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

А. Бойд и др. [61] обнаружили следующую особенность дози­ метрии импульсного электронного излучения с помощью газооб­ разных систем. Исследуя влияние давления на выходы радиолиза газообразных НС1, НВг и N20 прп мощности дозы 1,6 -1013 рад!сек, они нашли, что прп давлениях менее 0,5 атм выходы Н 2 в НС1 и НВг, а также выходы N2 в N ,0 существенно выше, чем при давле­

ниях более 1 атм. На рис. 82 в качестве примера показана зависи­ мость G(N2) от давления N20 при радиолизе в этих условпях. Дан­ ный эффект объяснен ускорением вторичных электронов в

Рис. 82. Зависимость G(N2) при радполпзе N.,0 от давле­ ния р (импульсное электрон­

ное излучение, мощпость дозы

1,(!■ 1013 р а д ! с е к )

1 — облучение в кварцевых ячей­

ках;

г— облучение в ячейках из не­ ржавеющей стали

кратковременном электрическом поле, создаваемом мощным элект­ ронным импульсом. Аналогичное явление имеет место и при радиолизе N20 и H2S под действием электронов с энергией 0,6 Мэе и мощ­ ностью дозы 3-1014 рад/сек [60]. В этом случае выходы про­ дуктов радполиза постоянны только прп давлениях выше 1 , 2 (для N2 0) и 1 атм (для H2S). Прп радиолизе С02 выход СО равен 7,7 молек. / 1 0 0 эв при давлениях выше 1 атм.

7. Другие дозиметрические системы

По данным [62—64], показания термолюминесцентного дози­ метра LiF не зависят от мощности дозы до 2-1011 рад/сек. Под­

робное изучение пригодности монокристаллов LiF для дозиметрии импульсного излучения было проведено Э. Фильденом п Э. Хар­ том [40]. Указанные авторы нашли, что показания этого дозиметра не зависят от мощности дозы в интервале от 0,9 до 1,5-10° рад/ /сек. В своих опытах они использовали у-излучение 60Со и импульсы рентгеновских лучей длительностью 10-6, 9,5-10- 8 и 1,1-10- 8 сек.

Было обнаружено, что с помошыо LiF можно измерять очень низкие дозы (вплоть до 1 0 ~ 2 рад/гмпульс).

Фтористый литий как термолюминесцентный дозиметр импуль­ сов электронов при мощностях дозы до 1 0 12 рад/сек исследовался

также в работе [65]. В ней, кроме того, рассмотрена возможность использования термолюминесцентных свойств CaF2 : Мп для до­

зиметрии этого вида излучения.

К. Шмидт и У. Бэкк [6 6 ] предложили калориметрический метод.

265

дозиметрии импульсного электронного излучения с регистрацией тепловых изменений кондуктометрическим способом. Метод сос­ тоит в следующем. Кварцевая ячейка с двумя плоскопараллельнымн платиновыми электродами в виде круглых фолег, наполнен­ ная электролитом, помещается за коллиматором, вырезающем пу­ чок электронов диаметром 2,5 см. Когда в ячейку попадает элект­ ронный импульс, поглощенная доза вызывает повышение темпера­ туры электролита, что в свою очередь приводит к изменению его электропроводности (~- 2% на градус). Изменение электропровод­ ности измеряется чувствительным мостом. Этим методом могут быть определены дозы 103 рад. Наиболее подходящим электро­

литом является фосфатный буфер (pH — 7), который показывает ничтожное изменение электропроводности вследствие радиационнохимических реакций. В расчеты дозы необходимо вносить поправку на поглощение энергии платиновыми фольгами.

8 . Методы измерения дозы вдоль пути светового пучка

в импульсном радиолнзе с оптической регистрацией короткожнвущнх частиц

Как уже отмечалось, в опытах по импульсному радиолизу с оптической регистрацией короткоживущих частиц необходимо знать дозу вдоль пути регистрирующего светового пучка. Вызвано это тем, что в этих опытах распределение дозы в объеме раствора бывает, как правило, неравномерным (например, облучению под­ вергается только часть раствора, поперечное сечение светового пучка меньше поперечного сечения пучка электронов, входящих в ячейку, и т. п.). В таких случаях дозу находят путем измерения оптического поглощения какого-либо продукта, чьи оптические ха­ рактеристики известны. В работах [67, 6 8 ] с этой целью рекомен­

дуется использовать оптическое поглощение ионов Fe3+, возни­ кающих при облучении сернокислого раствора ферросульфата. Для этой системы кппетпческая кривая достигает плато через несколько секунд после подачи импульса. Г. Адамс и др. [69] применили водный раствор ферроцпанида, в котором плато до­ стигается в течение миллисекунд. Другая система, рекомендован­ ная с этой целью,— водный раствор KCNS [70]. У. Флетчер и др. [71] использовали 2-10~ 3 М раствор KGNS, насыщенный кислоро­

дом. В этом растворе в результате реакции радикалов ОН с рода­

нид-ионами возникают ион-радикалы (CNS)2- Молярный коэф­ фициент экстинкции этой частицы при 475 нм равен 7350 л/(моль ~

■см), a G[(CNSb] = G (ОН) = 2,9 [72, 73]. Раствор CNS" при­ менялся также в других работах по импульсному радполизу (см., например, [74—76]). Недавно К. Иона и др. [77] использовали 10- 2 М раствор KCNS, насыщенный воздухом, для дозиметрии

одиночных импульсов тонкой структуры в случае линейного уско­ рителя (энергия электронов — 19 Мэе). Длительность этого им­ пульса составляет ^ 50 псек, а доза за импульс равна — 2 крад.

266

Очевидно, рассматриваемый вопрос можно решить, используя процесс образования гидратированных электронов (сдг. стр. 259). Эта методика применялась, в частности, в работах [77, 78].

9. Некоторые практические рекомендации Дозиметрию импульсного излучения при мощностях дозы

Эти авторы опыты по дозиметрии при таких высоких мощностях дозы осуществляли в ячейках из нержавеющей стали. Отметим, что для высоких мощностей дозы каталитический эффект нержа­ веющей стали на процесс радиационно-химического разложения N20 (см. стр. 213) ничтожен.

При работе с импульсным электронным излучением вследствие неравномерного распределения поглощенной дозы по глубине облучаемого объема и в поперечном сечении пучка средняя мощ­ ность поглощенной дозы в облученном объеме отличается от сред­ ней мощности дозы во всем объеме. Это особенно проявляется в тех случаях, когда размеры пучка в поперечном сечении меньше диа­ метра используемой ячейки и когда толщина слоя вещества в

где dv — элемент объема раствора; D — общая доза (элемент объе­ ма dv получает дозу Ddv). Интегрирование производится по всему облучаемому раствору, исходя из распределения интенсивности в поперечном сечении пучка и вдоль пути электронов в растворе.

А. Андерсон [15] находил контуры облученного объема по окра­ шиванию, возникающему под действием излучения в блоке из полиметилметакрилата. Блок после облучения разрезался на тонкие полоски. Спектрофотометрпчески измерялось радиальное распре­ деление оптической плотности и рассчитывалась средняя опти­ ческая плотность Е для облученного объема по формуле

(18)

Затем находились эффективный облученный объем г?Лфф

(19)

л средняя мощность дозы Р в облученном объеме

D

(20)

267

Где D — общая доза за импульс, эв; т — длительность импульса, сек. Если г;.,фф выражено в мл, то Р, очевидно,— в эв/(мл-сек)..

При проведении дозиметрии импульсного электронного излу­ чения необходимо строго соблюдать геометрию опытов. Очень важ­ но при этом, чтобы диаметр пучка при входе его в ячейку был оди­ наковым во всех опытах. В противном случае эффективный облу­ ченный объем, а значит, и средняя мощность дозы в нем при равном токе пучка будет изменяться от опыта к опыту, что, естественно, исказит результаты эксперимента. За выполнением этого условия необходимо наиболее строго следить, когда диаметр пучка меньше диаметра ячейки.

Контроль положения н размеров электронного пучка можно' осуществлять различными методами. Дж. Ротблат и Г. Сэттои [14] использовали с этой целью фотопленку. Они помещали ее сразу же за ячейкой и по почернению ее судили о диаметре пучка. Оче­ видно, этот метод мало удобен, так как он требует больших затрат времени на обработку фотопленки. Дж. Томас и Э. Харт [16] следили за размерами пучка по образованию при облучении корич­ невого окрашивания в тонких пнрексовых пластинках или по обес­ цвечиванию синих целлофановых пленок, находящихся непосред­ ственно перед ячейкой. Можно, по-видимому, применять для этого и пленки из других полимеров.

А. К. Пнкаев п др. [12, 19] перед каждой серией опытов юсти­ ровали электронный пучок по свечению кварцевой пластинки, вмонтированной в держатель, который навинчивался па выпуск­ ное окно ускорителя. За положением светящегося пятна следили с пульта управления ускорителем с помощью зеркала и телеви­ зионной установки.

При определении дозы импульсного излучения «супердознметром» Фрпкке следуют принимать во вниманпе также то обстоя­ тельство, что локальные дозы в некоторых точках раствора могут превышать среднюю дозу в облученном объеме. Особенпо это ха­ рактерно для электронов с энергией от 1 до 2—3 Мэе. Поэтому даже в тех елушаях, когда средняя доза значительно меньше дозы, необходимой для полного израсходования кислорода в растворе, может происходить локальный расход этого вещества. Прп низ­ ких мощностях дозы этот эффект устраняется перемешиванием раствора во время облучения. При импульсном же облучении эта операция ничего не дает. Поэтому значение дозы, при которой на­ блюдается локальный расход кислорода, определяется эксперимен­ тально. Ее можиощайти, построив кривую, выражающую зависи­ мость G (Fe^_+) от D при какой-либо одной высокой мощности дозы. Величипу D можио изменять, давая в раствор различное число' импульсов, причем промежутки между импульсами должны быть настолько малыми, насколько это возможно. Это необходимо для того, чтобы кислород в промежутках между импульсами ие успе­ вал диффушдпровать в реакционную зону из объема раствора.

При нахождении дозы вдоль пути регистрирующего света в

268