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

но ни одной такой системы. Из числа описанных в литературе до­ зиметрических систем, как будет показано ниже, наиболее полно удовлетворяет обсужденным требованиям ферросульфатная си­ стема.

2. Классификация химических дозиметров

Возможны два типа классификации химических дозиметров. Один из них основывается на видах и уровнях радиации, оп­ ределяемых тем или иным дозиметром, а другой — на агрегатном состоянии дозиметрической системы.

Согласно [20], по первому типу классификации химические дозиметры можно разделить на три группы. К первой группе относятся химические дозиметры, с помощью которых возможно определять в случае рентгеновского, у- п электронного излучений дозы выше 10s рад. Эти дозиметры паходят наиболее широкое применение в радиационной химии. Вторая группа включает химические дозиметры, которые позволяют определять дозы этих видов излучения ниже 103 рад. В радиационной химии системы с

такой высокой чувствительностью почти не требуются. Они ис­ пользуются в качестве средств индивидуального дозиметрическо­ го контроля и в радпобпологии. В третью группу входят химиче­ ские дозиметры, предназначенные для измерения величины энер­ гии, передаваемой среде нейтронами. Сюда же, возможно, следует отнести и дозиметры, позволяющие определять дозы в случае тяжелых заряженных частиц. По-видимому, в особую группу целесообразно вследствие их специфики выделить дозиметры, применяемые для определения доз импульсного излучения.

Резкой границы между описанными группами не существует. Очевидно, изменяя чувствительность дозиметрической системы, определяемую величиной выхода химического превращения и чувствительностью метода регистрации этого превращения, можно измерять различные дозы. С целью иллюстрации этого положения приведем следующий пример. Дозиметр Фрпкко (детально этот дозиметр рассматривается в следующей главе) используется, как правило, для нахождения доз в диапазоне 4-103—4ПО4 рад.

В этом случае для анализа образующихся при облучении ионов Fes+ применяется спектрофотометрический метод по поглощению света этими ионамп при длине волны 304 нм при использовании оптических кювет с длиной поглощающего слоя, равной 1 см.

Однако если для анализа ионов Fe3+ брать кюветы с длиной погло­ щающего слоя 1 0 см, то с помощью этого дозиметра можно регист­

рировать дозы порядка 400 рад. При добавлении бензола или бен­ зойной кислоты к раствору фсрросульфата G(Fe3+) возрастает примерно в 4 раза. Следовательно, в этом случае можно измерять дозы около 100 рад. Кроме того, небольшая модификация делает возможным применение дозиметра Фрикке для дозиметрии импульс­ ного излучения. Наконец, если в раствор ферросульфата ввести

112

борную кислоту или сернокислый литий, то эта система становится пригодной для измерения потоков тепловых нейтронов.

По второму типу классификации химические дозиметры могут быть разбиты на группы, включающие: 1 ) газообразные;

2) жидкие и 3) твердые дозиметрические системы. К первой группе относятся, например, дозиметры на основе газообразной закиси азота и некоторых углеводородов, ко второй — водные растворы, гели, индивидуальные жидкости и смеси жидкостей и, наконец, к третьей — пластмассы, разнообразные стекла, щелочногалоид­ ные кристаллы и др. В последнее время дозиметры на основе сте­ кол и кристаллов стали относить к особой области дозиметрии, называемой твердофазной дозиметрией (см. стр. 9 и 108).

К химическим методам дозиметрии можно отнести также фото­ графический метод. В нем о величине дозы судят по степени по­ чернения фотопленки или фотопластинки. В радиационной химии он практически не используется. Поэтому в настоящей книге он не обсуждается. Химики-раднациопники сталкиваются с этим мето­ дом лишь при индивидуальном дозиметрическом фотоконтроле, т. е. при контроле доз излучения, получаемых отдельными ли­ цами. Сотруднику, имеющему дело с радиоактивными изотопами или ионизирующими излучениями, выдается кассета со специаль­ ными сортами пленок. Через определенное время пленки обраба­ тываются, и доза находится по степени почернения. Подробно фотографический метод дозиметрии изложен, например, в обзо­ ре [60] и книгах [61, 62].

Обсудим кратко, в какой степени выполняются изложенные выше требования той или иной группой химических дозиметров. Вид излучения и его энергия в общем случае оказывают влияние на выходы продуктов радиолиза жидких и твердых систем. Особен­ но это характерно для дозиметров на основе водных растворов. Объясняется данное явление тем, что радиационные превращения происходят за. счет химически активных частиц (свободных ра­ дикалов, ионов, возбужденных молекул), возникающих в системе при действии излучения. Эти частицы образуются в небольших об­ ластях (треках или «шпорах») и поэтому имеют неравномерное распределение по объему облучаемой системы. Расстояние меж­ ду такими областями зависит от величины ЛПЭ, т. е. от вида из­ лучения и его энергии. Чем выше значение ЛПЭ, тем ближе друг к другу расположены области ионизации и возбуждения, а зна­ чит, тем вероятнее протекают реакции химически активных ча­ стиц между собой и тем меньшая доля их расходуется в реакциях с растворенным веществом. Величина этого эффекта (его часто называют трековым эффектом) определяется механизмом реакций химически активных частиц с растворенным веществом. В от­ дельных случаях роль трекового эффекта может быть существенно уменьшена путем использования сравнительно концентрирован­ ных растворов, поскольку при больших концентрациях раство­ ренные вещества могут подавлять внутритрековые реакции хи-

113

этом в зависимости от механизма радиационно-химических реак­ ций выходы могут или увеличиваться, или уменьшаться. В вод­ ных растворах на выходы может оказывать влияние и величина pH. Объясняется это, во-первых, тем, что выходы первичных химически активных частиц радиолиза воды несколько зависят от этого фактора, и, во-вторых, изменением природы и реакцион­ ной способности этих частиц в зависимости от pH.

Часто на радиолиз жидких дозиметрических систем существен­ ное влияние оказывает природа насыщающего газа. Степень этого влияния зависит, естественно, от механизма радиационно-хими­ ческих реакций в конкретных системах. Например, 6 ?(Fe3+) в

дозиметре Фрикке уменьшается почти в 2 раза при дозах, когда происходит полное израсходование кислорода, присутствовавше­ го в растворе. Однако показания цериевого дозиметра не зависят от того, имеется ли в растворе кислород или нет.

Многие дозиметры на основе твердых тел характеризуются чувствительностью к температуре. Например, радиационные де­ фекты в стеклах и щелочногалоидных кристаллах эффективно «отжигаются» при высоких температурах. Для жидких дозимет­ рических систем, в которых при облучении не протекают цепные процессы, температурные эффекты выражены гораздо менее рез­ ко, поскольку выходы первичных химически активных частиц в них обычно мало зависят от температуры.

Часто для приготовления дозиметров необходимо использо­ вать тщательно очищенные реактивы, так как даже ничтожные примеси оказывают во многих случаях существенное влияние на выходы. Требуемая степень чистоты реактивов зависит от типа дозиметра. Однако можно дать общее правило [33]: неорганиче­ ские дозиметры чувствительны к органическим примесям и, на­ оборот, органические дозиметры чувствительны к неорганическим веществам, способным претерпевать окислительно-восстановитель­ ные превращения. Специальной очистке должны быть подвергну­ ты и контейнеры (или ячейки), в которые помещаются дозиметри­ ческие системы.3

3. Калибровка дозиметрических систем

Для определения поглощенной дозы с помощью химического дозиметра необходимо знать величину выхода превращения, ко­ торое претерпевает система при облучении. Измерение значения G обычно осуществляется сравнением поглощенной дозы, найден­ ной каким-либо прямым методом (калориметрическим, иониза­ ционным и др.), с количеством химического превращения в этой системе при данной дозе. В главе III было приведено несколько примеров калибровки дозиметра Фрикке.

Если для какой-либо дозиметрической системы величина G установлена весьма точно и эта величина сохраняет постоянное значение при изменении условий облучения в широких пределах,

115

то эту систему можно использовать в качестве вторичного стан­ дарта, т. е. в тех случаях, когда необходимо определить G для других систем. Наиболее часто с этой целью применяется ферросульфатная спстема.

4. Некоторые особенности дозиметрических измерений с помощью химических методов

Дозиметрические системы, являющиеся жидкостями или га­ зами, облучаются в ячейках. Эти ячейки должны удовлетворять следующим основным требованиям.

1. Материал, из которого изготовлена ячейка, должен быть химически инертным относительно дозиметрической системы. Например, некоторые металлы нельзя использовать для изготовле­ ния ячеек в случае систем, состоящих из 0,4 М раствора H2S 0 4.

2. Стенки ячейки не должны оказывать каталитического эффек­ та на химические реакции, протекающие в системе при облучении. Например, по данным Ф. Лямпе и др. [6 6 ], нержавеющая сталь

в определенных условиях катализирует радиационно-химическое разложение закиси азота.

3.В случае рентгеновского и у-излучений толщина стенок ячейки должна быть достаточно большой по сравнению с длиной пробега электронов, генерированных в материале стенки. В табл. 27 приведены максимальные пробеги электронов, генерированных фотонами различных энергий, в некоторых материалах [33, 67]. Из этой таблицы видно, что, например, для у-лучей G0Co толщина стенки стеклянной ячейки должна быть не менее 1,5 ли». Если

это требование не выполняется, то могут быть получены завышен­ ные результаты, поскольку часть электронов, возникших в ма­ териале стенок, попадает в дозиметрическую систему и вызовет дополнительное химическое превращение.

4.Для жидких дозиметрических систем размеры ячейки долж­ ны быть большими по сравнению с длиной пробега в жидкости

116