4.1 solutions
.pdfв области тока насыщения (участок II). Рабочее напряжение выбирают на середине плато.
При работе ионизационной камеры под напряжением в области плато ток насыщения Jн изменяется по линейному закону в зависимости от интенсивности излучения I. Пусть за единицу времени в каждой единице объема газа образуетсяN=bE/ε ионных пар, где Е - энергия частиц, b — доля энергии частицы, поглощаемая в единице объема газа, аε энергия образования ионной пары. Так как рабочий объем конкретной камеры постоянен, то ток насыщения
Jн=aI(1)
пропорционален интенсивности излучения I.
Эту важнейшую закономерность используют при измерении ядерных излучений ионизационной камерой. Измеритель тока можно градуировать не на единицы тока, а на единицы интенсивности излучения, что упрощает обработку результатов измерений.
Прежде чем выяснить особенности газового разряда в ионизационной камере, найдем связь ионизационного тока J с плотностью ионов N. Пусть в единице объема газа ежесекундно образуется N ионных пар. Часть ионных пар,αN2, рекомбинирует, а другая часть,N-αN2 = N(1 - αN), собирается на электродах. Умножив последнее произведение на элементарный заряде и рабочий объем V, получим связь тока J с током насыщения Jн =eNV, плотностью ионов N и коэффициентом рекомбинацииα в областях закона Ома и тока насыщения:
J = Jн(l -αN). |
(2) |
Ионизационный ток представляется как произведение двух сомножителей. Первый сомножитель Jн является током насыщения. Он протекает в газе, если ионы не рекомбинируют, и пропорционален плотности ионов N. Второй сомножитель(1-αN) равен доле ионов, попадающих из газа на электроды. Он зависит как от коэффициента рекомбинации а, так и от плотности ионов N. Если при постоянном коэффициентеα увеличивать плотность ионов N, то будет возрастать не только ток Jн, но и рекомбинация ионов. Поэтому плотность ионов влияет двояко на ток J: она способствует возрастанию тока J, а вместе с тем и тормозит это возрастание. От степени влияния каждого процесса зависит изменение тока J. С повышением напряжения на электродах уменьшается коэффициент рекомбинацииα, и ток стремится к току насыщения Jн. В области насыщения почти все ионы собираются на электродах. Однако плато имеет небольшой наклон, так как коэффициент рекомбинации не равен нулю. Поэтому небольшая доля ионов рекомбинирует. С повышением напряжения доля рекомбинирующих ионов становится меньше, а ток J на плато немного возрастает.
21. Потоковые и токовые детекторы ионизирующего излучения.
Детектор ионизирующих излучений – это устройство, преобразующее энергию излучения в другие виды энергии, удобные для регистрации, чаще всего в электрическую энергию.
Детекторы, применяемые в радиометрах, различают:
1.По принципу действия, т.е. по эффекту, используемому для преобразования энергии излучения. Подразделяются на ионизационные и сцинтилляционные: ионизационные детекторы основаны на ионизирующей способности излучения; сцинтилляционные – на преобразовании фотоэлектрическим умножителем световых вспышек (сцинтилляций), возникающих в люминофорах от воздействия излучения, в электрические сигналы.
2.По состоянию среды, в которой происходит эффект от действия излучения. По этому признаку сцинтилляционные детекторы относятся к твердотельным (хотя в геохронологии используются и жидкие сцинтилляторы). По состоянию среды ионизационные детекторы подразделяются на газовые (счетчики Гейгера-Мюллера, пропорциональные счетчики и др.), жидкостные (некоторые типы ионизационных камер) и твердотельные (полупроводниковые детекторы).
3.По возможности регистрировать энергетическое распределение излучения детекторы подразделяются на интегральные и спектрометрические. Для спектрометрических детекторов характерно прямо пропорциональная зависимость выходного сигнала от энергии регистрируемого излучения. Для интегральных детекторов, вне зависимости от энергии излучения, выходной сигнал остается постоянным. Примером интегрального детектора может служить газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера, у которого выходной сигнал не зависит от энергии регистрируемого излучения. Спектрометрические детекторы: сцинтилляционные, полупроводниковые, пропорциональные.
Основными характеристиками детекторов являются: эффективность регистрации, чувствительность, счетная характеристика, уровень собственного фонового излучения, разрешающее время и энергетическое разрешение.
Счетная характеристика детектора – это зависимость частоты зарегистрированных импульсов детектора от напряжения, подаваемого на детектор.
Характеризуется |
следующими |
параметрами: |
|
протяженностью |
плато |
и |
его |
наклоном. Плато счетной характеристики – это интервал напряжений, в пределах которого частота импульсов от излучения постоянной интенсивности, изменяется незначительно. Счетная характеристика детектора выражается следующими характеристиками: напряжение начала счета V0; напряжение начала плато V1; напряжение окончания плато V2; протяженностью плато V2 – V1; рабочее напряжение счетчика VР, выбираемое посередине плато. Наклон плато выражается в процентах изменения счета в интервале напряжений 100 вольт относительно счета при рабочем напряжении.
Эффективность регистрации - это отношение количества зарегистрированных сигналов к количеству частиц (g-квантов), падающих на детектор:
e = Je/jS
где: Je - частота зарегистрированных импульсов от излучения; j - плотность потока частиц (g-квантов), падающих на детектор, S – площадь чувствительной поверхности детектора.
Чувствительность детектора – это отношение количества зарегистрированных сигналов к плотности потока частиц (g-квантов):
h = Je/j
22. Характеристики ионизационных дозиметров в полях импульсного излучения.
Импульсное излучение — электромагнитное или корпускулярное излучение любого вида, генерируемое и распространяющееся в виде коротких посылок (импульсов) электромагнитной энергии или сгустков частиц, одиночных или следующих друг за другом (серий импульсов) через определенные промежутки времени с определенной частотой.
23. Токовый режим функционирования сцинтилляционного дозиметра фотонов.
24. Основные особенности применения ионизационного метода в дозиметрии нейтронов.
25. Коэффициент качества излучения и эквивалентная доза.
Установлено, что при облучении различными видами лучей последствия для здоровья человека различны. Возможность заболеть раком при облучении альфа-частицами выше, чем бета или гаммачастицами.
Поэтому для биологической ткани была введена характеристика – эквивалентная доза.
Эквивалентная доза (HT,R) – поглощенная доза, в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент качества излучения (WR) данного вида излучения R.
Эквивалентная доза ионизирующего излучения является основной величиной, определяющей уровень радиационной опасности при хроническом облучении человека в малых дозах. Понятие эквивалентной дозы и коэффициента качества применяют только при дозах в 10 ПДД (предельно допустимых доз). При больших дозах используют поглощенную дозу и соответствующие коэффициенты ОБЭ (Кобэ). Кобэ – отношение доз стандартного излучения (гамма-излучения 60Со) и исследуемого ионизирующего излучения, необходимых для получения одинакового биологического эффекта. Кобэ для быстрых нейтронов равен 0,7-0,8, альфа-излучения – 0,55-1,3, нейтронов деления – 1,6-4,42.
Она введена для оценки последствий облучения биологической ткани малыми дозами (дозами, не превышающими 5 предельно допустимых доз при облучении всего тела человека), т.е. 250 мЗв/год.
Ее нельзя использовать для оценки последствий облучения большими дозами.
Эквивалентная доза равна: HT,R = DT,R• WR,
где DT,R – поглощенная доза биологической тканью излучением R;
WR, - весовой множитель (коэффициент качества) излучения R (альфа, бетачастиц, гамма -квантов и др.) который учитывает относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов.