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

импульсном радиолпзе с оптической регистрацией короткоживущих частиц необходимо учитывать следующее обстоятельство.. При высоких мощностях дозы в случае водных растворов, как уже' отмечалось, может иметь место конкуренция реакций: радикал — радикал и радикал — растворенное вещество. Поэтому концент­ рация введенного в раствор вещества, которое в реакции с ради­ калами дает продукт с известными оптическими характеристиками* должна быть достаточной для полного захвата этих радикалов. Например, по данным [74], при дозе — 3 ,6 -Ю4 рад за импульс длительностью ~ 3-10- 8 сек. ионы CNSполностью акцептируют

радикалы ОН лишь тогда, когда концентрация этих ионов равна

0,1 М.

Проведенное рассмотрение различных дозиметрических систем показывает, что химические методы дозиметрии импульсного излу­ чения характеризуются рядом особенностей по сравнению с анало­ гичными методами для у-радполиза. В первую очередь это от­ носится к изменению выходов продуктов радполнза. Поэтому при определении дозы необходимо прежде всего правильно выбрать дозиметрическую систему, показания которой не зависят от мощ­ ности дозы в исследуемом диапазоне мощностей. Помощь читате­ лю при выборе систем может оказать табл. 58.

На основании данных, приведенных в табл. 58, можно сделать следующие общие выводы. Наиболее универсальной дозиметри­ ческой системой является жидкий бензол. Выход водорода при радиолпзе его постоянен во всем диапазоне мощностей дозы, с ко­ торыми могут иметь дело исследователи в настоящее время. В слу­ чае водных растворов область мощностей дозы, в которой выход­ ив завпепт от мощности дозы, обычно тем шире, чем выше кон­ центрация растворенного вещества. Из газообразных систем для дозиметрии импульсного излучения наиболее подходит закись, азота. Выход N, при радиолпзе ее изменяется всего на 20% при переходе от у-пзлучения к электронному излучению ускорителей типа «Febetron». Наконец, можно отметить и полимерные систе­ мы, количество химического превращения в которых часто не зави­ сит от мощности дозы в широких пределах.

Л И Т Е Р А Т У Р А

270

■JO. J. P. Keene. Radiation Res., 6, 424 (1957).

11.А. К. Пикаев, II. Я. Глазунов. Нэп. API СССР, ОХИ, 1959, 224.

12.А. II. Пикаев, П . Я . Глазунов, В. И. Спицын. Докл. АН СССР, 150„ 1077 (1963).

13.II. С. Sutton, J. Botb/at. Nalure, 180, 1332 (1957).

14.J. Botblat, II. C. Sutton, Proc. Roy. Soc., A255, 490 (1960).

15.A. R. Anderson. J. Phys. Chem., 66, 180 (1962).

16.J- К . Thomas, E. J. Hart. Radiation Res., 17, 408 (1962).

17.А. К. Пикаев, П. Я. Глазунов. Труды II Всесоюзного совещания по ра­ диационной химии. М., Изд-во АН СССР, 1962, стр. 109.

18.А. II. Пикаев, 11. Я. Глазунов. Труды Ташкентской конференции по мир­ ному использованию атомной энергии, т. 1. Ташкент, Изд-во API УзбССР,. 1961, стр. 354.

19.А. К. Пикаев, П. Я. Глазунов, В. И. Спицын. Изв. АН СССР, серия хим., 1965, 401.

20.К. Sehested, Е. Bjergbakke, О. L. Rasmussen, II. Fricke. J. Chem. Phys., 51, 3159 (1969).

21.В. AI. Моралес, Л. T. Бугаенко. Химия высоких энергий, 2, 461 (1968).

22.К. Sehested, Е. Bjergbakke, N. W. Holm, II. Fricke. Dosimetry in Agri­

culture, Indus!ry, Biology and Medicine. Vienna, IAEA, 1973, p. 39?.

23.II. A. Schwarz. Radiation Res., Suppl. 4, 89 (1964).

24.A. II. Пикаев, II. Я. Глазунов. Изв. АН СССР, серия хим., 1964, 1944.

25.F. Hutchinson. Radiation Res., 9, 13 (1958).

26.Е. Bjergbakke, К. Sehested. Adv. Cliem. Ser., 81, 579 (1968).

27.P. Y . Feng, A. Brynjoljson, J. M. Ilalliday, R. D. Jarrett. J. Phys. Chem.,

74, 1221 (1970).

28.K. Sehested, E. Bjergabakke, N. W. Holm. Proc. II Tihany Symposium on Radiation Chemistry. Budapest, 1967, p. 149.

29.N. W. Holm, S. Sehested. Adv. Chem. Ser., 81, 568 (1968).

30.A. R. Anderson, E. J. Hart. J. Phys. Chem., 66, 70 (1962).

31.Л. II. Карташева, A. II. Пикаев. Ж. фнз. химии, 41, 2855 (1967).

32.Л. II. Карташева, А. II. Пикаев. Intern. J. Radiat. Phys. Chem., 1, 243 (1969).

33.Л. И. Карташева, А. II. Пикаев. Химия высоких энергий, 3, 10 (1969).

34.Л. Э. Столярчик, А. II. Пикаев. Докл. АН СССР, 141, 1147 (1961).

35.А. К. Пикаев, Г. К. Сибирская, Г. Г. Рябчикова, П. Я. Глазунов. Ки­ нетика и катализ, 6, 41 (1965).

36.II. Fricke, J. К. Thomas. Radiation Res., Suppl., 4, 35 (1964).

37.C. Willis, A . W . Boyd, A. E. Rothwell, O. A. Miller. Intern. J. Radiat. Phys. Chem., 1, 373 (1969).

38.9. Харт, M. Анбар. Гидратированный электрон. M., Атомиздат, 1973.

39.Е. J. Hart. Actions Chimiques et Biologiques des Radiations (Ed. M. Plaissinshy), 11 Serie. Paris, 1966, p. 1.

40.E. M. Fielden, E. J. Hart. Adv. Chem. Ser., 81, 585 (1968).

41.E. J. Ilart. Health Phys., 12, 641 (1966).

42.E. M. Fielden, E. J. liar . Radiation Res., 27, 525 (1966).

43.E. M. Fielden, E. J. Hart. Radiation Res., 32, 564 (1967).

44.M. Anbar, P. Neta. Intern. J. Radiat. Phys. Chem., 18, 493 (1967).

45.A. M. Iloulkes-Pujo, B . D . Michael, E. J. Hart. Intern. J. Radiat Phys. Chem., 3, 333 (1971).

46.J. W. Boag. Actions Chimiques et Biologiques des Radiations (Ed. M. Haissinsky), 6 Serie. Paris, 1963, p. 4.

47.L. A. Ilarrah. Radiation Res., 39, 223 (1969).

48.L. A. Harrah. Radiation Res., 41, 229 (1970).

50.W. L. McLaughlin, P. E. H/ortenberg, В. B. Radak. Dosimetry-in Agri­ culture, Industry, Biology and Medicine. Vienna, IAEA, 1973, p. 577.

51.A . W . Boyd, C. Willis, O. A. Miller, A. E. Rothwell. Adv. Chem. Ser.,. 82, 456 (1968).

271

Г л а в а X

ДОЗИМЕТРИЯ ПУЧКОВ ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

В радиационной химии широко используются тяжелые заря­ женные частицы (а-частицы, гелионы, протоны, дейтроны, многозарядные ионы). Они характеризуются более высокими значения­ ми ЛПЭ, чем у-лучи в0Со и быстрые электроны. Это обстоятельство обусловливает изменение выходов радиолитических превращений во многих системах. Поэтому при проведении дозиметрии пучков тяжелых заряженных частиц с помощью таких систем необходимо a priori знать величину ЛПЭ. Естественно, это является опреде­ ленным недостатком таких систем. Очевидно, более перспективны в этом направлении дозиметрические системы, для которых выход превращения не зависит от ЛПЭ.

1. Дозиметр Фрпкке

G (Fe3+) в дозиметре Фрикке уменьшается с ростом величины ЛПЭ использованного излучения. Соответствующие данные при­ ведены в табл. 59. Как следует из нее, для данного вида тяжелой заряженной частицы G (Fe3+) существенно зависит от ее энергии. Поэтому при проведении дозиметрии этих видов излучения с по­ мощью дозиметра Фрикке необходимо предварительно знать на­ чальную энергию частицы.

Оригинальный метод дозиметрии излучений с высокими зна­ чениями ЛПЭ предложен в работах [21, 22]. Авторы этих работ, проанализировав литературные данные о влиянии ЛПЭ на вы­ ходы продуктов радиолиза водных растворов и выполнив некото­ рые эксперименты с а-частицами 210Ро и |3-частицами трития, об­ наружили, что G(H2) в 0,4 М растворе H2S 0 4 связан с величинами

ЛПЭ зависимостями, показанными на} рис. 83. В свою очередь зависимость G(PI2) от отношения концентраций Н2 и Fe3+ в облучен­ ных одинаковое время 0,4 М растворе H 2S 0 4 и дозиметре Фрикке

выражается кривой, представленной на рис. 84. Поэтому, измерив экспериментально это отношение, можно по кривой рис. 84 найти G(H2), а значит, и поглощенную дозу. Достоинством этого метода является то, что при измерении дозы с его помощью нет необхо­ димости a priori знать энергию использованного излучения. Эту энергию в принципе можно определить из зависимости между G(H2) и ЛПЭ (см. рис. 83). В работе [22] описанным методом была проведена дозиметрия реакторного излучения (см. следующую главу).

Т а б л и ц а 59

Значения G (Fc3+) в дозиметре Фрпкке дли тяжелых заряженных частиц *1

•» Значения G(Fe3+) для продуктов ядерных реакции 10В (п, а) 71Л и “Li(n, а) Т при­ ведены в таОл. 65.

♦* Здесь не приводятся величины G(FeJ+) для а-частиц sl,Po, равные 5,9—6,2 [6—9]. Эти значения, очевидно, завышены.

71Радиационно-химические превращения производятся заряженпым'и частицами, воз­ никшими при упругих и неупругих взаимодействиях быстрых нейтронов с ядра­ ми Н н О.

По данным [22], ферросульфатный дозиметр, в котором кон­ центрация ионов Fe2+ равна 10“" М, пригоден для измерения доз до 5-105 рад в случае а-частнц 210Ро н до ~ 1,3-1 0 5 рад в случао

смешанного излучения 210Ро н трития с ЛПЭ 0,5 эв/А. Позднее методика, предложенная в работах [21, 22], исполь­

зовалась Е. П. Ковалевой п др. [23] для нахождения величины

ЛПд, j 8/R

О Ю 2D

Рис. 83. Зависимость С(Н2) в 0,4 М растворе H.,SO.i от величины ЛПЭ

Рис. 84. Зависимость 0(Н 2) от отношения концентраций Н» и Fe3+ в облученпых одинаковое время 0,4 М растворе IJ2SO.i и дозиметре Фрнкке

ЛПЭ излучения реактора (см. также главу XI). Указанными авто­ рами применялись дезаэрироваиный 5-10- 2 М раствор Fe2+ в 0,4 М II2S 0 4 с добавкой 10~ 3 моль!л NaCl и насыщенный воздухом 0,4 М раствор НгЭО.! с добавкой 2• 10- 5 моль!л КВг.

2.Цериевая дозиметрическая система

Вслучае цериевой дозиметрической системы G(Се3+) сравни­ тельно мало зависит от энергии тяжелых заряженных частиц. Соответствующие данные приведены в табл. 60. Как видно из нее, изменение величины G(Ce3+) в зависимости от вида частицы и ее энергии в исследованном диапазоне незначительно. Эта особен­ ность данной системы делает перспективным ее использование при дозиметрии потоков тяжелых заряженных частиц.

3.Циклогексан

Р. Шулер и А. Аллеи [27] нашли, что выход молекулярного водорода при радиолизе циклогексана не зависит от ЛПЭ. Позже этот вывод был подтвержден другими авторами [28—31]. В табл. 61 приведены величины G(H2) при радиолизе циклогексана под действием излучений с различными значениями ЛПЭ.

Ю* 275

4. Полимеры

А. М. Кабакчп п сотр. [33—37] подробно исследовали влияние величины ЛПЭ на радиационно-химические процессы в полиме­ рах. Было найдено, что некоторые из этих систем пригодны для дозиметрии потоков тяжелых заряженных частиц. В случае пленок диацетата целлюлозы варьирование значения ЛПЭ от 0,02. до —4,4 звГк, температуры от —196 до 120° С и мощности дозы в^ши-

276

рокпх пределах не влияет на изменение оптической плотности пленок при 320 нм. Измеряемый диапазон доз составляет 2-10® — 7-107 рад [33]. Величина ЛПЭ ие оказывает влияния н на выход

деструкции диацетата целлюлозы. При этом лпиейная зависимость изменения молекулярного веса полимера от дозы наблюдается в диапазоне 5-10° — 4-107 рад [34]. По данным работы [35], для по­

лиэтилена низкой плотности отсутствует влпяипе величины ЛПЭ (использовалось у-излученпе 60 Со, дейтроны с энергией 14 Мэе

и гелионы с энергией 28 Мэе) на скорости образования гель-фрак­ ции и тряяс-випплеповых связей (вплоть до дозы 1 0 8 рад).

Согласно А. М. Кабакчи и сотр. [38, 39], выход обесцвечива­ ния метиленового голубого, введенного в пленку из поливинило­ вого спирта, мало зависит от величины ЛПЭ. Соответствующие данные приведены в табл. 62.

Т а б л и ц a G201*

Выход обесцвечивания метплепового голубого в пленках пз поливинилового спирта [3S, 39]

*В атом случае пленка содержит Сорную кислоту; для т-лучей 00Со выход обесцвечи­ вании метиленового голубого в поливиниловой пленке в присутствии борной кис­

лоты равен l/i- молен., 100 зв.

Выход обесцвечивания не зависит от дозы в диапазоне 104 —

10е рад. Методики приготовления пленок и измерения степени обесцвечивания метиленового голубого приведены иа стр. 228.

Показания пленок из окрашенного целлофана (см. стр. 224) также не зависят от ЛПЭ [40]. Однако точность измерений здесь невысока, особенно при использовании а-частиц. Согласно [41], окрашенные целлофановые пленки можно прпмеиять_^для^ на­ хождения доз до 300 Мрад.

Согласно [42], дозиметры, представляющие собой полимерные пленки с добавкой нитрила трифенилметаиового красителя (на­

277

Недавно подробное исследование влияния ЛПЭ на свойства окрашепньтх полимеров было выполнено в работе [43]. В ней най­ дено, что ЛПЭ мало влияет па характер обесцвечивания красите­ лей в поливинилхлориде и дпацотато целлюлозы. Например, выходы обесцвечивания 1,4-дпамппоаптрахипона в диацетате целлюлозы (измерения проводились при длине волны 550 нм) составляют 0,172, 0,176 и 0,171 молек./ЮО эв соответственно для у-пзлученпя б0Со, дейтропов с энергией 13 Мэе и гелпопов

сэнергией 23 Мэе.

5.Другие дозиметрические системы

Сростом ЛПЭ G(Fe3+) в 0,05 М растворе серной кислоты, содержащем 10_ 3 молъ/л FeSO., и 10- 2 моль!л CiiSO., и насыщен­

ном воздухом, увеличивается. Даппыо о влиянии ЛГГЭ на G!(Fe3+) в этой системе приведены в табл. 63.

Т а б л и ц а 63

Величины <?(Fe3+) для серпокпслого видного раствора FeSOj н CuSO.i в слу­ чае излучении с высокими значениями ЛП )

278