и_а = ٥٠₁|/۶+1 /Я*). (68.13)

Выражение (68.13) определяет в общем виде зависимость измеряемой вели­чины и_а от мощности дозы в ионизационных камерах без внешнего источника питания. Отсутствие простой линейной зависимости затрудняет использование таких камер для точных дозиметрических измерений, однако их можно исполь­зовать для контроля достаточно интенсивных пучков излучения. Коэффициенты ٥о и ٠1 в формуле (68.13) зависят от энергии у-излучений и определяют ЭЗЧ подобных систем.

§ 69. Детекторы прямой зарядки (радиационные элементы)

По аналогии с гальваническим элементом устройства, пре- образующие энергию излучения непосредственно в электриче­скую, можно назвать радиационными элементами. Радиационные элементы можно использовать для дозиметрии ионизирующих излучений.

Принципиальная схема детектора прямой зарядки показана на рис. 61. Устройство состоит из двух цилиндрических элек­тродов: внешнего 1 и внутреннего 2, разделенных высококачест­венной изоляцией и помещенных в вакуум. у٣Излучение, взаи٠ 218

Рис. 61. Принципиальная схема детектора прямой зарядки

электроде, собранный за время

заряда, то полный заряд на этом сП, будет равен

модеиствуя с внешним электродом, выбивает из него электроны, часть из которых поглощается внутрен- ним электродом; в результате внешний электрод заряжается по- ложительным электричеством, а внутренний — отрицательным. Меж- ду электродами возникает разность потенциалов, которую можно изме- рить прибором б.

Пусть, в единицу времени под действием у-излучения из внешне- го электрода вылетает п'_е электро- нов, а из внутреннего — п"_е. Если с внутреннего электрода нет утечки

,؛ей—؛еп' ей\йО٢٩

где ع —заряд одного электрона; ^1—доля п'е электронов, по- глощенных внутренним электродом; 1٦2 —доля п"е -электронов, попавших на внешний электрод из внутреннего и поглощенных в нем.

Скорость изменения заряда регистрируется во внешней

цепи как электрический ток

/=٠٥/=е(т٦1П'гТ٦2П"е). (69.1)

За время облучения / между электродами возникает разность потенциалов

(69.2) ع('ك»2للا-ك¥)لك:رع

где С — электрическая емкость системы. При неизмененном ка­честве излучения ток I пропорционален мощности дозы, а раз­ность потенциалов и — дозе излучения. Утечка между электро­дами уменьшает чувствительность подобных дозиметров. Чувстви­тельность максимальна при идеальной изоляции и отсутствии потока электронов от внутреннего электрода к внешнему (т٦₂= =0). В этом случае

1=ех\т е-

Пусть р,1-линейный коэффициент ослабления у-излучения в материале внешнего электрода вследствие ،-го эффекта взаи- модействия (фотоэффект, комптон-эффект или эффект образова- НИЯ пар); ^• — эффективная толщина внешнего электрода, из которой электроны могут попасть в пространство между электро- дами. Эффективная толщина приближенно равна максималь- ному пробегу электронов, высвобождающихся при ،-й эффекте

219

взаимодействия. Если م* —мощность экспозиционной дозы излу- чения, то

пё = 11 ■-نحو — exp (— 69.3) 1٠(،ببق)

где S —площадь поверхности внешнего электрода. Полагая' р،7?1<1, получаем

I : SePfi^jRi (gg 4)

< ٠ 6) ' تقتاً

Очевидно, Т|1 не может быть больше вероятности попадания электронов из внешнего электрода в пространство между элек- тродами. Легко заметить, что ي?رغدإةا١٦ пропорционально эффек тивности газоразрядного счетчика Сеч, имеющего ту же конфигу- рацию и тот же материал внешнего электрода, что и радиацион- ный элемент (см. § 27). Положим 4ح8=يجريعإةا٦اً, что соответст- вует случаю максимально возможной чувствительности радиаци- онного элемента. Тогда

<5'69) ٠هي;٠(د)

Сравнив формулы (69.5) и (27.3), увидим, что радиационный у-элемент имеет такую же эзч, как и эквивалентный газораз- рядный счетчик. Влиять на эзч можно, подбирая соответствую- щие материал и толщину внешнего электрода.

Оценки по формуле (69.5) показывают, что максимальная чувствительность радиационного элемента с внешним свинцовым электродом д-иаметром 20 мм для ^-излучения Со равна 1,ЗХ ХЮ-12 А/ (Р-с-1) на 1 см2 поверхности элемента, или 1,3-10-12 Кл/(Р-см2). Если принять поверхность внешнего элек- трода равной нескольким десяткам квадратных сантиметров, а' электрическую емкость — нескольким десяткам пикофарад, то максимальную чувствительность при измерении разности потен* циалов и можно оценить как величину порядка 1В/Р.

Рассмотренный принцип можно применить в радиационных элементах для нейтронных измерений. Для этого необходимо обеспечить преобразование энергии нейтронов в энергию заря- женных частиц на одном из электродов. Этот электрод будет являться эмиттером заряженных частиц, а другой электрод — коллектором, в качестве эмиттера удобно использовать нуклиды, активирующиеся под действием нейтронов. При распаде нуклиды испускают заряженные частицы, которые оседают на коллек торе. Число заряженных частиц, испускаемых эмиттером в еди- ницу времени, пропорционально наведенной активности, которая определяется формулой

Л = ٢[1-ехр(-Т0٦٠ (69.6)

где Na — число Авогадро; <р —плотность потока нейтронов؛ о — сечен'ие активацииى ؛ —масса эмиттера؛ д — относительная атом- 220

ная -масса материала эмиттера; ٣ —период полураспада обра- зуюиихся радиоактивных, атомов; ٤ —время облучения нейтро- нами.

Электрический ток, регистрируемый во внешней цепи, про- порционален наведенной активности:

1=аАо,

где ۵ —коэффициент пропорциональности. Максимальное зна- чение тока соответствует попаданию всех заряженных частиц на коллектор, с точки зрения эффективности попадания заря- женных частиц на коллектор выгоднее эмиттер помешать внутрь- коллектора, при малом периоде полураспада (Т1/2<СО ток ج случае постоянной интенсивности нейтронов не зависит от вре- мени облучения:

i == а ي ОG?. (69.7)

При большом периоде полураспада (71/2»^) ток пропорциона-, лен времени облучения:

(69.8) ٠ك٢?هآ٠ع = ،

А т 1/2

Полный заряд, собранный на коллекторе за время облучения нейтронами, можно определить, проинтегрировав формулу (69.6) по времени t. Если учесть накопление заряда после прекращения облучения, то полный заряд на коллекторе, собранный за вре- мя ^0 от начала облучения,

Qo : I ه dt + ه ٢ exp(— ٢ئ٩) dt. (69.9)

Радиационные элементы подобного типа были использованы’ для измерения нейтронных потоков в реакторе, в качестве эмит- тера использовали изотоп родия о Rhe сечением захвата тепловых нейтронов 150 б. Образующийся нуклид i٥4Rh имеет период полу- распада 44 с и испускает р-частицы с максимальной энергией 2,5 МэВ. Эмиттер был изготовлен в виде проволоки диаметром- 0,8 мм и массой 0,48 г. Коллектором служил алюминиевый ци- линдр. Коллектор и эмиттер разделены слоем полиэтилена тол- шиной 1,5 мм. При плотности потока 102؛ нейтр./(см٠2с) ток во внешней цепи равен 4,2 ٠ 10-8 А.

Разновидность радиационного элемента —система из двух- электрохимически разнородных электродов, помещенных в газо- вый объем. Ионизация газа обусловливает возникновение раз- ности потенциалов между электродами. Разность потенциалов؛ зависит исключительно от материала электродов (независимо от интенсивности излучения и рода газа). Под действием этой разности потенциалов возникает ионизационный ток, который возрастает с увеличением интенсивности ионизации: ток может- служить мерой мощности дозы излучения. Между разнородными

22И