Файл: Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 161

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

та — Уолтопа [21, 22] (описание его было приведено на стр. 67). Для контроля указанных видов излучения камера помещается непосредственно у выходного окна ускорителя (электроны) или рентгеновской мишени-насадки (тормозное излучение). При ра­ боте с электронным пучком применялась камера, ионизационный объем которой ограничен двумя алюминиевыми фольгами тол­ щиной 12 .нк. Собирающим электродом является третья (средняя) фольга. Ионизационный объем этой камеры имеет высоту 0,5 см. Напряжение, необходимое для создания условий насыщения,

равно

2

кв.

На

рис.

49 приведена схема рентгеновской мишеии-иасадки

и ионизационной камеры для контроля интенсивности тормозного излучения [22]. Стенки (толщина 0,5 см) камеры изготовлены из плексигласа. Сверху камера покрыта аквадагом (водным коллои­ дом графита). Собирающий электрод представляет собой метал­ лическое кольцо, находящееся впутрп камеры.

Рис. 49. Схема рентгеновской мишени-насадки и ионизационной камеры

1 — мишень-иасадка; 2 — ионизационная камера; 3 — выпускное окно ускорителя; 4 — схема регистрации ионизационного тока; S — ячейка с исследуемой системой. НЛ — нео­ новая лампочка; шА — миллиамперметр

94

На основании изложенного можно заключить, что ионизацион­ ная камера может выполнять функции абсолютного дозиметра, если известна величина W для газа, наполняющего полость. Кроме того, прокалиброванная ионизационная камера может служить вторичным стандартом в дозиметрии различных видов излучения. Легкость изготовления камер и простота аппаратур­

ного оформления также

являются достоинствами этого

метода.

К недостаткам следует

отнести наличие для некоторых

камер

«хода с жесткостью», т. е. зависимости чувствительности от энер­ гии излучения. Этот эффект наблюдается в тех случаях, когда газ и материал стенок камеры имеют различные эффективные атомные номера. При этом «ход с жесткостью» наиболее характерен в области низких энергий излучения. Особые сложности возника­ ют также при использовании ионизационного метода для дози­ метрии импульсного излучения. В этом случае существенно умень­ шается эффективность собирания ионов по сравнению с непрерыв­ ным излучением.

Подробно ионизационный метод дозиметрии ионизирующих излучений изложен в работах [17, 23—26]. Сведения о конструк­ ции ионизационных камер, предназначенных для различных це­

лей,

можно найти в статьях [17, 25—27].

2.

Калориметрический метод

Калориметрический метод дозиметрии ионизирующих излу­ чений основан на измерении повышения температуры облучаемой среды. Увеличение температуры в результате поглощения энер­ гии излучения сравнительно небольшое. Например, в воде оно составляет приблизительно 2 град/Мрад. Поэтому для определе­ ния дозы рассматриваемым методом необходимо применять чув­ ствительные способы измерения температуры. Особенно это ха­ рактерно для низких мощностей дозы.

Калориметрия как метод дозиметрии начала применяться в начале этого столетия [28—30]. Она была использована для на­ хождения энергии в случае небольших источников радиоактив­ ного излучения. В 20-е годы данный метод находил некоторое применение в дозиметрии рентгеновского излучения [31, 32]. Такое ограниченное использование калориметрии было обуслов­ лено в первую очередь успешным развитием ионизационных ме­ тодов. Однако в 40—50-е годы калориметрический метод претер­ пел своеобразное второе рождение. Вызвано это было достижения­ ми в области мпкрокалориметрии, появлением высокоинтенсив­ ных источников ионизирующих излучений и введением рада в качестве единицы поглощенной дозы.

В настоящее время калориметрический метод широко исполь­ зуется в дозиметрической практике. По сравнению с ионизацион­ ным методом он имеет преимущества. При работе с калориметра­ ми не нужно знать величину W, а часто и значение sm, что су­

95


щественно облегчает проведение дозиметрических измерений. Это — абсолютный метод дозиметрии в полном смысле слова. Он, правда, менее чувствителен, чем ионизационный метод. Однако сравнительно низкие дозы, которые не могут быть изме­ рены калориметрическим методом, почти не применяются в ра­

диационной

химии.

 

метода

ясен из

соотношения

Принцип

калориметрического

d r

-Д7 7 (град/кал) ,

 

 

 

(6)

dE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где d T — изменение

температуры

тела с

массой М

и

удельной

теплоемкостью с при

поглощении

энергии

излучения

d E .

Рис. 50. Графитовый адиа­

батический

калориметр

1 — калориметр;

2

— градуировочный нагреватель;

3 — прокладки

из полистирола;

4

— термопара;

5 — термопары

адиабатического

контроля; и — нагреватель; 7 — оболочка;

s — вакуумированиое пространство

Известны различные варианты рассматриваемого метода дози­ метрии. Наиболее широко применяются адиабатические и изо­ термические калориметры. В калориметрах первого типа теплооб­ мен с наружной средой сведен к минимуму. В них скорость уве­ личения температуры образца пропорциональна скорости выде­ ления тепла в образце. Калориметры второго типа работают в равновесных условиях. В них тепловой поток от образца равен скорости нагрева образца.

Приведем несколько примеров конструкций калориметров для дозиметрии рентгеновского и у-излучений. На рис. 50 показа­ но устройство адиабатического калориметра, использованного для калибровки химических дозиметров [33]. Поглотителем в нем является графит. Этот материал удобен тем, что расход энергии ионизирующего излучения на химические реакции в нем ничто­ жен. Кроме того, он характеризуется сравнительно высокой теплопроводностью. Нагреватель служит для введения известно­ го количества энергии при градуировке калориметра, _т. е. при нахождении коэффициента пропорциональности между введенной энергией и повышением температуры. Последняя в рассматривае­ мом калориметре измеряется термопарой. Очень часто для этой


дели применяются также термисторы. Они изготовлены из полу­ проводников, чье сопротивление уменьшается с ростом темпера­ туры.

Другими материалами поглотителей в калориметрах служат алюминий, вода и полиэтилен. Использование последних двух материалов осложняется расходом энергии излучения на химиче­ ские реакции в них. К. Хоханадель и Дж. Гормли [34] примени­ ли адиабатический калориметр с водой в качестве поглотителя для калибровки дозиметра Фринке. Схема этого калориметра пред­ ставлена на рис. 51. Вода заливалась в герметичную тонкостен-

Рис. 51. Калориметр для измерения поглощенной дозы у-нзлучення в воде

j — тонкостенная колба из ппрскса; 2 — вода; 3 — альсзон; 4 — медная оболочка; 5 — термопары; 6 — источник уизлучения 00Со; 7 — кожух источника; 8 —теплоизоляция из пенопласта

4 А. К. Пикаев

97

пую стеклянную колбу с посеребренными стенками ы облучалась до тех пор, пока не устанавливалось равновесие в радиолизе воды и не прекращалось тем самым поглощение энергии в химических реакциях. В этом калориметре температура измерялась медьконстаптаиовымн термопарами. Температура медной оболочки с помощью нагревателя, вмонтированного в защитный блок источ­ ника, непрерывно поддерживалась равной температуре воды в колбе. Тем самым исключалась потеря тепла в окружающую среду. В расчетах дозы была сделана поправка на поглощение

Рис. 52. Водно-ледяной калориметр

1 — источник уизлучеиия в0Со; 2 — облучатсльный канал; з — лолнхлортшнловый ко­ жух; *J — капилляр; 5 — корковая пробка; 6 — колба от термоса; 7 — вода со льдом

излучения стенками колбы. Было принято, что величина энергии, поглощенной стеклом, пропорциональна его весу. Кроме того, бы­ ло сделано допущение, что отношение доз, поглощенных в до­

зиметре

Фрпкке и воде, равпо отпошеншо

их удельных

весов.

В результате было найдено, что для у-лучен

60Со G (Fe3+)

равен

15,6 +

0,3 нона/100 эв.

 

 

Калориметрическая калибровка дозиметра Фрпкке осуществ­ лялась также в других работах. Ссылки на них приведены на стр. 137.

Согласно [35], для калибровки химических дозиметров весь­ ма удобен водно-ледяной калориметр. Устройство его ясно из рис. 52. Принцип действия этого калориметра основан на умень­ шении объема льда и воды вследствие плавления льда при погло­ щении системой энергии ионизирующего излучения. Это уменьше­ ние объема измеряется с помощью капилляра, прокалиброванного

взвешиванием количества ртути,

помещенного между* двумя мет­

ками. Точность измерения дозы

этим калориметром

составляет

~ 0,4%.

 

 

Адиабатические калориметры специальной конструкции по­

зволяют определять сравнительно низкие мощности

дозы у-из-



лучения. Например, в работе [36] описан калориметр для измере­ ния мощностей дозы —■1 рад!сек с погрешностью 1,5—2%.

Изотермические калориметры чаще всего применяют для до­ зиметрии реакторного излучения. Это обусловлено тем, что в ка­ налах реактора, охлаждаемых циркулирующей водой с постоян­ ной температурой, нет необходимости создавать особые изотер­ мические условия. В таких калориметрах температура оболочки поддерживается постоянной. Для них справедлива формула [37

~ d X = ( “rfr”L

+ (Г погл — ^обол) •

О )

где

dTIdx — скорость изменения

температуры поглощающего

вещества;

(dT/dx)myi — измеряемое

изменение температуры по­

глотителя;

Гпогл н 71oGoj[ — температуры поглощающего вещест­

ва и

оболочки;

к — коэффициент,

характеризующий теплообмен

между поглощающим веществом и оболочкой.

При использовании рассматриваемого метода для дозиметрии электронных пучков необходимость в сложной микрокалоримет-

рпческой аппаратуре

отпадает,

поскольку увеличение темпера-

туры поглотителя в этом случае

 

сравнительно

большое вследст­

 

вие высоких

мощностей

дозы.

 

Ниже

в

качестве

примера из­

 

лагается

конструкция несколь­

 

ких калориметров, применен­

 

ных в дозиметрии

этого

вида

 

излучения.

 

 

 

 

 

 

В работе [38] описан нерав­

 

новесный изотермический кало­

 

риметр для измерения энергии

 

электронного пучка, генериру­

 

емого ускорителем Кокрофта —

 

Уолтона (энергия электронов —

 

до 1,2 Мэе). Схема

этого кало­

 

риметра приведена на рис. 53.

 

Поглотитель 1 состоит из пло­

 

ской

алюминиевой пластинки,

 

покрытой

со

стороны

входа

 

пучка тонкими слоями берил­

 

лия и графита для уменьшения

 

обратного рассеяния электронов.

 

Внутри

поглотителя

вмонти­

 

рован

электрический

калибро­

 

вочный

нагреватель.

Снизу к

 

поглотителю

плотно

прижат

 

термистор.

Поглотитель • подве­

 

шен на капроновых нитях вну­

Рнс. 53. Схема калориметра-коллек­

три кожуха 2.

Последний имеет

тора

4* 99