сеяние электронов в конверторе приводит к тому, что они про­ходят в газовом промежутке путь, несколько больший, чем рас­стояние между электродами h. Если а — угол, под которым электрон пересекает рабочий объем камеры, то эффективное расстояние, проходимое им в газовом промежутке:

/i_3(J)=/٧cos а. (79.9)

Среднее значение cos а можно вычислить, зная угловое рас­пределение электронов и позитронов, выходящих из конверторов. Величиной й_Эф нужно заменить значение h в формуле (79.8).

Наличие длиннопробежных 6-электронов приводит к тому, что фактическая ионизация в газовом промежутке оказывается несколько меньше, чем вычисленная по формулам (79.4) и (79.5). Среднее значение числа пар ионов на единице пути заряженной частицы %(£٦>) в формулах (79.1) и (79.2) вычисляется в предпо­ложении, что вторичные электроны * полностью расходуют свою энергию в пределах газового промежутка. Однако среди вторич­ных электронов могут быть такие, которые сами способны иони­зовать газ (6-электроны) и имеют достаточно большой пробег, чтобы выйти за пределы газового промежутка. Роль 6-электро­нов тем выше, чем меньше газовый зазор, и при использовании метода разности пар занижение результатов достигает 12%.

При учете 6٠электронов, а также рассеяния заряженных ча­стиц в конверторе и фотоэффекта можно получить точность аб­солютного измерения интенсивности около 10%. Такая же точ­ность обеспечивается толстостенной камерой и квантометром.

§ 80. Дозиметрия ускоренных заряженных частиц

Пучки тяжелых заряженных частиц (протонов, дейтронов, тя­желых ионов и т. п.), получаемые в ускорительных установках, находят все более широкое применение в радиобиологических исследованиях; ускоренные тяжелые частицы применяются в ме­дицине, а также для воздействия на различные материалы в це­лях изучения и изменения их свойств. Поэтому все большее значение приобретает дозиметрия тяжелых заряженных частиц и особенно (в связи с космическими полетами) дозиметрия заря­женных частиц высоких энергий.

Поглощенную дозу заряженных частиц можно определить, либо непосредственно измеряя энергию, переданную заряженны­ми частицами облучаемому объекту, либо расчетным путем по известным плотности потока частиц и линейной передаче энергии. Для тяжелых частиц в принципе можно применять все экспери­ментальные методы дозиметрии; практически, однако, приходится учитывать особенности взаимодействия ускоренных тяжелых ча­стиц с веществом.

* Здесь — электроны, которые высвобождаются в процессе ионизации га­за заряженными частицами, попавшими в газовый объем конвертора.

245

Обладая значительно большей массой, чем электроны, тяже­лые частицы создают более направленные пучки, поскольку в элементарном акте взаимодействия рассеяние происходит на меньшие углы. Тяжелые частицы создают большую плотность ионизации, что часто приводит к преобладанию колонной реком­бинации и затрудняет собирание ионов в ионизационных каме­рах. При высоких энергиях частиц возможны специфические ядерные реакции, которые необходимо учитывать при оценке по­глощенной дозы.

Средняя энергия ионообразования для тяжелых частиц сохра­няет приблизительно постоянное значение. Так, для протонов с энергиями выше 2 МэВ она может быть равной 34 эВ. Однако экспериментальных данных по средней энергии ионообразования тяжелых частиц высоких энергий сравнительно мало, и они не всегда согласуются между собой.

Для дозиметрии пучков заряженных частиц практически при­меняют плоскопараллельные ионизационные камеры, миниатюр­ные камеры с тонкими стенками, люминесцентные и химические дозиметры, а также активационные методы; иногда используют цилиндр Фарадея. В цилиндре Фарадея собирается заряд, пере­носимый заряженными частицами. По величине собранного за­ряда можно подсчитать число частиц.

Плоскую ионизационную камеру можно применять в двух ва­риантах: 1) силовые линии собирающего электрического поля перпендикулярны направлению пучка частиц и 2) силовые ли­нии поля параллельны пучку.

В первом случае частицы проходят параллельно электродам, не касаясь их; такая ориентировка камеры позволяет свести к минимуму поглощение частиц по пути в измерительный объем. Измерительный объем определяется площадью сечения пучка и длиной измерительного электрода; геометрическая расходимость пучка и рассеяние частиц вносят некоторую неопределенность в величину измерительного объема.

Во втором случае частицы при входе и выходе из измеритель­ного объема пересекают электроды по перпендикуляру. Такая ориентировка камеры позволяет точно определять измеритель­ный объем. Для уменьшения поглощения пучка электроды долж­ны быть по возможности тоньше. Собирающий электрод в фор­ме диска окружен охранным кольцом. Площадь собирающего электрода берется несколько меньшей, чем сечение пучка. Изме­рительный объем определяется площадью собирающего электро­да и глубиной камеры.

Для плотноионизирующих частиц, если преобладает колон­ная рекомбинация, в камерах первого типа легче обеспечивает­ся полное собирание ионов.

Взаимодействие ускоренных заряженных частиц с атомными ядрами во многих случаях сопровождается образованием радио­активных нуклидов. При облучении биологической ткани быст­рыми заряженными частицами наведенная активность в основном 246

определяется изотопами ¹⁵О (7٦/2=2,8 мин), ¹³Ы (Г1/2 = Н мин) и ¹¹С (7٦/2=20,4 мин), образующимися в реакции (р, рп). Все эти нуклиды испускают позитроны, которые в процессе замедле­ния аннигилируют с электронами. Возникающее при этом анни­гиляционное излучение можно легко измерить.

Активность А облученного участка ткани через время ، по­сле прекращения облучения выражается суммой

А=Ао ехр (—Л٠) +Ам ехр (—А٠) -(-•Ас (—Л٠с،) > (80.1)

где Ао, Ам, Ас — начальные активности радионуклидов ¹⁵О, ¹³Ы и ¹¹С; Ло, Хы, кс — соответствующие постоянные распада.

Измеряя суммарную активность А через различные проме­жутки времени, можно составить систему уравнений, из которой легко определить А_о, Ам и А_с. Содержание кислорода, азота и углерода в ткани известно, поэтому при заданных сечениях реак­ций можно найти плотность потока заряженных частиц. Подоб­ный метод был использован при изучении пространственного рас­пределения плотности потока заряженных частиц в теле облу­чаемого животного.

Для абсолютного определения плотности потока частиц в пучке удобно применять полиэтиленовые фольги, в которых ак­тивируется нуклид ¹²С.

Вычисляя поглощенную дозу по измеренной плотности потока частиц, следует учитывать передачу энергии в результате взаи­модействия как с электронами среды (ионизация и возбуждение атомов), так и с ядрами. Расчеты показывают, что в легких ве­ществах можно пренебречь вкладом в поглощенную дозу ядер- ного взаимодействия протонов с энергией ниже 200 МэВ. С уве­личением энергии протонов роль их взаимодействия с ядрами возрастает; так, при энергии протонов 660 МэВ вклад в дозу в результате передачи энергии в ядерных взаимодействиях состав­ляет 10 % в биологической ткани и 21 % в свинце *.

Для дозиметрии тяжелых заряженных частиц с успехом мож­но применять ядерные фотоэмульсии. Вдоль трека заряженной частицы в эмульсии образуется скрытое изображение, которое проявляется в результате химической обработки. Число проявлен­ных зерен галоидного серебра, входящего в состав эмульсии, можно сосчитать, и оно пропорционально энергетическим поте­рям заряженных частиц. При очень больших значениях йЕ/йх пропорциональность нарушается. Диапазон энергетических по­терь, для которых сохраняется пропорциональность между чис­лом зерен и величиной (1Е/с1х, можно расширить, применяя на­бор эмульсий различной чувствительности. Для частиц с боль­шими значениями (1Е/с1х счет зерен следует производить в менее чувствительной эмульсии. Такой набор можно составить, напри­мер, из следующих типов эмульсий: БР-2 — для регистрации про­тонов практически любых энергий, К — для протонов с энергия­ми до 150—300 МэВ, Я-2 — для протонов с энергиями до 50—

* Расчеты выполнены И. Б. Кеирим-Маркусом с сотрудниками,

247

100 МэВ, Т-3 — для протонов с энергиями до 30—50 МэВ и П-8— для регистрации многозарядных ионов.

Подсчет числа зерен вдоль трека частиц дает величину йЕ/йх, а общее число треков можно связать с током частиц 7 через поверхность эмульсии за все время облучения. Поглощен، ная доза в веществе эмульсии

Р=/(٥Е/٠, (80.2)

где (йЕ/йх) — усредненное значение энергетических потерь ча­стиц, которое определяется по числу проявленных зерен; г — средний путь, пройденный частицами в слое эмульсии, выражен­ный в единицах ее толщины. Величину г можно приближенно вычислить в каждом конкретном случае, если известно угловое распределение регистрируемых частиц.