Лабораторная работа № 4 дозиметрия фотонного излучения с помощью газоразрядных счетчиков

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: оценить возможности измерения амбиентного эквивалента дозы газоразрядными счетчиками; изучение энергетической зависимости чувствительности различных типов дозиметров.

Основной физической величиной в дозиметрии для оценки меры радиационного воздействия на среду является поглощенная доза. Поглощенная доза D определяется как отношение средней энергии ионизирующего излучения dE, поглощенной в элементарном объеме вещества, к массе dm вещества в этом объеме

D= . (4.1)

Поглощенная энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, поглощенной объемом, деленной на массу этого объема. За единицу поглощенной дозы излучения в СИ принимается грей (Гр). Грей равен поглощенной дозе ионизирующего излучения, при котором веществу массой 1 кг передается энергия 1 Дж (1 Гр = 1 Дж/кг).

Внесистемная единица поглощенной дозы излучения рад. Рад соответствует поглощению 100 эрг энергии излучения в 1 г облученного вещества, 1 рад = 0,01 Гр. Следует подчеркнуть, что оценка радиационного воздействия по поглощенной дозе используется для любого вида излучения и любого вещества.

Измерение поглощенной дозы связано с большими трудностями, и особенно, для проникающего излучения, каким является фотонное излучение. Экспериментально дозу от фотонного излучения легче всего измерить по эффекту ионизации в воздухе, который является тканеэквивалентной средой.

Это позволяет по ионизационным эффектам в воздухе делать количественные оценки величин поглощенной и эквивалентной доз в биологической ткани.

В качестве меры воздействия на среду косвенно ионизирующего излучения, к которым относится фотонное излучение, часто используется физическая величина – керма.

Керма К – отношение суммы первоначальных кинетических энергий dE_к всех заряженных ионизирующих частиц, образованных под действием косвенно – ионизирующего излучения в элементарном объеме вещества к массе dm вещества в этом объеме

К = dE_к / dm (4.2)

При этом в качестве вещества, в котором определяется керма, часто используют воздух.

Единица кермы – грей (Гр) совпадает с единицей поглощенной дозы.

Для энергий фотонов радионуклидных источников (Е ≤ 3 МэВ) значение кермы в воздухе с погрешностью ± 2% совпадает с величиной поглощенной дозы в воздухе.

Непосредственное измерение поглощенной дозы или мощности экспозиционной дозы производят различными методами, в частности, используют ионизационные камеры и газоразрядные счетчики.

Ионизационные камеры из-за ограниченной чувствительности обычно используются для измерений больших мощностей доз, а для измерения малых мощностей, в том числе для группового контроля – газоразрядные счетчики.

Чтобы оценить возможность применения газоразрядных счетчиков в дозиметрии фотонного излучения, необходимо установить связь между скоростью счета N и мощностью воздушной кермы, определяемой соотношением

= _кmВ  I_ = _кmВ  Е_ φ , (4.3)

где I_ – интенсивность излучения; _кmВ – массовый коэффициент передачи энергии фотонного излучения для воздуха; Е_ – энергия фотонов; φ – плотность потока фотонов.

Счетчик регистрирует только часть фотонов, падающих на поверхность катода. При этом эффективность регистрации  определяется соотношением:

(4.4)

где N – число разрядов в счетчике в единицу времени; S – площадь рабочей поверхности счетчика (катода).

Выразив из (4.4) и подставляя φ в (4.3), получим:

=_кmВ  Е_ . (4.5)

Используемая при операционном дозиметрическом контроле мощность амбиентного эквивалента дозы определяется соотношением:

, (4.6)

где f(10) - коэффициент перевода мощности воздушной кермы ( Гр/с) в мощность амбиентного эквивалента дозы, Зв/с.

В табл. 4.1 приведены коэффициенты перевода от кермы в воздухе К и экспозиционной дозы Х к эквивалентной дозе взависимости от энергии фотонного излучения.

Таблица 4.1