книги из ГПНТБ / Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии

химического превращения здесь практически пропорционально объему ячейки.

При работе с заряженными частицами следует учитывать, что они имеют сравнительно малые пробеги. Этим в принципе и дол­ жен определяться здесь выбор толщины стенок используемой ячейки. Возможность значительного поглощения энергии стен­ ками ячейки необходимо иметь в виду и в случае фотонов малой энергии. В табл. 29 приведены данные о поглощении таких фото­ нов нейтральным стеклом [1 1 ].

5. Как правило, ячейки перед проведением дозиметрии должны быть тщательно очищены. Специфические особенности очистки ячеек применительно к конкретным дозиметрическим системам обсуждаются в соответствующих главах книги.

6 . Рекомендуется дозиметрические опыты проводить в тех

же ячейках или сосудах, что и дальнейшие эксперименты по изучению радиолиза той или иной системы. При этом необходимо строго соблюдать одинаковую геометрию опытов, т. е. одинаковое расположение дозиметра и исследуемой системы относительно источника излучения.

При дозиметрических измерениях необходимо стремиться к тому, чтобы дозиметрическая система и исследуемый объект ха­ рактеризовались радиационным подобием. Если же по каким-ли­ бо причинам нельзя подобрать радиационно-подобную дозимет­ рическую систему, то после измерения количества химического превращения в использованной системе следует рассчитать вели­ чину дозы, поглощенной ею, а затем величину дозы, поглощенной исследуемым объектом.

U9

5. Расчет величины дозы, поглощенной исследуемым объектом, исходя из показаний дозиметра

Величину дозы, поглощенной дозиметрической системой, вы­ числяют, исходя из количества химического превращения и зна­ чения G этого превращения. Если доза D выражается в эв/мл, то общая формула для этого расчета такова:

где п — число молекул вещества, образующегося или разлагаю­ щегося при облучении 1 мл системы. При переходе к молярной концентрации этого вещества (обозначим ее буквой с) формула (2 ) преобразуется к виду

или

Для нахождения дозы в эв/г и рад используются следующие вы­ ражения:

где р — плотность дозиметрической системы в г/см3,

9,64-108-с

Наиболее часто дозиметрическая и исследуемая системы имеют различные характеристики поглощения энергии ионизирующего излучения (радиацпоппое подобие отсутствует). В этом случае необходимо осуществить пересчет показаний дозиметра примени­ тельно к данному объекту. Рассмотрим, каким путем осуществля­ ется такой пересчет в случае рентгеновского и у-излучений.

В общем виде формула для описываемого пересчета имеет следующий вид:

Согласно [77], фактор накопления при определении поглощен­ ной дозы данным химическим дозиметром есть отношение истинной поглощенной дозы в дозиметре к поглощенной дозе, которая была бы измерена в дозиметре, если бы отсутствовало рассеян­ ное излучение.

120

Т а б л и ц а 30

121

Т а б л и ц а 30 (окончание)

Влияние отношения (5 CIICT/5 n0 3 nMeTp) на расчеты дозы было

подробно рассмотрено А. Бриьелфсоном [77]. Он рассчитал эти коэффициенты для различных дозиметрических систем в случае точечного изотропного источника у-излучения 60Со. Результаты

некоторых его расчетов показаны в табл. 30. В этой таблице В н,о обозначает соответствующий коэффициент для воды.

Рассмотрение данных, приведенных в табл. 30, показывает, что для у-лучей 60Со отношение -5Сист/-8дозиметр равно ~ 1 в тех случаях, когда используются небольшие объемы, исследуемая система состоит из элементов с низким атомным номером и до­ зиметром является какой-либо разбавленный водный раствор. В этих условиях ослабление потока у-лучей 00Со мало и практиче­ ски одинаково для обеих систем.

В радиационно-химической практике поглощенные дозы часто относят не к единице массы, а к единице объема. В этом случае

122

Т а б л и ц а 32

Значения д сп/ р (п с.м-/г) для некоторых материалов

Формулы (9) и (10) так же, как и формула (8 ), справедливы при

■бснст/-Вдозиметр = 1 .

В главе I были даны определения коэффициентов ца/р, рк/р и реп/р. Величины этих коэффициентов имеются во многих рабо­ тах (см., например, [78—80]). Поскольку в расчетах дозы при переходе от одной системы к другой используется обычно щп/р, в табл. 31 и 32 приведены величины этого коэффициента для ряда элементов и некоторых материалов. Отметим, что в случае систем, состоящих из легких элементов, коэффициенты ц0 /р, р.к/р и [хеп/р

отличаются друг от друга незначительно.

В радиационной химии очень часто используются системы, включающие элементы с малым порядковым номером, и энергии излучения от 0,1 до 3 Мэе. В этих случаях преобладающим при

125

взаимодействии фотонов с веществом является комптоновский эффект. Здесь справедливо соотношение

(^ct/PWct_______^

(Р'еп/Р^дозиметр [“‘•Pj (^[/-ДЛдозимстр

где A t и Z; есть атомный вес и порядковый номер элемента i в системе, a p t — его весовая доля.

Атомный номер, определяемый из суммы Брг (ZJAi), обычно называется эффективным атомным номером, т. е. принимается, что сложное вещество или смесь веществ состоят из атомов одного

Поэтому в данных условиях формула (7) при 5 сист/5д03,шетр =

=1 преобразуется к впду

Для систем, состоящих из атомов легких элементов, Z/A близко

к 0,5. Например, для воды Z/А составляет 0,555, а для воздуха — 0,499. Поэтому значения р.,.„/р в рассматриваемой области энергий почти равны для таких систем, и в этом случае при приб­

лиженных расчетах можно положить, что (Z/Л )сист ~ (^ М )ДОЗпметр)

и исследуемой систем. Электронная плотность определяется вы­ ражением

где N о — число Авогадро.

При энергиях фотонов в несколько мегаэлектронвольт пере­ счет существенно усложняется тем обстоятельством, что химиче­ ские превращения в системе могут быть вызваны в значительной степени вторичными электронами, генерированными в окружаю­ щей среде и попадающими в раствор. Поэтому системы необходимо

126

окружать тонкими слоями соответствующих материалов с тем, чтобы создать электронное равновесие [33]. Для этой области энер­ гий весьма желательно, чтобы дозиметрическая и исследуемая системы были в высокой степени радиационно-подобными.

При работе с электронными пучками наиболее часто встреча­ ются два случая.

1. Размеры ячеек с дозиметрической и исследуемой системами таковы, что они обеспечивают полное поглощение пучка. В этом случае пересчет показаний дозиметрической системы не требуется. Необходимо вносить лишь небольшие поправки, связанные с раз­ личиями в обратном рассеянии электронов и образованием тор­ мозного рентгеновского излучения. Однако для водных и орга­ нических систем при энергиях до 4 Мэе эти поправки весьма малы [81—83]. Следует отмесить, что если дозиметрическая и

чит, будут различными и истинные мощности поглощенной дозы, создаваемые электронами в них. В жидкостях равномерность облучения в известной мере может быть достигнута перемешива­ нием.

2. Размеры ячеек с системами достаточно малы, и в системах поглощается лишь небольшая доля энергии электронов. Очевид­ но, этот случай наиболее характерен для электронов с энергиями порядка 5 Мэе и выше, создаваемых линейными ускорителями. Здесь для пересчета показаний дозиметрической системы следует использовать формулу

дозиметрической и изучаемой систем соответственно. В этой фор­ муле П сист и Пд0 з,1МеТр выражены в эв/г или рад.

Относительные величины массовых тормозных способностей были приведены в табл. 23. В табл. 33 даны значения mS для воз­ духа и воды [84].

При высоких энергиях электронов заметную роль играет так называемый поляризационный эффект, или эффект плотности. Он обусловлен поляризацией атомов среды в электрическом поле движущейся частицы. Вследствие этого происходит своеобразная защита отдаленных атомов среды и уменьшение поля на некото­ ром расстоянии от частицы. Это вызывает уменьшение величины потери энергии. Рассматриваемый эффект, очевидно, зависит от плотности среды, т. е. от числа поляризуемых атомов в 1 см3. Он наиболее характерен для твердых и жидких веществ. В газах этот эффект ничтожен до энергий 100 Мэе. Для воды он проявляется уже при энергиях электронов выше 1 Мэе. Поэтому при пересче­ те показаний дозиметрической системы, особенно в случае систем

127

с весьма различной плотностью, следует вносить поправки на поляризацию. Например, для воды при энергии электронов 16 Мэе поправка составляет 14% [85]. Если дозиметрическая си­ стема и исследуемый объект имеют одинаковое агрегатное состоя­ ние и их плотность различается ие очень сильно, то с достаточной

128