§ 94. Экспериментальные методы микродозиметрии

Задача экспериментальной микродозиметрии заключается в том, чтобы получить спектр А٢(У)—зависимость числа событий от размера события У. Напомним, что событием является факт пересечения заряженной частицей микрообъема, а размер со­бытия определяется энергией, переданной этой частицей веще­ству, находящемуся в микрообъеме. Из этого распределения на основании соотношений предыдущего параграфа можно дать пол­ное описание распределения поглощенной энергии в микрообъеме.

Использование сферического пропорционального счетчика, предложенного Росси и Розенцвейгом (§ 85), является основным методом экспериментальной микродозиметрии. Первоначально этот счетчик был разработан для определения спектрального распределения дозы по ЛПЭ, т. е. для измерения макроскопиче­ских величин. Чтобы использовать этот счетчик для целей ми­кродозиметрии, необходимо обеспечить эквивалентность измери­тельного объема счетчика микрообъему облучаемого объекта. Другими словами, при заданных условиях облучения (интенсив­ности, виде излучения, времени облучения и т. п.) распределе­ние событий в макрообъеме счетчика должно быть таким же, как в микрообъеме облучаемого вещества. Обеспечить это усло­вие можно выбором подходящего размера счетчика и давления наполняющего газа.

Характеристические размеры микрообъемов в биологической ткани, представляющих практический интерес, имеют порядок десятков нанометров и ниже. Чтобы создать эквивалентные усло­вия, давление газа в счетчике должно быть чрезвычайно низким. Так, для счетчика диаметром 3 см давление, обеспечивающее эквивалентный размер микрообъема в ткани порядка 100 нм, должно быть примерно 670 Па. Понижение давления газа при­водит к определенным практическим затруднениям, связанным со спецификой работы пропорционального счетчика (например, изменяется коэффициент газового усиления). Минимальный объем счетчика ограничен условием, при котором отношение площади поверхности внешнего электрода к объему не должно быть слиш­ком большим; в противном случае возникает проблема обеспе­чения постоянного состава тканеэквивалентного газа, который может нарушиться вследствие взаимодействия газа с веществом стенки.

Помимо практических трудностей, связанных с работой счет­чика и электронно-счетной аппаратуры, возникают и принци­пиальные затруднения.

В конечном итоге нас интересует энергия, переданная микро­объему в конденсированной среде, а экспериментально мы опре­деляем ионизацию в газе. Переход от ионизационного эффекта к поглощенной энергии требует знания средней энергии ново­образования №. До сих пор нас интересовала эта величина только для воздуха в связи с ионизационными методами дози­метрии. Мы полагали, что № не зависит от энергии частиц, и при- 295

нимали ее равной 34 эВ. Применительно к микродозиметрии такое предположение может привести к серьезным ошибкам при определении переданной энергии в индивидуальных собы­тиях, особенно частицами низких энергий. Кроме того, необхо­димо знать величину ١٢ для того газа, которым наполнен счетчик.

Тщательный анализ экспериментальных данных и вычисления средней энергии ионообразования, выполненные под руковод­ством Б. М. Исаева, дают следующие результаты.

Для электронов в этилене ١٢٠٥=26,7± 0,3 эВ; в ацетилене ١٢٠٥=25,4 ±0,3 эВ.

Для а٠частиц в диапазоне энергий 5—8 МэВ средняя энер­гия ионообразования приближенно определяется формулами:

в аргоне

١٢ = 27,5+1,9/٦٨Е;

,£٠/|٠/6,5-|-32,75 = ١٢

в воздухе

где Е выражена в мегаэлектрон-вольтах.

Очень важными являются значения № для нейтронов. Здесь следует говорить об эффективном значении средней энергии ионо­образования, которое учитывает вклад всех вторичных заряжен­ных частиц. Расчеты, выполненные для нейтронов, дают следую­щие значения ١٢٠٠ в различных соединениях (Б. М. Исаев): С₂Н₄ —28,0 эВ; С₂Н₂ —27,5 эВ; СН₄ —29,4 эВ; СО₂ —34,3 эВ.

Энергетическая зависимость средней энергии ионообразования в области низких энергий электронов удовлетворительно описы­вается формулой

١٢٥٥=١٢/ (1—е и г/Ее), (94.1)

где — энергия ионизации, равная для тканеэквивалентного газа 14,5 эВ.

Была предпринята попытка экспериментально измерить энер٠ гию ионообразования электронов в тканеэквивалентном газе. В результате получено значение

١٢٥٥=31,3±0,7 эВ. (94.2)

Наконец, следует учитывать различие в передаче энергии атомам газа и твердого тела, обусловленное эффектом плот­ности. Это различие может быть учтено теоретически. Наличие стенки в ионизационной камере, строго говоря, приводит к не­адекватности газового объема и эквивалентного объема в био­логической ткани. Поэтому один из путей развития ионизацион­но-импульсного метода — это создание бесстеночных пропорцио­нальных счетчиков.

Выбор сферической геометрии счетчика обусловлен возмож­ностью простой интерпретации спектра и удобством теоретиче­ского анализа. Однако реальные формы микрообъемов отлича­ются от сферы. В то же время основные микроскопические ве- 296