01Р1	Для измерения мощности эквивалентной дозы нейтронного излучения с блоком детектирования БДКН-07С
Универсальный радиометр-дозиметр МКС-02С (носимый)	Для измерения мощности эквивалентной дозы нейтронного излучения с блоком детектирования БДКН-07С
Радиометр-дозиметр МКС-03С	Для измерения мощности дозы нейтронного излучения и плотности потока нейтронов в диапазоне 2,5·10-8–14 МэВ
Измеритель скорости счета импульсов УИМ	Для измерения и сигнализации о превышении заданных значений скорости счета импульсов, поступающих с блока детектирования УДБН-02
Измеритель скорости счета импульсов УИМ2-2 (настольные)	То же
Измеритель скорости счета импульсов УИМ2-3 (щитовой)	То же

Таблица 14.4. Технические характеристики блоков детектирования

Тип блока детектирования	Вид излучения	Энергетический диапазон, МэВ	Диапазон измерения
			флюенса, см-2	плотности потока, мин-1·см-2	эквивалентной дозы, мкЗв	Мощности эквивалентной дозы, мкЗв·ч-1
БДКН-03Р1 (без замедлителя)	Тепловые нейтроны	0,025эВ	102–105	60–1,8·106	–	–
БДКН-03Р1-01 (с одним замедлителем)	Промежуточные и быстрые нейтроны	10-3–14	102–105	60–1,8·106	–	–
БДКН-03Р-02 (с двумя замедлителями)	Промежуточные и быстрые нейтроны	10-3–14	–	–	0,1–104	1–104
БДКН-07С	Весь спектр нейтронов	2,5·10-8–14	–	–	–	103–106
УДБН-02Р	Весь спектр нейтронов	2,5·10-8–10	–	–	–	3·10-3–3 мкЗв/с