Сцинтилляционный метод дозиметрии
Сцинтилляционный метод дозиметрии основывается на известном физическом явлении люминесценции при поглощении ионизирующего излучения некоторыми веществами (сцинтилляторами). С введением фотоумножителей для счета вспышек люминесценции сцинтилляционные измерительные приборы нашли широкое применение в ядерной физике и, в частности, в дозиметрии.
Сцинтилляторы классифицируют по ряду признаков. Различают органические и неорганические сцинтилляторы. Органические сцинтилляторы представляют собой монокристаллы некоторых органических соединений антрацена, стильбена, нафталина или твердые полимерные структуры – полистирол с растворенным в нем р-терфенилом. Неорганические сцинтилляторы это монокристаллы некоторых неорганических соединений NaI, CsI, КI, ZnS и др. При выращивании кристаллов в большинство из них вводятся специальные примеси, которые увеличивают плотность центров люминесценции.
Для целей дозиметрии необходимо установить связь между анодным током фотоумножителя ia или скоростью счета импульсов тока n и мощностью дозы.
Для сцинтилляционного
дозиметра в токовом режиме чувствительность,
или отношение анодного тока ФЭУ ia
к мощности экспозиционной дозы
равно
,
(1.5)
где z линейный коэффициент ослабления -излучения в сцинтилляторе; kmz и kmв массовые коэффициенты передачи энергии излучения в сцинтилляторе и в воздухе, h высота цилиндрического сцинтиллятора. Коэффициент «а» объединяет все входящие в выражение (1.5) величины, не зависящие (или слабо зависящие) от энергии:
.
(1.6)
Здесь q заряд электрона, конверсионная эффективность сцинтиллятора, определяющая ту часть потерянной в сцинтилляторе энергии ионизирующего излучения, которая преобразуется в энергию световых фотонов, р – вероятность появления на фотокатоде фотоэлектронов на один рожденный в сцинтилляторе световой фотон, М коэффициент усиления ФЭУ, численно равный отношению числа электронов, пришедших на анод, к числу электронов, выбитых из фотокатода, h средняя энергия светового фотона, возникающего в сцинтилляторе, z и V плотность и объем сцинтиллятора.
Формула (1.5) определяет энергетическую зависимость чувствительности (ход с жесткостью) сцинтилляционного дозиметра в токовом режиме.
Для достаточно тонкого сцинтиллятора, когда zh 1, ход с жесткостью сцинтилляционного дозиметра в токовом режиме полностью определяется отношением коэффициентов передачи энергии kmz/kmв.
Существующие сцинтилляторы имеют эффективный атомный номер либо меньше, чем у воздуха (органические сцинтилляторы), либо значительно больше (неорганические сцинтилляторы), поэтому они обладают существенным ходом с жесткостью.
Удачный способ компенсации хода с жесткостью заключается в использовании комбинированного сцинтиллятора, в котором неорганический сцинтиллятор в мелкодисперсном виде внедрен в органический. Примером могут служить дозиметры ДРГ3-01, 02, 03, имеющие ход с жесткостью 10 - 15 % в области энергий от 30 кэВ до 3 мэВ. Такой результат получен применением сцинтиллирующей пластмассы с добавлением в нее 0,4 % ZnS(Аg).