Необходимость измерять чрезвычайно малые изменения тем­пературы, а также другие экспериментальные трудности огра­ничивают применение теплового метода лабораторными усло­виями преимущественно для исследовательских целей. Тем не менее тепловой метод является единственным прямым абсолют­ным методом дозиметрии, так как он основан на непосредствен­ном измерении поглощенной энергии в отличие от других методов, в которых измеряется косвенный эффект (ионизация, химическое разложение и т. п.).

Тепловым методом измеряются и уточняются основные кон­станты других методов дозиметрии, например средняя энергия ионообразования, радиационно-химический выход и т. п.

Важная область применения теплового метода — прямое из­мерение плотности потока энергии излучения. Если вся энергия падающего излучения преобразуется в теплоту в некоторой мас­се поглотителя, то количество воспринятой теплоты является непосредственной мерой плотности потока энергии. Практически полное поглощение можно осуществить лишь для рентгеновского и корпускулярного излучений низкой энергии. При отсутствии пол­ного поглощения необходимо вводить поправку на ту часть энер­гии излучения, которая унесена за пределы поглотителя.

Тепловой метод применяют также для целей радиометрии: количество теплоты, соответствующее полному поглощению из­лучения от радиоактивного препарата, пропорционально актив­ности препарата.

§ 73. Одиночный калориметр

Принципиальное устройство калориметрической системы по­казано на рис. 65. Поглотитель 5 на подвесках 4 помещен в термостат 2. Излучение, проходящее через диафрагму /, погло­щается в поглотителе и нагревает его. Обычно измеряют раз­ность температур между поглотителем и оболочкой 3. В калори­метрах может быть несколько оболочек с заданными темпера­турными режимами. Калориметр, имеющий только один погло­титель, называется одиночным.

Во всех случаях желательно обеспечить минимальную пе­редачу теплоты оп поглотителя в окружающую среду. Передача теплоты осуществляется тремя процессами: излучением, конвек­цией и теплопроводностью.

Передача теплоты излучением зависит от материала и тем­пературы тела, характера и площади поверхности. Эффективные средства снижения тепловых потерь через излучение — серебре­ние поверхности и установка тонких экранов между поглоти­телем и оболочкой калориметра.

Потери теплоты вследствие конвекции устраняют созданием достаточного вакуума в камере калориметра.

Наиболее существенна потеря теплоты теплопроводностью. Основными проводниками теплоты являются крепления погло- 228

тителя. Обычно в поглотителе монтируют нагревательную ка- тушку и электрические измерите- ли температуры (термопары, тер- мисторы), что приводит к допол- нительной потере теплоты через соединительные провода. Для уменьшения потерь теплоты крепления поглотителя должны быть выполнены из материала с плохой теплопроводностью (на- пример, подвеска на нейлоновых нитях), а количество соедини- тельных проводов сведено к ми- нимуму. В общем случае потеря тепловой энергии в единицу вре- мени в результате теплопередачи следует закону

Рис. 65. Принципиальное устройство калориметра

dQ/dt=—xS_n (Т—Т'), (73.1)

где к — коэффициент теплопередачи; S_n — площадь поверхности поглотителя; Т — температура поглотителя; Т' — температура окружающей среды.

При небольшом изменении температуры коэффициент тепло­передачи сохраняет постоянное значение.

Уравнение теплового баланса одиночного калориметра в пред­положении, что вся поглощенная энергия излучения преобра­зуется в теплоту, имеет вид

Pdt=cmdT -\-kSk(T—Т') dt, (73.2)

где Р — энергия, поглощаемая в поглотителе в единицу времени, пропорциональная мощности источника теплоты. Уравнение (73.2) учитывает тот факт, что выделяемая энергия частично идет на нагрев тела, а частично передается окружающей среде.

В зависимости от температурного режима оболочки различают изотермический и адиабатический калориметры. В изотермических калориметрах температуру оболочки поддерживают все время постоянной. Между поглотителем и оболочкой существует за­метный теплообмен, поправку на который нужно определять в каждом конкретном случае. Для изотермического режима инте­грирование уравнения (73.2) дает

ехр A = -۶'٠٠٠٠۶^с5п(Г٠٠٢٤^/)-_> \ / Р— К؟٠п(٣о — ٢')

где Т — температура поглотителя через время облучения t\ Т'— температура оболочки (постоянная); То — температура поглоти­теля в начальный момент.

229