4.1 solutions

Быстрый нагрев и охлаждение при снятии КТВ могут создать новые структурные дефекты и изменить дозиметрические свойства термолюминофора, поэтому при многократном применении кристалла необходимо ограничивать скорость изменения температуры.

Максимум на кривой термовысвечивания 1 (рис.5.10) появляется вследствие одновременного действия двух процессов: освобождения зарядов при нагревании и опустошения уровней захвата, т.е. с ростом температуры количество электронов, освобожденных с уровней захвата и переходящих в зону проводимости, возрастает и интенсивность люминесценции увеличивается. Однако при термовысвечивании уровни с электронами опустошаются и запас электронов в ловушках снижается, поэтому несмотря на рост температуры, количество электронов в зоне проводимости уменьшается, что приводит к уменьшению интенсивности люминесценции.

Термолюминесцентные дозиметры ТЛД преобразуют поглощенную энергию ионизирующего излучения в люминесценцию под действием теплового возбуждения (нагрева). В ТЛД происходит разрушение центров люминесценции, созданных ионизирующим излучением, когда их нагревают, чтобы вызвать люминесценцию. Интенсивность последней пропорциональна дозе излучения.

Кривая высвечивания ТЛД зависит от температуры дозиметра, т. е. от времени нагрева, и обычно имеет несколько максимумов, соответствующих различным энергетическим уровням ловушек электронов — центров люминесценции. Дозу измеряют по площади пиков термолюминесценции или по высоте пика главного максимума. Для повторного использования ТЛД отжигают при высокой температуре около 400 0C, чтобы полностью снять прежние центры люминесценции. Преимущество ТЛД по сравнению с ФЛД состоит в более широком линейном диапазоне измерения дозы.

Недостатком радиолюминесцентных дозиметров является уменьшение их чувствительности после отжига.

14.Характеристики пропорциональных счетчиков в дозиметрии быстрых нейтронов. (вычеркнул)

15. Определение экспозиционной дозы

Экспозиционная доза – это количественная характеристика рентгеновского и гамма-излучения, основанная на их ионизирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом ионов одного знака, образованных в элементарном объеме воздуха в условиях электронного равновесия. За единицу экспозиционной дозы в СИ принят один кулон электрического заряда в одном килограмме облучаемого воздуха.

Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях.

В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются

внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называется рентгеном (Р), 1 Р = 2,58х10-4 Кл/кг. При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см3 сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08х109 пар ионов.

Связь между поглощенной и экспозиционной дозами выражается соотношением

где f - некоторый переводной коэффициент, зависящий от облучаемого вещества и длины волны излучения. Кроме того, величина f зависит от используемых единиц доз.

При определении действия радиации на какую-либо среду (особенно при облучении живого организма) необходимо учитывать не только общую дозу, но и время, за которое она получена. Поэтому вводится понятие мощность дозы. Мощность экспозиционной дозы (уровень радиации) – это доза, отнесенная к единице времени: Р/час, мР/час, мкР/час. В Международной системе единиц мощность экспозиционной дозы выражается в Кл/кг х с или А/кг (ампер на кг). Взаимосвязь между единицами экспозиционной дозы следующая: 1 Кл/кг = 3876Р; 1 Р = 2,58 х 10 -4 Кл/кг.

Соотношения между различными дозами выражаются следующими формулами:

Мощность дозы (N) - величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени.

При равномерном действии излучения мощность дозы равна отношению дозы ко времени t, в течение которого действовало ионизирующее излучение:

Если	источник	излучения	можно	считать точечным, то
мощность экспозиционной		дозы прямо	пропорциональна		активности

радионуклида (А) и обратно пропорциональна квадрату расстояния до точки облучения (r):

где κγ - гамма-постоянная, характерная для данного радиоактивного препарата.

Соотношения между единицами доз

16.Тепловое действие ионизирующего излучения

17.Счетный режим сцинтилляционного дозиметра.

Схема сцинтилляционного дозиметра состоит из сцинтиллятора, световода, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и электронной регистрирующей системы. Излучение, взаимодействуя с веществом сцинтиллятора, вызывает образование в нём электронов, которые возбуждают атомы сцинтиллятора. Переход возбуждённых атомов в основное состояние сопровождается излучением фотонов. Свет через световод попадает на фотокатод ФЭУ. В ходе фотоэффекта из фотокатода выбиваются фотоэлектроны, которые размножаются на динодной системе ФЭУ, и усиленный таким образом электронный ток попадает на анод ФЭУ. Каждому электрону, поглощённому в сцинтилляторе, соответствует импульс тока в анодной цепи ФЭУ. Измерению может подлежать как среднее значение анодного тока (токовый режим), так и число импульсов тока в единицу времени (счётчиковый режим сцинтилляционного дозиметра). Ток в сцинтилляционном дозиметре соответствует поглощённой энергии излучения, а скорость счёта – плотности потока частиц.

Сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений основан на анализе световых вспышек (сцинтилляций), возникающих в определенных веществах при взаимодействии излучения с этими веществами. Центром свечения может служить атом, молекула, ион или более сложное образование.

Первый сц. счетчик был построен 1947 г. Кальманом.

Преимущества сцинтилляционного метода:

1.Высокая эффективность, позволяющая работать с источниками малой активности.

2.Малое мертвое время.

3.Возможность измерения различных видов излучения.

4.Сцинтилляционные дозиметры сравнительно дешевы и просты в обращении.

Счетный режим сцинтилляционного счетчика. В этом режиме каждая сцинтилляционная вспышка вызывает один импульс тока в анодной цепи ФЭУ. Если размеры сцинтиллятора больше пробега электронов, то практически каждый электрон, созданный первичным излучением в сцинтилляторе, создает вспышку, которая вызывает электрический импульс. Таким образом, скорость счета импульсов nч если не точно равна числу электронов, освобождающихся в единицу времени в объеме сцинтиллятора, то пропорциональна этому числу.

Принимая, что каждое взаимодействие первичных фотонов со сцинтиллятором дает один электрон, для цилиндрического кристалла получим число электронов, высвобождаемых в единицу времени:

Nе= (S·І/Eγ)[1-exp(-μzh)] (7.41)

где Eγ— средняя энергия фотонов в спектре первичного излучения.

Используя соотношение между интенсивностью излучения и мощностью дозы (7.38) и полагая, что скорость счета импульсов равна скорости высвобождения электронов в сцинтилляторе, получаем

ncч/Рγ= [S/(Eγ·μen,m,в)] · [1 - ехр(-μz.h)] (7.42)

Формула (7.42) определяет чувствительность и ход с жесткостью сцинтилляционного дозиметра в счетном режиме. Кривая зависимости чувствительности от энергии фотонов, определяемая уравнением (7.42), не имеет горизонтального участка, и ход с жесткостью будет значительным в любом диапазоне энергий.

При работе в режиме счёта импульсов сцинтилляционный дозиметр примерно на порядок чувствительнее газоразрядного счётчика.

Применение сцинтилляционных дозиметров в счетном режиме, позволяет определить активность изотопа (отношение числа зарегистрированных частиц к единице времени). Особенно актуальны сцинтилляционные дозиметры при малой активности изотопа, благодаря высокой чувствительности.

18. Формирование действующего энергетического спектра электронов в среде.

Согласно модели Бора электроны в атомах вращаются вокруг ядра по круговым орбитам, или оболочкам. Каждая оболочка имеет строго определенный энергетический уровень и характеризуется некоторым квантовым числом N. Чем больше N , тем выше энергетический уровень оболочки. Оболочки получили буквенные обозначение K, L, M, N и далее в порядке латинского алфавита, каждой оболочке соответствует свое квантовое число N. Для K оболочки N = 1, для L - N = 2, для M - N=3 и т.д. На каждой оболочке может находиться не более определенного числа электронов, и их максимальное число индивидуально для каждой оболочки.

Переход электрона с одной оболочки на другую возможен при поглощении или испускании кванта электромагнитного излучения с энергией, равной разности энергий уровней, между которыми перемещается электрон. Поэтому оптические спектры поглощения атомов, соответствующие электронным переходам на дискретные свободные уровни, так же должны быть дискретны.

Важнейшие квантовомеханические характеристики тел - это энергетически спектр электронов E и плотность квантовых состояний g(Е). Эти характеристики определяют электронные свойства объекта и реакцию на внешние воздействия.

Энергетический спектр – это совокупность возможных значений энергии частицы в данных условиях. Если энергия квантуется, то энергетический спектр называется дискретным. Если энергия может принимать непрерывный ряд значений, то спектр называется сплошным (непрерывным).

Важная характеристика		энергетического		спектра электронов		—	изо-
энергетическая	поверхность Ферми,		которая	в	трехмерном	-пространстве
служит границей	между занятыми и		вакантными		уровнями. Твердые		тела, у

которых поверхность Ферми проходит в разрешенной зоне, являются металлами, а тела, у которых энергетический спектр состоит из заполненных и пустых зон, — диэлектриками или полупроводниками.

Известен способ определения энергетического спектра электронов, включающий выделение тормозного рентгеновского излучения с участка поверхности твердого тела или коллектора, бомбардируемого электронами, и измерение характеристик тормозного рентгеновского излучения. В способе-прототипе энергетический спектр электронов в пучке определяют на основе большого объема полученных в эксперименте данных о тормозном рентгеновском излучении и о пучке, включая данные о мощности и угловом распределении тормозного излучения, об энергии, переносимой в исследуемом пучке, и энергии, поглощенной в мишени-коллекторе, об угле падения электронов на мишень и о токе пучка. Кроме того, для определения энергетического распределения электронов в пучке необходимо проведение численных расчетов с использованием сконструированной автором передаточной функции, в которых используется ряд предположений о характеристиках пучка и закономерностях его взаимодействия с материалом мишени. По оценкам автора удовлетворительная точность в определении передаточной функции достигается при энергиях электронов свыше 2-3 МэВ.

Способ определения энергетического спектра электронов в электронном пучке, в процессе которого бомбардируют электронами участок поверхности твердого тела, выделяют тормозное рентгеновское излучение с упомянутого участка и измеряют его характеристики, отличающийся тем, что в любой последовательности измеряют энергетический спектр тормозного рентгеновского излучения исследуемого электронного пучка и спектры тормозного рентгеновского излучения моноэнергетических пучков, создаваемых в той же системе формирования в условиях пренебрежимо малого разброса по энергии электронов в пучках, измеряют энергетические спектры тормозного рентгеновского излучения для моноэнергетических электронных пучков при n дискретных значениях энергии электронов в этих пучках, на основе данных об энергетических спектрах тормозного рентгеновского излучения для моноэнергетических электронных пучков рассчитывают функцию ядра обратного интегрального преобразования и определяют энергетическое распределение электронов в исследуемом пучке путем выполнения операции обратного интегрального преобразования с полученным ядром к функции, описывающей спектр рентгеновского излучения исследуемого электронного пучка, причем величину n выбирают удовлетворяющей соотношению n≥nmin, где nmin - минимальное значение n, при

котором погрешность в определении функции ядра обратного интегрального преобразования не превышает заданного значения.

19. Коэффициенты передачи и поглощения энергии фотонного излучения в веществе.

Линейный коэффициент ослабления m – отношение ожидаемого значения доли dN/N косвенно ионизирующих частиц, испытавших взаимодействие при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути:

Единица измерения m – 1/м, 1/см. Массовый коэффициент ослабления mm – отношение линейного коэффициента ослабления m к плотности вещества r, через которое проходит косвенно ионизирующее

излучение: Единица измерения – м2/кг, см2/г. Под пробегом заряженных частиц подразумевается экстраполированный пробег, под пробегом g-квантов – величина, обратная линейному коэффициенту ослабления в веществе. Линейный коэффициент передачи энергии mtr[5] – отношение доли энергии de/e косвенно ионизирующего излучения, которая преобразуется в кинетическую энергию заряженных частиц при прохождении элементарного

пути dl в веществе, к длине этого пути:	Единица измерения mtr – 1/м,
1/см. Массовый коэффициент передачи	энергии mtr,m связан с	линейным
коэффициентом передачи энергии mtr через плотность среды r,		в которой
распространяется излучение:

см2/г.

mtr,m = Единица измерения mtr,m – м2/кг, см2/г. Линейный коэффициент поглощения энергии men[6] – произведение линейного коэффициент передачи

энергии mtr на разность между единицей и долей энергии g вторичных заряженных частиц, переходящей в тормозное излучение в данном веществе:

men = mtr ×(1 – g). Единица измерения men – 1/м, 1/см. Массовый коэффициент поглощения энергии men,m связан с линейным коэффициентом

поглощения энергии men через плотность среды r, в которой распространяется излучение: men,m = men/r. Единица измерения men,m – м2/кг,

20. Основные закономерности функционирования ионизационных камер.

Ионизационная камера, прибор для исследования и регистрации ядерных частиц и излучении, действие которого основано на способности быстрых заряженных частиц вызывать ионизацию газа.

1.2.1 Принципы работы и основные характеристики

Ионизационной камерой измеряют или ионизационный ток, или заряды электричества, возникающие в газовом объёме. Для разделения разноимённых зарядов к газовому объёму прикладывают определённую разность потенциалов. Электрическое напряжение подают на элементы ионизационной камеры, называемые электродами. Они ограничивают рабочий объём ионизационной камеры, т.е. тот объём газа, через который протекает ионизационный ток. Напряжение на электродах каждой конкретной ионизационной камеры обусловливается конструкцией, давлением и природой газа-наполнителя.Оно должно обеспечивать протекание через газ тока насыщения. При таком напряжении все ионы, образованные ядерным излучением в рабочем объёме, попадают на электроды, а ионизационная камера характеризуется максимальной

чувствительностью.

Рис. 3. Схема ионизационной камеры

Под чувствительностью детектора понимают минимальный ионизационный ток, который можно измерить с помощью детектора. Чем выше чувствительность, тем меньшую интенсивность излучения обнаруживает детектор. Высокочувствительными ионизационными камерами измеряются токи до 10-15 А.

Ионизационные камеры работают при напряжениях, соответствующих тихому несамостоятельному разряду в газе (Рис. 2, участки I и II), как правило,