- •Isbn 5-283-02968-9
- •Глава 1
- •§ 1. Основные понятия
- •§ 2. Скалярные характеристики поля излучения
- •§ 3. Дифференциальные характеристики поля излучения
- •§ 4. Векторные характеристики поля излучения
- •§ 5. Токовые и потоковые величины в рассеивающей
- •§ 6. Теорема фано
- •§ 7. Поглощенная энергия излучения
- •§ 8. Линейная передача энергии
- •§ 9. Поглощенная доза
- •§ 10. Экспозиционная доза
- •§ 11. Коэффициент качества излучения. Эквивалентная доза
- •§ 11 Коллективная доза
- •§ 14. Коэффициент передачи энергии излучения
- •§ 15. Электронное равновесие
- •§ 16. Эффективный атомный номер вещества
- •§ 17. Средняя энергия новообразования
- •§ 18. Соотношение брэгга—грея
- •§ 19. Энергетическая зависимость чувствительности дозиметрического детектора в поле фотонного излучения
- •§ 20. Обобщенный принцип дозиметрии
- •§ 21. Вводные замечания
- •§ 22. Закономерности ионизационных камер
- •§ 23. Универсальная характеристика ионизационной камеры
- •§ 24. Закономерности ионизационных амер
- •2/3٠|2باكإب1 непр'/
- •§ 27. Газоразрядные счетчики
- •§ 28. Полостные ионизационные камеры
- •§ 29. Роль 6-электронов
- •Глава 5
- •§ 30. Особенности полупроводниковых детекторов
- •§ 31. Носители электрических зарядов в беспримесном полупроводнике
- •§ 32. Примесные полупроводники
- •§ 34. Уравнение протекания тока через полупроводниковый детектор
- •§ 35. Вольт-амперная характеристика полупроводникового детектора с /,-«-переходом
- •§ 36. Дозиметрические характеристики полупроводниковых
- •Глава 6
- •§ 37. Принцип метода
- •§ 41. Оптические эффекты в люминофорах
- •§ 42. Механизм радиофотолюминесценции
- •§ 43. Радиофотолюминесцентные дозиметры
- •§ 44. Механизм радиотермолюминесценции
- •§ 45. Кинетика термолюминесценции
- •§ 46. Кривая термовысвечивания
- •§ 47. Влияние режима облучения на чувствительность термолюминесцентных дозиметров
- •§ 48. Затухание люминесценции
- •§ 49. Люминесцентные дозиметры
- •§ 50. Фотохимическое действие излучения
- •§ 51. Дозовля чувствительность фотодозиметрл
- •52 ا. Компенсация энергетической зависимости чувствительности. Индивидуальный фотоконтроль
- •§ 53. Радиационно-химические превращения
- •§ 54. Жидкие дозиметрические системы
- •Глава 9
- •§ 57. Преобразование энергии нейтронов в веществе
- •§ 59. Энергетическая зависимость тканевой дозы
- •§ 60. Дозиметрия быстрых нейтронов с помощью ионизационных камер
- •§ 61. Применение пропорциональных счетчиков для дозиметрии быстрых нейтронов
- •§ 62. Сцинтилляционный метод дозиметрии нейтронов
- •§ 63. Активационный метод дозиметрии нейтронов
- •§ 64. Трековые дозиметрические детекторы
- •§ 65. Другие методы дозиметрии нейтронов
- •§ 66. Особенности дозиметрии высокоинтенсивных потоков ионизирующего излучения
- •§ 67. Жидкостные ионизационные камеры
- •§ 68. Ионизационные камеры без внешнего источника напряжения
- •§ 69. Детекторы прямой зарядки (радиационные элементы)
- •§ 70. Твердотельный комптоновский дозиметр
- •§ 71. Применение электретов в дозиметрии
- •§ 72. Тепловое действие ионизирующего излучения
- •§ 73. Одиночный калориметр
- •§ 74. Квазиадиабатическии режим калориметра
- •§ 75. Дифференциальная калориметрическая система
- •§ ٢6. Особенности дозиметрии высокоэнергетического фотонного излучения
- •§ 78. Квантометр
- •§ 79. Метод разности пар ،метод тонких конверторов؛
- •§ 80. Дозиметрия ускоренных заряженных частиц
- •Глава 12
- •§ 81. Общие замечания
- •§ 82. Лпэспектры
- •§ 83. Формирование лпспектров. Средние значения
- •§ 84. Распределение длины пути в сферической полости
- •§ 85. Связь лпэ-распределения с амплитудным спектром
- •§ 86. Метод линейной суперпозиции показаний нескольких детекторов
- •§ 87. Структура ионизации в конденсированных средах
- •§ 88. Основные положения теории неравномерной ионизации
- •§ 89. Рекомбинационный метод
- •§ 90. Предмет микродозиметрии
- •§ 91. Статистическая природа первичной передачи энергии
- •§ 93. Микродозиметрические величины и функции их распределения
- •§ 94. Экспериментальные методы микродозиметрии
- •§ 95. Прикладное значение микродозиметрии
- •§ 96. Пути поступления радионуклидов внутрь организма
- •§ 97. Образование и свойства радиоактивных аэрозолей
- •§ 98. ٥С٥бенн٥сти биологического, действия радиоактивных -аэрозолей
- •§ 100. Формирование дозы излучения инкорпорированных радионуклидов
- •§ 101. Кинетика формирования дозы
- •§ 1٠3. Кинетика продуктов, распада радона на фильтре
- •§ 104. Метод скрытой энергии
- •§ 105. Дозовая функция очечного источника ?-частиц
- •§ 106. Теорема обратимости дозы
- •§ 107. Доза от протяженных источников
- •Глава 15
- •§ 108. Общие замечания
- •§ 109. Расчетные методы дозиметрии р-излучения
- •Элементы метрологии в области ионизирующих излучений и радиоактивности
- •Оптимизация приборной погрешности по экономическому
- •В чем проблема!
- •Два класса дозиметрических величин
- •Переводные коэффициенты
- •Концепция универсальной дозы
- •Представительные фантомно-зависимые величины
- •٥О о 0 0 ٠١0 105 106 107 Энергия, эВ
- •1. Поле ионизирующего излучения
- •2. Доза излучения
- •Глава 3. Физические основы дозиметрии фотонного излучения ٠
- •Г л а в а 8. Фотографический и химический методы дозиметрии фотонно го излучения
- •§ 89. Рекомбинационный метод
- •13. Микродозиметрия
- •Глава 15. Дозиметрия потоков заряженных частиц
- •§ 108. Общие замечания . . ...٠٠٠
- •§ 109. Расчетные методы дозиметрии р-излучения ,
где
و
—отнесенная
к единице времени вероятность перехода
электронов с уровня F
в
зону проводимости при тем'пературе т;
р
и ٢
—коэффициенты,
связанные с вероятностью перехода
элект- ронов из зоны 'Проводимости
соответственно на уровни F
и
V.
Действительно,
уменьшение числа дырок «а уровнях V
и уве* л-ичение числа электронов на
уровнях F
связаны
'С увеличением числа электронов в зоне
проводимости [первое уравнение (45.1)]٠
Второе
уравнение описывает изменение числа
электронов 'На уров- нях F,
обусловленное
их переходом с вероятностью هق
в
зону про- водимости и обратным переходом
из зоны проводимости. Число электронов,
возвращающихся из зоны проводимости,
пропорцио- нально числу незаполненных
ловушек (N—п)
и числу электронов в зоне проводимО'Сти.
Изменение
числа дырок на уровнях V
связано с приходов электронов из зоны
проводимости ![третье уравнение (-45.1)]٠
В
каждый данный мо٠мент
времени число электронов в 30'Нв про-
водимости, на уровнях F
и
4'ИСЛО дырок связаны очевидным COOT-
ношением
f==nin„. (45.2),
Уравнения
(45.1) представляют систему, решение
которой да- ло бы зависимость в явном
виде числа электронов и дырок от времени.
Однако в общем виде не удается получить
решение, ко- торое выражало'Сь бы
элементарными функциями, в ряде случа-
ев можно ввесТ'Н значительные упрощения.
Для люминофоров с большим временем
пребывания на уровнях захвата справедливо
ПО'ЛОЖИТЬ, что число электронов в
Л'Овушках значительно больше числа
электронов в зоне проводимости; в ЭТО'М
случае п>«п, هءم
يح«
и dfldt=dnldt.
Из
первого уравнения (45.1) получаем
8'45> ٠آبب>
Подставив
значение' „п из формулы '(45.3) во второе
уравнение (45.1), П'Осле несложных
преобразований получим следующее
уравнение для числа электронов на
уровнях F:
•٥٥<-٦(1-٢)٠+1]
Число
актов люминесценции пропорционально
числу переходов электронов из зоны
проводимости на уровни V.
Каждый такой пе- реход приводит к
изменению числа локализованных дырок;
ин- тенсивность люминесценции I
оказывается пропорциональной dffdt.
В
нашем случае с точностью до постоянного
множителя
I=\dn/dt\. (45.5)
Процедура
измерени.я дозы термолюМ'Инесцентным
дозиметром сводится к тому, что облученный
дозиметр нагревают и в процес- се нагрева
измеряют интенсивность свечения
люминесценции. 10* 147
§ 46. Кривая термовысвечивания
.Рис.
48. Кривая термовысвечивания
Рис.
49. Теоретическая зависимость интенсивности
люминесценции I
от темпера- туры т
при различных значениях параметров е
и V: 884>83>82>ا;
Vi>٠٧2>V3
Полная
светосумма, выделившаяся в процессе
нагрева, является мерой поглощенной
дозы, кривая, выражающая зависимость
ин- тенсивности люминесценции 0٠т
температуры люминофора при не- .прерывном
нагреве, называется кривой
термовысвечивания.
Ча- 'СТО
вме٠сто
температуры указывается время .нагрева.
Типичный вид кривО'й термовысвечивания
показан на рис. 48. Она может иметь один
или несколько пиков 1—111,
соответствующих ловуш- кам с ра'зличной
глубиной расположения по отН'Ошению к
зоне проводимости. Пунктиром изображена
фоновая люминесценция, возникающая
при нагреве необлученного люминофора*
Аналитическое
выражение для кривой тер1Мовысвечивания
можно получить, лишь сделав ряд упрощающих
предположений. По-прежнему 'будем
считать, что имеется лишь один вид
элект- ронных ловушек с одной и той же
глубиной залегания 8. Примем далее, что
каждый освобожденный из ловушки электрон
обяза- тельно рекомбинирует с
!Положительной дыркой с испусканием
люминесценции. Это равносильно
предположению, что в уравне- НИИ (45.4)
р/?=о. В этом
случае из уравнений (45.4)
и
(45.5)
по-
лучаем
I=]dn/dt\=^n. (46.1)
Перевод
электронов из лО'Вушки в зону проводимости
происходит в результате термического
возбуждения, при котором электроны
приобретают энергию, достаточную для
преодоления энергетиче- ского барьера
е. Электроны в ловушках имеют максвелловское
распределение по энергиям, и вероятность
ص
освободиться
элект- рону в единицу времени из ловушки
глубиной е П'РИ температу- ре т
имеет вид
^==vexp:’(—в/И), '(46.2)'
где
V-коэффициент, имеющий размерность
частоты и связанный с частотой колебаний
кристаллической решетки; & —постоянная
Больцмана.
148
При
термовозбуждении можно задать любую
программу нагрева люминофора.
Примем, что нагрев кристалла происходит
с постоянной скоростью, так что
Т
= Т0,+№, (46.3)
где
То — температура в начальный момент
времени; / — время
нагрева, а р—
постоянный коэффициент. Подставив
(46.2) в фор- а.п|ш.=—п.٠—لم لآلآع ١е1кт١١ |
(46.4) |
или йп| п,::—لم لا—г|кТاه ١. Из формулы (46.3) получаем <Ы1Т|$ |
(46.5). . |
(46.6)
и
после интегрирования
я
= /хр
ехр
(— е/т т؛
ل —
Из
формул (46.1), (46.2) и (46.6) получим следующее
выра-
жение
для интенсивности люминесценции: |
(46.7) |
Формула
(46.7) является математическим представлением
кривой
высвечивания для фосфоров,
имеющих ловушки только одного ти-
па.
Значение интенсивности по этой формуле
можно определить
лишь приближенно
численным интегрированием.
На
рис. 49 показана зависимость интенсивности
I
от темпера-
туры Т,
рассчитанная по формуле (46.7) для различных
значений
8
И V.
Вначале
с повышением температуры люминесценция
увеличивается, так как растет число
электронов, освобожденных из ловушек,
достигает максимума при некотором
значении температуры Тт,
а затем падает вследствие уменьшения
запаса электронов в ловушках. Максимум
сдвигается в сторону больших температур
при увеличении « и ₽ и при уменьшении
V.
Из
предыдущих формул легко получить
1(И—йп
или 1дТ=^дп.
Отсюда
площадь под кривой термовысвечивания
т п0
5
= ٠٢
1дТ
= р ٠٢
،/л
= р/г٥. (46.8)
Здесь
принято, что в результате нагрева все
ловушки «опустошаются». Площадь
под кривой термовысвечивания
пропорциональна числу первоначально
захваченных в ловушки электронов по;
число электронов п0,
в свою очередь, пропорционально
поглощенной дозе.
149
Для
определенного типа ловушек (г и لأ
фиксированы)
и при
заданном знании скорости нагрева
$ высота пика такэке про-
пориинал а
илу электронов п٠,
а следовательно, и дозе. 'أа-
КИМ
образом, есть две вазможности определения
дозы излучения:
по измерению площади
под .кривой высвечивания и по высоте
пи-
ка при температуре тт.
Если
фосфор содержит несколько различных
типов ловушек,
то каждая из них
характеризуется своими значениями g
и
v;
кри-
вая
высвечивания в этом случае имеет
несколько пиков. Те л о-
вушки, которые
имеют низкое значение е и большое V,
плохо со-
храняют запас энергии. Так,
ловушки -с глубиной залегания
:0,8 эВ
и со значением v>109
с
заметно опустошаются в тече-
ние
нескольких часов при комнатной
температуре.
Связь
между температурой Тт,
соответствующей максималь-
ному
значению интенсивности люминесценции,
и параметрами р,
g,
V
МОЖНО вывести из приведенных уравнений.
Из
формул (46.1) и (46.2) получаем
I==nv
exp (~s/kT). (46.9)
Для
т==тт
должно быть rf//d٠=٢.
Продифференцируем
уравне-
ние (46.9):
ه
=
V
exp
(—
s/kT)
~
ب
п
ثل
exp
(■— e/kT).
Приравнивая
производную нулю, получаем
٧:7(ج)=„لاا)ش
—
Учитывая,
что dt==dT/р,
из формулы (46.5) получаем
:
— ل
exp
(—
sIkTm)
((1Т)т:Тт٠ (46.11)
Подставив
значение (dn/n)
при т=тт
из формулы (46.11) в (46.10), после простых
преобразований получим HCK'OMoe
соотно-
шение
(46.12) .(ه/٠-)?م٦ك■
<
р
Формула
(46.12) справедлива лишь в пределах принятых
до- пущений. При определенных
экспериментальных условиях спра-
ведливо приближенное эмпирическое
соотношение 8=25kTm-
Наличие
пика кривой высвечивания объясняется
тем, что с ростом температуры количество
зарядов, осво'божденных с уров- ней
захвата, возрастает и интенсивность
люминесценции увеличи- вается;
одновременно с этим, однако, уменьшается
число электро- нов в зоне проводимости,
что приводит к снижению интенсивно-
сти люминесценции.
Эти
два конкурирующих процесса и определяют
форму кривой высвеч.ивания.
150