Файл: Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений..pdf

в радах. Тогда, поскольку Р = /(/5э), относительные спектральные характеристики можно определить из соотношения

где / — коэффициент, зависящий от вещества и спектрального состава излучения. Значение величины f для костной и мышеч­ ной ткани приведены в таблицах для моноэнергетнческого из­ лучения и для спектров, характеризующихся Еаф, определенной, как в нашем случае, по слою половинного ослабления [293].

Рис. 7.6. График дли определения мощности экспозицион­ ной (/) и поглощенной (2) дозы по сигналам Л п h-

Оценка величин Р3 и Р с помощью приведенных графиков возможна для спектров, которые являются линейной комбина­ цией исходных спектров, применявшихся при градуировке си­ стем. Если системы градуированы с помощью монохроматиче­ ских излучений, то это условие всегда выполняется.

С помощью рис. 7.5 и 7.6 можно определить область значе­ ний величин Рэ и Р, соответствующих данному отношению hJP- Если оценивать относительную погрешность измерений фор­ мулой

то максимальная погрешность в определении мощности экспо­ зиционной дозы равна 24%, в определении мощности поглощен­ ной дозы для мышечной ткани равна 27% и для костной — 30%.

Для сравнения приведем величину погрешности в опреде­ лении Р с помощью отдельных детекторов. Для первого детек­ тора [CsI(TI)] погрешность в определении б составляет 400%, а для второго (Si,],) — 82%.

Иногда удобно применять пропорциональный детектор с дву­ мя выходами. На одном из них измеряется ток /, на другом — число импульсов Np. В качестве пропорционального детектора

146

применяют полупроводниковые или сцнитнлляциоішые, детек­ торы [289].

На рис. 7.7 приведены относительные спектральные характе­

Рис. 7.7. Зависимость дозовой чувствительности от £ Эф для детектора с кристаллом Nal (ТІ).

мощность экспозиционной дозы Р0. Видно, что максимальная относительная погрешность для излучения со спектром, являю­ щимся линейной комбинацией исходных, достигает 180%, т. е. существенно больше, чем у описанной ранее системы с двумя детекторами.

При прохождении через среду спектральный состав излучения изменяется. Однако погрешность в определении Рэ может ока­ заться меньше максимальной, поскольку рассматриваются не любые возможные спектры, а только спектры рассеянного в среде рентгеновского излучения. Большой практический интерес представляет определение погрешности, которая может возник­ нуть при фантомных измерениях, с учетом рассеянного излуче­ ния. Для этого следует сравнить полученные рассмотренным методом величины Р3 со значениями (Ра)и, измеренными непо­ средственно эталонной ионизационной камерой, помещаемой внутрь фантома. Относительная погрешность в определении экс­ позиционной дозы равна:

(Ра)и, измеренными в соответствующих точках фантома с по­ мощью эталонной стеночной камеры.

Аналогичные измерения проведены при облучении фантома пучками рентгеновского излучения с £Пф, равной 65, 76, 96 кэв. Измеренные с помощью ионизационной камеры величины (/%)„ сравнивали с Р3, определенным с помощью двух детекторов (CsI(Tl) и Si). Относительная погрешность, вычисленная по

формуле (7.14) во всем исследѵемом диапазоне, не превышала

± 3 %.

Следовательно, спектры рассеянного излучения мало отли­ чаются от однопараметрических (или являются линейной ком­ бинацией однопараметрических на участках, где максимальная погрешность не превышает ±3% ).

148

Для определения величины погрешности, возникающей при дозиметрии излучения с широким спектром, исследовали у-из- лучение изотопов 60Со, 137Cs, 198Au, прошедшее через слои пара­ фина различной толщины в условиях «плохой» геометрии [284]. Для измерений применяли сцинтилляционный детектор с кри­ сталлом Nal(Ti) диаметром 30 и толщиной 20 мм, находя­ щимся в оптическом контакте с ФЭУ-29. Ток (/)It с выхода ФЭУ

измеряли амперметром М-95, число импульсов /Ѵр регистриро­ вали пересчетной схемой. Относительные спектральные характе­

рис. 7.7, градуировочный график на рис. 7.8. Источник у-излу- чения помещали на расстоянии 60 см от сцинтиллятора. Между источником и кристаллом, вплотную к последнему, по­ мещали пластины размерами 20X20X5 см. Измеряли ток (/)„ и отношение (!)JNP в зависимости от толщины слоя парафина.

Полученные кривые ослабления ([)n = f(d) сравнивали с кривыми ослабления мощности экспозиционной дозы. Мощность экспозиционной дозы в этом эксперименте определяли с по­ мощью детектора с пластмассовым сцинтиллятором. Размеры детекторов и геометрия измерений одинаковы в обоих случаях (с кристаллом Nal(Tl) и с пластмассовым сцинтиллятором).

Кривые ослабления, снятые для изотопа 60Со, удовлетвори­ тельно совпадают для различных слоев парафина. Это означает, что основной вклад в дозу дают у-кванты высоких энергий. Полученные результаты совпадают с выводами работы [295],

где сравнивали кривые ослабления в воде, полученные с по­ мощью Nal(Tl) и антрацена.

Для у-квантов рассеянного излучения 137Cs кривые ослабле­ ния, полученные с помощью пластмассового сцинтиллятора в детектора с Nal(Tl), заметно различаются. Максимальная по­ грешность в определении Р но I и Np составляет ±14% .

Для изотопа 198Аи максимальная погрешность в определении Р по / и /Vр около 9%.

Дозные поля у-излучения 60Со в рассеивающей среде

Полупроводниковые детекторы на основе кремния и арсе­ нида галлия, в области энергии больше 200 кэв рентгеновского или у-излучения, практически не имеют хода с жесткостью. По-

этому их применяют для измерения -экспозиционной дозы рентгеновского или у-излучения этого диапазона энергий. Однако возможность их применения для определения экспозиционной или поглощенной дозы в рассеивающей среде требует специ­ ального рассмотрения. Это обусловлено тем, что на большой глубине доля рассеянного излучения с энергией меньше 200 кэв может оказаться такой большой, что сигнал на выходе детек­ тора уже не будет пропорционален мощности экспозиционной дозы.

По данным работы [296], фактор накопления для глубин 20 см превышает 2. Вместе с тем спектр рассеянного излучения

150

значительно сдвинут в область низких энергий [297], что приво­ дит к уменьшению эффективной энергии излучения на глубине.

В работе [298] измеряли дозы в рассеивающей среде с по­ мощью различных нетканеэквивалентных детекторов. В качестве фантома использовали набор плексигласовых пластин, в кото­ рые одновременно помещали кремниевый детектор с р—«-пере­ ходом в виде пластины объемом 1X1,5X0,08 см, комбиниро­ ванный детектор с кристал-

помещенных на различной глубине фантома. Фантом облучался

(кривая 3), причем максимальное значение I-Jh не превышает 1,2. Это означает, что эффективная энергия излучения 60Со в фантоме превышает 0,7 Мэв. Таким образом, на всех глубинах выполняется условие, при котором ток.на выходе кремниевого детектора /і = &іЯэ, где — постоянный коэффициент. Более того, поскольку в области энергии больше 400 кэв коэффициен­ ты перехода от рентгена к раду для мышечной и костной ткани практически не зависят от энергии кванта, это означает, что с помощью кремниевого детектора можно измерять поглощенную дозу (т. е. Іі = к2Рп, где k2— постоянный коэффициент).

Ввиду практической важности этих заключений были прове­ дены дополнительные эксперименты по сравнению показаний кремниевого детектора с показаниями эталонной ионизацион­ ной камеры и тканеэквивалентного люминесцентного детектора, помещенных на данной глубине внутри фантома.

6* 151