4.1 solutions

Керма: K = dEk/dm - мера поглощенной дозы косвенно ионизирующих излучений (название KERMA -

аббревиатура английской фразы KINETIC ENERGY RELEASED PER UNIT

MASS – выделение кинетической энергии на единицу массы). Керма (K) представляет собой сумму первоначальных кинетических энергий dEk всех заряженных частиц, появившихся в элементарном объеме вещества в результате воздействия на него косвенно ионизирующих излучений, отнесенную к массе вещества в этом объеме dm . Единицей кермы в системе СИ является джоуль на килограмм (дж/кг или Грей).

Отметим, что dEk включает не только кинетическую энергию частиц в результате столкновений, но также энергию, которую заряженные частицы теряют в виде тормозного излучения, а dm должно быть настолько мало, чтобы оно заметно не влияло на радиационное поле. В расчетах кермы, основанных на известных значениях флюенса частиц, можно говорить, например, о воздушной керме в точке, находящейся внутри водного фантома.

Таким образом, керма - суммарная начальная кинетическая энергия заряженных частиц, образованных в единице массы облучаемой среды под действием косвенно ионизирующего излучения. Применительно к гаммаизлучению в условиях электронного равновесия (равновесие в среде между входящими в dm заряженными частицами и выходящими из него) керма совпадает с дозой излучения, если можно пренебречь потерей энергии заряженных частиц (электронов и позитронов) на тормозное излучение.

При этих условиях керма является энергетическим эквивалентом экспозиционной дозы. Внесистемная единица кермы – рад. В системе СИ единицей кермы является Грей (Гр).

Часто используют понятие керма для единичного флюенса (Кр). Она соответствует керме для флюенса частиц, при котором в объем облучаемого вещества с площадью поперечного сечения 1 м2 попадает одна частица. Единица измерения К (СИ) = Гр. м2/ частица.

34. Омический режим функционирования ионизационной камеры

Одним из старых, но до сих пор широко применяемых детекторов ядерного излучения является ионизационная камера. Простейшая ионизационная камера представляет собой замкнутый газовый объем, в котором расположены два плоско-параллельных электрода. К электродам прикладывается разность потенциалов U, создающая в рабочем объеме камеры электрическое поле напряженности Е.

На рис.1 представлена принципиальная схема такой камеры. Здесь R - сопротивление нагрузки, с которой снимается сигнал, а C - распределенная емкость, включающая межэлектродную емкость камеры, входную емкость усилителя и емкость монтажа камеры.

Заряженные частицы, проходя через рабочий объем камеры, производят ионизацию атомов газа, в результате чего вдоль пути частицы образуются электроны и положительные ионы. Под действием электрического поля Е они начинают двигаться к соответствующим электродам камеры.

Рис.1. Принципиальная схема ионизационной камеры Во время движения электронов и ионов к электродам во внешней цепи камеры

индуцируется ток, заряжающий емкость С. Нарастание импульса, т.е. зарядка емкости С, прекращается в тот момент, когда все электроны и ионы, созданные в газе камеры, достигнут соответствующих электродов. Разрядка емкости происходит через сопротивление R, величина которого выбирается такой, чтобы с одной стороны, не происходила разрядка емкости С в течение времени, пока идет ее зарядка током, идущим через камеру, а с другой стороны, емкость С успела бы почти полностью разрядиться к моменту

попадания	в	камеру	следующей	частицы. Таким
образом, сопротивление R выбирается			так, чтобы Т<< RC<<	Δt, где T-время

собирания зарядов, а Δt- временной интервал между импульсами.

Время собирания зарядов, образованных частицей в газе камеры, зависит от скорости их движения к электродам, так называемой скорости дрейфа, причем скорость дрейфа электронов и ионов различна из-за разницы в их массах (так, скорость дрейфа электронов в 103 раз больше, чем ионов, а время собирания электронов в I03раз меньше). Амплитуда импульса обусловлена двумя составляющими - электронной и ионной, причем вклад в полную амплитуду импульса зарядов того или иного знака определяется отношением пройденной ими разности потенциалов к полной разности потенциалов, приложенной к электродам камеры.

Ионизационные камеры представляют собой детекторы, работающие в режиме тока насыщения. По конструкции ионизационные камеры подразделяют на плоские, цилиндрические и сферические. В плоской ионизационной камере электродами являются параллельные диски; цилиндрическая камера имеет два соосных (коаксиальных) электрода; в сферической камере электроды представляют собой две концентрические сферы.

По назначению различают ионизационные камеры для регистрации альфа, бета, гамма и нейтронного излучений. Ионизационные камеры для регистрации альфа и бета-излучений имеют специальное входное окно, закрытое тонкой пленкой. Толщина пленки должна быть много меньше пробега альфа или бета-частиц в этой пленке. Регистрация гамма-излучения осуществляется по электронам, образующимся при взаимодействии гамма-излучения с веществом.

Ионизационные камеры для регистрации гамма-излучения бывают двух типов: камеры со свободным газом (сеточные) и стеночные («наперстковые»). В качестве камер со свободным газом применяются плоские открытые и цилиндрические камеры, корпусом которых служит тонкая редкая металлическая сетка.

Рассмотрим подробнее различные режимы функционирования ионизационных детекторов .

Установлено, что энергия образования одной пары ионов практически не зависит от энергии ионизирующей частицы, ее массы, заряда и вида ионизирующего излучения. Для большинства газов эта величина составляет примерно 34 эВ.

Предположим, что частица производит в детекторе определенное количество ионизации, соответствующее начальному электрическому заряду Q0 (кулонов). В зависимости от режима функционирования этот заряд может быть частично или полностью собран, а может быть даже усилен. Если между анодом и катодом приложенная разность потенциалов слишком мала, то заряд будет собран не полностью. При разности потенциалов, достаточной для сбора всех ионов, собранный на электродах заряд Q = Qо . Это режим работы ионизационных камер. При еще большей напряженности электрического поля первичные электроны, освобожденные детектируемой частицей, приобретают энергию, достаточную для того, чтобы произвести ионизацию и освободить новые электроны - вторичные, которые могут, в свою очередь, освободить следующие электроны, и т.д. Этот процесс, называемый ударной ионизацией, увеличивает число образующихся в газовом объеме пар ионов и является механизмом газового усиления ионизационного эффекта регистрируемого излучения. Таким образом, заряд на электродах увеличивается: Q > Qo. Это режим работы газоразрядных счетчиков, конструкции которых весьма разнообразны.

36. Расчетные соотношения формирования доз в бета -дозиметрии