Климанов Дозиметрия ионизируюшчикх излучениы 2015

Естественно, что показания, связанные с инструментальным фоном, необходимо вычитать из суммарных показаний дозиметра. Традиционный способ определения инструментального фона состоит в проведении измерения в отсутствие измеряемого радиационного поля. Тогда показания дозиметра будут определяться инструментальным фоном (r0) плюс показания, вызываемые фоновым радиационным полем (rb). Когда требуется определить "чистый" инструментальный фон, то дозиметр следует поместить в условия пониженного радиационного фона.

Если фоновые показания стабильны во времени, их вычитание из результатов измерения мало повлияет на воспроизводимость измерений. В противном случае флуктуации фона могут иметь отрицательное влияние на воспроизводимоть. Часто применяется простое правило, что нижний предел практического дозового диапазона дозиметра равен дозе, удваивающей показания, связанные с инструментальным фоном. Оценка воспроизводимости измерений из серии повторных измерений эффекта и фона позволяют более точно получить количественную информацию. Если известно стандартное отклонение σ' среднего значения серии измерений эффекта

ное отклонение показаний для "чистого" эффекта равно

В тех случаях, когда фон пренебрежимо мал, нижний дозовый предел определяется способностью выводного устройства дозиметра обеспечить "удобочитаемое" значение r измеряемой дозы

Dg . Если r меньше 10 % от полной шкалы аналогового устройства

дозиметра, или содержат меньше, чем трех значимых цифр на цифровом выводном устройстве, то воспроизводимость и точность будут неудовлетворительными и следует использовать более чувствительный диапазон дозиметра.

Если как показания, создаваемые фоновым излучением, так и показания, обусловленные инструментальным фоном, не оказывают существенного влияния на величину нижнего дозового предела, то в этом случае он определяется стохастической природой самого ионизирующего излучения.

311

4.3.2. Верхний предел измеряемой дозы

Верхнее значение измеряемой дозы может определяться, с одной стороны, особенностями электроники или показывающего устройства дозиметра, и, с другой стороны, особенностями используемого метода дозиметрии, т.е. самим дозиметром. К последней группе ограничений относятся следующие:

•истощение атомов, молекул, или ловушек, взаимодействие которых с излучением обеспечивало показания дозиметра;

•конкуренция со стороны других реакций (в химической дозиметрии);

•радиационное повреждение дозиметра.

Приближение к верхнему дозовому пределу обычно проявляется уменьшением чувствительности дозиметра(drdDg ) до непри-

емлемого значения. В некоторых случаях чувствительность дозиметра может падать до нуля или даже до отрицательных значений (рис. 10.3), как это имеет место, например, в фотодозиметрии. В принципе, отрицательный участок чувствительности тоже может использоваться для измерения, однако тогда необходима дополнительная информация, в какой области находится дозиметр. Иначе возникает неоднозначность в значении дозы.

Рис. 10.3. Иллюстрация неоднозначности показаний дозиметра при наличии участков с положительным и отрицательным наклоном чувствительности

312

4.3.3.Влияние мощности дозы

Удозиметра, предназначенного для измерения дозы, не должна быть зависимость показаний от мощности дозы. Подобная проблема иногда возникает при применении ионизационного метода для измерений в области низких значений мощности дозы. Причиной неадекватности показаний в этом случае могут служить токи утечки по изолятору камеры, которые к тому же нестабильны во времени.

В области высоких значений мощности дозы эта проблема является не менее актуальной. При высоких значениях мощности дозы треки от отдельных частиц ионизирующего излучения проходят близко друг от друга, создавая, таким образом, области высокой ионизации. В ионизационных камерах в таких случаях может происходить неполный сбор заряда на электродах из-за процессов рекомбинации, в химических дозиметрах свободные радикалы, образующиеся в результате воздействия излучения, начинают взаимодействовать друг с другом и т.д.

Если дозиметр предназначен для измерения мощности дозы, то

его показания должны быть пропорциональны ~ (dDg dt) . Однако

большинство детекторов при высоких мощностях дозы входят в режим насыщения, а у некоторых детекторов, работающих в импульсном режиме, например счетчиков Гейгера, из-за эффекта наложения мертвого времени от отдельных событий при высоких мощностях дозы чувствительность может упасть до нуля. Особенную осмотрительность следует проявлять при измерении мощности дозы в импульсных полях.

4.4. Стабильность

Стабильность характеристик и особенно дозовой чувствительности представляет естественное требование к дозиметрической аппаратуре. В этом плане различают стабильность, сохраняющуюся в период хранения дозиметров перед облучением, и стабильность после облучения, относящуюся к стабильности показаний, которые регистрируются (снимаются) через некоторое время после того, как дозиметр выведен из радиационного поля. Изменение чувствительности дозиметров в период хранения может быть свя-

313

зано с влиянием температуры и влажности окружающей среды, воздействием света или электромагнитного поля и др. Особенно чувствительными к условиям хранения являются материалы для фотодозиметрии. Постепенно уменьшают свою чувствительность в период хранения при комнатной температуре некоторые виды термолюминесцентных дозиметров.

У люминесцентных и некоторых других видов интегральных дозиметров наблюдается нестабильность показаний во времени, прошедшего после процесса облучения. Этот эффект затухания показаний называют фэйдингом. Для устранения погрешностей измерения дозы, вызываемых фэйдингом, в лабораториях применяется специальная технология подготовки дозиметров к измерениям и снятия показаний с таких дозиметров после облучения.

4.5. Энергетическая зависимость чувствительности

По характеру энергетической зависимости чувствительности дозиметры можно разделить на три группы [1]. К первой группе относятся дозиметры, чувствительность которых зависит от средней энергии падающего излучения при измерении экспозиционной дозы. В качестве опорной энергии для нормализации зависимостей чувствительности от энергии фотонов обычно используется γ- излучение Со-60 со средней энергией 1,25 МэВ (в последних рекомендациях Cs-137). На рис. 10.4 показан пример подобной зависимости для тормозного излучения, наблюдаемой в тех случаях, когда материал дозиметра имеет средний атомный номер не равный среднему атомному номера воздуха. Подъем или спад кривой на рис. 10.4 в области низких энергий связан с сильной зависимостью сечения фотоэффекта от атомного номера среды. Оценить характер такой зависимости можно из выражения [1]

если принять следующие допущения: 314

области энергий фотонов до 50 МэВ. Так как пробеги образующихся в этом случае заряженных частиц велики, то подразумевается существование только TCPE, g = w и β материала дозиметра такое же как у воды.

Рис. 10.5. Иллюстрация зависимости чувствительности дозиметра от средней энергии фотонов при измерении поглощенной дозы в воде [1]

Для электронов с кинетической энергией T уравнение, соответствующее уравнению (10.24) и нормализованное при Т = 1 МэВ, будет иметь вид [1]

если выполняются следующие допущения:

•для δ-электронов, входящих и выходящих из чувствительного объема, существует CPE;

•электроны теряют в дозиметре небольшую долю своей энер-

гии;

•рассеяние электронов в газе чувствительного объема такое же как в воде;

•показания дозиметра на единицу поглощенной дозы остаются независимыми от энергии частиц.

Эта зависимость показана на рис. 10.6.

316

Рис. 10.6. Иллюстрация зависимости чувствительности дозиметра от средней энергии электронов при измерении поглощенной дозы в LiF, кость-эквивалентном дозиметре и в ионизационной камере, заполненной воздухом [1]

К третьей группе относятся дозиметры, у которых имеется зависимость показаний на единицу поглощенной дозы в материале чувствительного объема дозиметра от вида излучения или его качества. Такая зависимость часто называется ЛПЭ-зависимостью, так как отражает изменение показаний на единицу дозы в зависимости от плотности треков заряженных частиц. Подобный эффект может вызываться, например, рекомбинацией ионов в плотных треках.

Энергетическая зависимость чувствительности дозиметров может модифицироваться с помощью дополнительной фильтрации падающего излучения или других приемов [2]. Например, в случае повышенной чувствительности в области низких энергий фотонов в конструкцию дозиметров полезно включить тонкий фильтр из материала с высоким атомным номером. Толщину такого фильтра можно приближенно найти, используя закон ослабления для нерассеянного излучения.

5. Оценивание результатов радиационного контроля

Важнейшей областью практического приложения дозиметрии ионизирующих излучений является радиационный контроль как

317

непосредственно на производстве, где используются радиационные технологии или имеются источники ионизирующего излучения, так и на территориях, примыкающих к таким объектам. В данном разделе рассматривается ряд вопросов, связанных с представлением результатов дозиметрического контроля внешнего профессионального облучения согласно официальным методическим указаниям (МУ) [3] с сохранением (в большинстве случаев) обозначений и определений основных понятий. Некоторые изменения в обозначениях сделаны в целях 'большего единообразия.

5.1. Основные понятия

Для адекватной интерпретации рекомендаций, содержащихся в официальных документах введем определение некоторых понятий.

Средство измерения (СИ) – техническое средство или комплекс средств (включая встроенные и сопряженные средства обработки информации), предназначенное для измерений конкретной физической величины и имеющее нормируемые метрологические характеристики.

Показания СИ (x) – значение измеряемой величины, получаемое как непосредственный отсчет СИ (в том числе, после автоматизированной обработки с помощью сопряженного процессора) или после введения обязательных (регламентированных) поправок.

Показания СИ при многократных (n) наблюдениях в неизменных условиях определяются как среднее арифметическое значение

X показаний хi, полученных при i-наблюдении:

При измерениях в неизменных условиях показания СИ имеют случайный разброс значений, который характеризуют средним квадратичным отклонением (СКО):

• для xi

• для X

318

При этом интервал значений, в котором с (доверительной) вероятностью Р может находиться "истинное" показание СИ оценивается как

где разброс (неопределенность) значений вычисляется по соотношению

В технических измерениях P = 0,95 и при достаточно большом количестве наблюдений (n = 5 ÷ 10) принимают tp = 2 для нормального закона распределения случайной величины и tp = 1,7 – для равномерного распределения.

О метрологической корректности однократных измерений говорить затруднительно. Для СИ, в основе показаний которых лежит число зарегистрированных импульсов N, т.е Х = кN, в качестве

СКО обычно принимается σ = k N.

Два метрологических понятия связанные со средствами изме-

рений и их практическим применением:

•погрешность СИ определяется как отличие показаний СИ от истинного значения измеряемой величины;

•неопределенность измерений как характеристика точности измерений искомой величины с помощью данного СИ, определяющая разброс возможных при данном измерении значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

Важно подчеркнуть, что первое понятие предполагает знание истинного значения величины, а второе – ориентировано на оценку истинного значения измеряемой величины.

Погрешность СИ – метрологическая характеристика СИ, опре-

деляемая как отличие показания СИ (Х) от истинного значения (Х0) измеряемой величины, в качестве которой принимается значение величины, воспроизводимой соответствующим эталоном:

319

• абсолютная погрешность (в единицах измеряемой величины)

Погрешность СИ определяется как вероятностная оценка интервала возможных показаний СИ при измерении данной величины:

•+ иδ+ − в сторону больших значений;

•− иδ− − в сторону меньших значений.

Погрешность обычно задается симметрично относительно Х0

(т.е. δ+ = δ− = δ ) для отдельных влияющих факторов или их совокупности. При наличии нескольких источников погрешностей:

i=1

гдестейδ. i – погрешность СИ, обусловленная i-источником погрешно-

Следует иметь в виду, что при определении погрешностей СИ выполняют многократные измерения с целью максимального уменьшения СКО показаний СИ. Поэтому погрешность СИ трактуется как систематическая погрешность, влияние которой на результат измерения при практическом применении СИ не может быть уменьшено проведением многократных наблюдений в неизменных условиях измерений.

Погрешность задается как предел погрешности (при доверительной вероятности Р = 0,99) или как доверительная погрешность

(при Р = 0,95).

Погрешность методики выполнения измерений (δм). Понятие

"погрешность" в трактовке, аналогичной понятию "погрешность СИ", полностью применимо к методикам выполнения измерений (МВИ). Имеются в виду неисключенные погрешности обработки измерительной информации, погрешности пробоподготовки и др.

Неопределенность измерений – параметр, определяющий ин-

тервал вокруг измеренного значения величины, внутри которого с заданной вероятностью находится истинное значение измеряемой величины.

Для обозначения доверительного интервала (для Р = 0,99; Р = =0,95 и др.) принято использовать термин "расширенная неопреде-

320