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

дозах, меньших 1 раЗ/пмпульс, точные измерения затруднитель­

ны. При дозах за импульс, превышающих 100—150 рад, из-за

неполной трансформации радикалов ОН в еаС[ произведение G х X е уменьшается. Для повышения верхнего предела измеряемых доз необходимо снизить pH раствора до 9 и вместо Н2 использо­

вать, например, метиловый спирт (его концентрация должна

быть 10~ 3 М). В таком растворе Н и ОН не превращаются в еМ1, и поэтому G X е при 700 нм становится равным 5,0-104 [л/(молъ•

•с.и)|• молек./100 эв. С помощью этого раствора можно определять дозы за импульс до 101 рад [4J.

Данный метод дозиметрии нельзя применять для импульсов, продолжительность которых превышает несколько микросекунд [40J. Объясняется это тем, что в этом случае длительность импуль­

импульса. Однако при низких дозах за импульс ( ~ 1 рад) пе­

риод полупревращения ещ достаточно большой, так что можно применять импульсы продолжительностью до 10_3 сек. Э. Фпль-

ден и Э. Харт [40J нашли, что ограничения могут быть опреде­

дает одинаковые показания при использовании как электронных импульсов, так и импульсов рентгеновских лучей.

Дозиметрический раствор можно применять неоднократно. В работе [40J было обнаружено, что этот раствор, запаянный в кварцевую ячейку, давал воспроизводимые результаты при хра­ нении в течение двух лет и при поглощении общей 'дозы в не­ сколько мегарад. Следы кислорода, которые могут быть в исход­ ном растворе, удаляются предварительным облучением. Если раствор по какой-либо причине окажется облученным при боль­ шой мощности дозы, то возникшая в результате этого перекись водорода может быть удалена воздействием излучения с низкой мощностью дозы.

260

3. Харт и М. Анбар [381для измерения доз при больших мощ­ ностях дозы (до 1 0 10 рад/сек для микросекундных импульсов или до 1 0 12 рад/сек для паносекундных импульсов) рекомендуют сле­

дующую методику. В растворе, не содержащем акцептора eaq> максимальная концентрация этих иастнц достигается к концу им­ пульса. Однако, если в растворе в сравнптельпо большом коли­ честве присутствует какой-либо электронный акцептор, то во время действия импульса устанавливается стационарная концент­

рация eaq. Путем измерения этой концентрации находится мощ­ ность дозы. Для расчетов используется формула:

венно молярная концентрация S и стационарная концентрация

ещ во время действия импульса; C?(eatl) — выход eatJ (2,7 электрона/ 1 0 0 эе).

В качестве акцептора eaq может быть взята хлорная кислота при концентрациях 10~ 3 — 10~ 2 М. Для ионов Н + величина к составляет 2 ,2 -1010 л/(молъ-сек) [44]. Некоторая неопределенность

рассматриваемой методики состоит в том, что G (eaq), возможно, зависит от концентрации акцептора [45].

Недостатком рассмотренных методов дозиметрии является сложность аппаратуры для измерения оптического поглощения еа([. Поэтому они доступны только лабораториям, в которых про­ водятся исследования в области импульсного радиолиза с опти­ ческой регистрацией короткожпвущнх частиц.

4. Дозиметры на основе полимерных систем

Для дозиметрии импульсного излучения рекомендованы раз­ личные полимеры. Дж. Боуг [46] предлагает использовать с этой целью пластинки из полиметилметакрилата толщиной от одного до нескольких миллиметров. При облучении в этом полимере воз­ никает оптическое поглощение с максимумом прп 292 нм. При этой длине волны оптическая плотность линейно зависит от дозы в диапазоне от 5 • 104 до 10е рад.

Л. Харрах [47, 48] исследовал полистироловые и полигалостироловые пленки, содержащие некоторые добавки. В работе [47] им было найдено, что полистироловые пленки, содержащие транс- стильбен, пригодны для измерения доз в диапазоне 2 • 1 0 5 — 1 0 8 рад при мощностях дозы от 300 до 7,5 -1013 рад/сек; при этом пока­

зания не зависят от энергии излучения в интервале 1,25-10-3 — 4,7 Мэе. Пленки готовятся из бензольных растворов полисти­ рола (10 вес.%) и тракс-стильбена (0,025 вес.%). При облучении

261

пленок происходит изомеризация шракс-стпльбеиа в ^ис-пзомер. За этим превращением удобно следить спектрофотометрически по поглощению света при 324 нм (при этой длине волны коэффициент экстинкции нгранс-стнльбена более чем па порядок выше коэф­ фициента экстпнкцнн г^мс-стильбена). При этом находится отно­ шение R = (D0 — D t)/D0, где D0 — исходная оптическая плот­ ность пленки при 324 нм и D t — ее оптическая плотность при дай­ ной дозе. Радиационно-химический выход расхода mpawc-стпльбепа

зовалась лейкоформа красителя, приготовленная медленным до­ бавлением метаиольиого раствора малахитового зеленого к 1 М раствору метокснда натрия при быстром перемешивании и после­ дующей перекристаллизации из бензола с обработкой активиро­ ванным углем. Облучение приводит к окрашиванию пленок. Ин­ тенсивность окраски измерялась спектрофотометрнчески по по­ глощению света при 630 нм (для доз до — 3-10° рад) или 430 нм (для доз 106 — 1,5-107 рад). Коэффициент экстинкции красителя

при 430 нм равен ~ 20% от коэффициента экстинкции при 630 нм. Влпянпе мощности дозы проверялось в случае поли-4-хлорстиро- ловых пленок. Показания для мощностей дозы до — 1014 рад/сек, создаваемых импульсами электронов длительностью 2 • 1 0 - 8 сек.

(энергия — 2 Мэе), отличаются всего па 2% от показаний для у-излученпя 00Со при мощности дозы 300 радкек. Для мощности дозы 1015 радкек это различие составляет 8 %. Рассматриваемые

измерения были проведены в вакууме. В присутствии воздуха чувствительность пленок для у-излучения па 25% выше чувстви­ тельности их при облучении в вакууме. В случае полп-4-бром- стироловых пленок кислородный эффект выражен менее резко (он составляет — 4%). Наличие кислородного эффекта является од­ ним из недостатков описываемого метода дозиметрии. Другой его недостаток состоит в том, что показания сильно зависят от при­ сутствия примесей в пленках.

К. Уиллис и др. [49] изучили возможность применения синих целлофановых пленок [фирма «Dupont Со.» (США) | для дозиметрии импульсного электронного излучения ускорителей типа «Febelron». В этих пленках, как уже упоминалось (см. стр. 224), содер­ жится краситель — диметоксичифенил-диазо-бг/с-8 -амипо-1 -наф-

тол-5,7-дисульфоновая кислота. Краситель в результате облуче­ ния обесцвечивается. Степень обесцвечивания измеряется на спектрофотометре при длине волны 655 нм. К. Уиллис и др. об-

262

нарушили, что эти пленки могут быть использованы для определе­ ния доз в диапазоне 5-105 — 1,4 -1 0 7 рад.

В обзоре [50] отмечается, что показания дозиметров на основе пленок, содержащих нитрилы триарилметановых красителей, не зависят от мощности дозы до ~ 1015 рад/сек. Принцип действия

этих дозиметров рассмотрен в предыдущей главе.

В пленках, как правило, происходит неполное поглощение энергии излучения. Поэтому они могут быть применены как отно­ сительные дозиметры, нуждающиеся в предварительной калиб­ ровке.

5.Органические жидкости] как дозиметрические системы

К. Уиллис и др. [49] нашли, что (?(Н2) при радиолизе жидкого бензола под действием импульсов электронов, генерируемых уско­ рителем «Febetron-705» (мощность дозы 10х1 рад/сек), равен 0,04

молек./100 эв. Выход водорода такой же, как и в случае низких мощностей дозы.

Указанные авторы обнаружили следующую особенность дози­ метрических измерений при сверхвысоких мощностях дозы с по­ мощью бензола (и, возможно, других жидкостей, плохо проводя­ щих ток). За время импульса в жидкость вводится заряд, равный нескольким сотням микрокулонов. Время релаксации проводи­ мости в этих жидкостях такое же или даже больше длительности импульса (— 3-10- 8 сек.). Поэтому высокое электрическое поле,

наведенное в жидкости, в начальный период действия импульса будет отражать электроны, поступающие в нее в последующие периоды действия импульса. В результате измеренная доза в этих условиях будет гораздо меньше. Очевидно, данный эффект будет тем значительнее, чем толще облучаемый образец. Согласно [49], этот эффект ничтожен для образцов толщиной 0 ,2 —1 , 0 см (для них

С?(Н2) = 0,04 молек./100 эв). Однако он существен для образцов

действием импульсов электронов при мощностях дозы до — 1 0 14

метрии импульсного электронного излучения этанольные растворы хлорбензола, содержащие 4 объемн. % воды. С помощью этой

263

10,J рад/сек (длительность импульсов была равна 7-Ю- 0 сек., а

энергия электронов — 10 Мэе). Величины G(1IC1) в молек./100 эв составляют (в скобках указаны концентрации СсН 6С1 в объемных

процентах): 4,53 (10); 4,95 (15); 5,19 (20); 5,34 (30); 5,47 (40). Спо­ собы анализа попов II+ и С1_ в облученных растворах рассмотрены на стр. 204.

Согласно [53], дезаэрированный раствор нитрила парарозанилпна в 2 -метокспэтаиоле может быть применеи для измерения доз

импульсного электронного излучения (мощность дозы — 3-10° рад/сек) до 15—20 крад. Методика дозиметрии с помощью этой системы описана в главе У.

б. Газообразные дозиметрические системы

В работах [1, 54—58] изучена возмоишость использования эти­ лена, кислорода и закиси азота для дозиметрии импульсного

няется, не установлено. Поэтому газообразный кислород можно использовать как дозиметрическую систему при мощностях дозы Ю12 — 3-Ю13 рад/сек, для которых 6?(0 3) независимо от мощности

дозы равен 12,8 молек./ЮО эв [57]. В этих условиях G(03) постоя­ нен прн изменении давления в диапазоне 0,04—1 атм и дозы в интервале 0,05—0,35 Мрад. Озон в образцах, облученных импуль­ сами электронов, удобнее всего определять спектрофотометрпческим методом по поглощению света при 254 нм (см. стр. 215).

При переходе от мощностей дозы — Ю2 — Ю3 рад/сек к мощнос­ тям дозы — Ю12 рад/сек G(N2) при радиолизе газообразной закиси

азота возрастает примерно на 20%. Для у-радиолиза выход равен ~ 10 молек./ЮО эв (см. главу VII), а для радиолиза под действием мощных импульсов электронов он составляет 12,4 молек./ЮО эв [1, 54, 55]. По данным [1], прн давлении N 2 0, равном 1 атм, это изменение выхода происходит в диапазоне мощностей дозы 1 ,6 - •10s — 1,6-Ю11 рад/сек. Прн импульсном радиолпзе G(N2) не за­

висит от давления N20 в интервале 0,5—5,0 атм [54]. При давле­ нии 1 атм он не изменяется при увеличении температуры до 200° С [55]. Выход N2 постоянен до дозы 6,4 -10е рад. Согласно [60], G(N2) равен 12,4 молек./ЮО э в даже при мощности дозы— З-Ю14

рад/сек.

264