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

вторичных электронов, генерированных фотонами в ДоЗйМеДрйЧеской системе и стенках ячейки. В общем случае это требование исходит из условия соблюдения электронного равновесия между дозиметрической системой и окружающей ее средой, выражающе­ гося уравнением Брэгга — Грея для электронных энергий во всем энергетическом спектре вторичных электронов:

( 1)

гДе Цреп/рУт^ст и [(p,en/p)/miS],K есть отношения массовых ко­ эффициентов поглощения энергии (реп/р) к массовой тормозной способности (mS) для электронов в жидкости (ж) и материале стен­ ки (ст). Очевидно, для / ^> 1 большая часть энергии будет пере­ даваться электронами от стенок раствору, чем в противополож­ ном направлении. Обратное явление имеет место при / < 1. В первом случае выход будет возрастать при уменьшении разме­ ров ячейки, а во втором — падать. Г. Фрикке и Э. Харт [33] от­ мечают, что для ячеек из стекла и полиэтилена, наполненных во­ дой, величина / равна соответственно 1,11 и 0,98 при воздействии у-лучей 00Со. Следовательно, для стеклянных ячеек относитель­

ные выходы при уменьшении их размеров будут возрастать, дости­ гая в пределе 1,11. В полиэтиленовых ячейках максимальное па­ дение выходов с уменьшением их размеров составляет всего

2 %.

Очевидно, условие электронного равновесия соблюдается в том случае, когда дозиметрическая система и материал стенки характеризуются радиационным подобием, т. е. в них при облу­ чении протекают одни и те же физические процессы. Важными характеристиками в этом отношении являются эффективный атом­ ный номер и электронная плотность среды. В табл. 28 приведены эти характеристики для ряда систем и материалов. Эта таблица составлена по данным А. М. Кабакчи и сотр. [И]. Если эффектив­ ные атомные номера двух сред равны, то в них количество энер­ гии, переданной вторичным электронам, и распределение вторич­ ных электронов по энергиям будут одинаковыми. Говоря другими словами, в этом случае / = 1. Из табл. 28 видно, что для пластмасс и водных систем величины эффективных атомных номеров отлича­ ются незначительно друг от друга. Поэтому для них значение / близко к 1 .

Влияние размеров ячейки на величины выходов отмечалось рядом авторов [68—73]. Так, по данным [69], при у-радиолизе ферросульфатной системы в стеклянных ячейках с внутренним диаметром 4 мм G(Fe3+) на 6 % выше, чем в ячейках большего

диаметра. В полистироловых ячейках этот эффект не наблюдается. Т. Берлин и Ф. Чен [72, 73] подробно исследовали влияние размеров кварцевых ячеек на величину G(Fe3+) в ферросульфат­ ной дозиметрической системе. На рис. 61 показана зависимость отношения дозы, поглощенной этой системой в ячейке с радиусом

117

г, к дозе для бесконечно большой ячейки от радиуса сферической кварцевой ячейки. Как видно из этого рисунка, в случае кварце­ вых ячеек G(Fe3+) начинает заметно возрастать при г < 4 мм.

Однако в работах [74—761 отмечалось, что стенки оказывают заметное влияние иа выходы и в сравнительно больших ячейках. Например, согласно [74], при восстановлении у-лучами “°Со вод­ ных растворов Се1+ в стеклянных ячейках воспроизводимые ре­ зультаты можно получить только при работе с ячейками объемом

Рис. 61. Зависимость отноше­ ния дозы, поглощенной в ферросульфатноп дозиметрической системе, находящейся в сфери­ ческой кварцевой ячейке с ра­ диусом /•, к дозе для бесконеч­ но большой ячейки от величи­ ны г

100 мл. Причины этого явления неясны. Быть может, оно обус­ ловлено особенностями очистки стенок ячейки.

Для дозиметров на основе газов химические реакции проис­ ходят преимущественно за счет электронов, генерированных фотонами в стенках ячейки. В случае у-лучей 60Со количество

Т а б л и ц а 2S Характеристики некоторых сред

118

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