- •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
с
—
обобщенное число камер, соответствующее
всем процессам переноса и превращения
радионуклидов.
Анализ
камерных моделей позволяет установить
концентрацию и скорость переноса
радионуклидов в организме. В качестве
входных данных служат концентрация
и скорость поступления радионуклидов
из внешней среды в организм. Внешняя
среда рассматривается при этом как
одна из камер.
Если
известна скорость переноса ٨٦٠/,
решения
системы уравнений (102.2) дают
распределение концентрации по камерам.
Возникает и обратная задача: нахождение
коэффициентов Кц
по экспериментально определяемым
потокам радиоактивных веществ из одной
камеры в другую. Такая задача возникает
при биофизических исследованиях
метаболизма активности радионуклидов
в организме.
Рассмотрим
накопление активности продуктов распада
222^ на неподвижном фильтре с едини'чной
площадью, через который прокачивают
воздух с объемной скоростью ناً,
содержащий радон и продукты его распада.
За основу примем упрощенную цепочку
распада дочерних продуктов радона
(99.1). Пусть N۵,
Ли Дос — число атомов ИаА, КаВ и 1С,
осевших на фильтре за время про- качки
ك.
Полагая эффективность фильтра (=1, для
изменения числа атомов в единицу времени
получаем
(Ш
ت
؛ة
م
¥
— ХкЫ к٠١
(103.1)
;ئلرج
— А؛
¥
==،/،/в
.сتجد
— вتجد
ب ¥
= سمى/ذ٠
атомов
в единицу времени в результате распада
данного продукта.
Будем считать, что
до начала прокачки воздуха через
фильтр
на нем не было радиоактивных
атомов, т. е. для /=0 Л٢А=Л٢В=
=
Л٢с
= 0. При этих начальных условиях систему
(103.1) легко،
решить
обычными способами. Решения имеют вид
Каждое
уравнение системы (103.1) отражает тот
факт, что на-
копление данного продукта
происходит как вследствие непосред
ственного
улавливания его фильтром из воздуха,
так и в резуль-
тате распада предыдущего
продукта по цепочке (99.1). Предпо-
лагается,
что атомы радона фильтром не задерживаются,
а про-
дукты его распада существуют
только в виде аэрозолей. Послед-
ние
члены в уравнениях (103.1) определяют
уменьшение числа
صح
р
ا
لأع ٩;
٨д
Л٢А
=
ЛГв٩۶и
+
,
т
4;
^в
82
(103.2)
طاىهعبباحي=:٧0ع
319١§ 1٠3. Кинетика продуктов, распада радона на фильтре
где
۶Аг٠
Fbi
и
Fa
—
следующие функции времени: Fai
—
1—exp
(—ادع)
;
Fei
ات
ة—
exp(—
Хв/);
fei
=
1—(٢٠٩٢
exp(-*A،)
+
ب
(Хв-ХсИ٨с--Хв)
exp(-٩-ةاً٩ءع)
“80د)
exp(—لح);
;(۵хр(-*с؛(^-)۶с1--^ехр
Fc3=
1—exp (—kt).
Обозначим
(?а,
<2в и Qc
активность ИаА, ИаВ и
!?аС на фильтре через время t
после начала прокачки. Тогда
(103.3)
Qa
= ¥'Fai;
Qb
=
ي
Bl
+лвау۶в2٠>
Qc
= HpWFa
۶¥
+ □۶¥
بсз٠
Из
системы уравнений (103.3) видно, что
увеличение активно- сти на фильтре при
заданных 'Скорости и времени прокачки
ПОЛ" ностью определяется концентрацией
радионуклидов RaA,
RaB и
RaC
в
исследуемом воздухе. Типичные кривые
накопления актив- Н'ОСТИ продуктов
распада радона на фильтре при наличии
радио- активного равновесия в воздухе
показаны на рис. 86. Нарушение равновесия
в воздухе приведет к изменению соотношений
между активностью на фильтре Qa,
Qb и
Qc.
при
достаточно Д'ОЛГОЙ про- качке (йоо)
наступит такое состояние, при котором
число ато- мов, распадающихся на фильтре
в единицу времени, станет рав- ным числу
атомов, улавливаемых фильтром в единицу
времени; активность фильтра практически
будет постоянной. Наступит на- сышение
активности на фильтре.
Из
приведенных формул видно, что при ،د
все
۶،">-1
Пусть Qa(٥٥),
Qb(oo),
Qc(٥o)
—
предельная активность соответствующих
продуктов' на фильтре. Тогда из уравнений
(103.3) следует
(103.4)
Qa(oo)
= ¥:
QB(oo)
= ¥ + rtBw;
Qc(o٠¥ب¥ب¥
= (٥
320مص
— اح
exp(—
٢-٢
+
(فية
exp(—;(فية
٨خ٢ر Хв“Хд
Рис.
86. Типичные кривые накопления активности
продуктов распада радона на фильтре
при равновесии между радоном и продуктами
его распада в атмосфере
Рис.
87. Зависимость отношения (؟-активности
к а-активности от времени прокачки
Суммарная
активность фильтра Q=Qa-|-Qb؛Qc;
Qc'
= Qa+
+Qb-(-2Qc.
При
насыщении
Q~=
(4„А-(-Зпв-(-2«с)
и». (103.5)
Если
удается и'змерить суммарную активность
насыщения Qoo,
то
при известном соотношении «А : «в : „с
по равенству (103.5)
можно определить
„А, пв
и „с и, следовательно, активную
концент-
рацию продуктов распада
радона в воздухе. Практически
удобнее,
однако, измерять не суммарную
активность фильтра, а раздельно
а- и
(активность, принимая во внимание, что
ß-активными
про-
дуктами на фильтре являются RaB
и
RaC,
а
а-активными — RaA
и
RaC',
получаем
для а-активности фильтра в любой момент
вре-
мени после начала прокачки
Qa=Qa+Qc; (103.6)
для
؟-активности
Qp==Qb+Qc٠ (103.7)
В
формуле (ЮЗ.'б) учтено, что RaC'
находится
в равновесии с
RaC.
Подставив
в равенства (103.6) и (103.7) значения Qa,
Qb и
Qc
из
уравнений (103.3), получим
Q»
=
[/?А (ب(احررلا٨م
пв۶сг
-ا-
HqFсз]
да;
Q?
=
[«a(Fbب؛
Fei)
بпъ(Fb2
بFсг)
ب
ncFcj]да.
В
этих уравнениях Qa
и
Qß
можно
определить экспериментально по измерению
скорости счета а- и ؟-частиц
через время t
после
начала прокачки. Скорость прокачки W
задана,
коэффициенты F
легко
ВЫ'ЧИСЛИТЬ для любого времени t.
Концентрацию
атомов «А, «в и «с можно определить,
если известна степень равновесно- сти
продуктов радона в воздухе, в противном
случае результаты одноразового измерения
активности фильтра недостаточны для
определения активной концентрации
RaA,
RaB и
RaC.
32،
> (103.9)
Задача
значительно упрощается, если для
анализируемого
воздуха обеспечено
равновесие между дочерними продуктами
ра-
дона. В этом случае
Хд^А٩Хв
Пъ
= Хс^С = Ло,
где
Ло
— концентрация активности радона в
воздухе.
Используя
эти равенства, из уравнений (103.8) легко
получаем
٠٠=р٣+٠+٢н
۴٠۴٠٨)
٥٠٠
Таким
образом, при условии радиоактивного
равновесия кон-
центрация активности
радона и продуктов его распада
однознач-
но определяется а- или
0-активностью фильтра через известное
время
после начала прокачки анализируемого
воздуха. Из фор-
мул (103.9) видно, что
при условии равновесия отношение
актив-
ности ф،з/٠а
зависит только от времени прокачки и
не зависит от
концентрации Ло.
Более того, отношение легко подсчитать
при
известном Л Отличие экспериментального
значения ٠р/٠а
от
теоретического может быть обусловлено
двумя причинами: отсут-
ствием
равновесного состояния или наличием
других радиоактив-
ных аэрозолей.
Типичная зависимость отношения фр/٠а
от време-
ни прокачки показана на рис.
87. Характерным является то, что
примерно
через 1 ч после начала прокачки на
фильтре устанав-
ливается практически
постоянное отношение активности
٠р/٠а٠
Сам
факт наличия постоянного отношения
фр/،?а
через некоторое
время после начала
прокачки мало зависит от отношения
концент-
рации активности нуклидов
ИаА, ЦаВ и Т^аС, если только эти
отношения
не изменяются в течение времени
измерения. Поэтому,
непрерывно
контролируя отношение ٠р/٠а,
можно судить о появ-
лении других
аэрозолей. Отношение ٠р/٠а,
однако, заметно зави-
сит от соотношений
/г٨
:
٨*в
: Пс٠
Полагая
для простоты наличие на-
сыщения
фильтра, из уравнений (103.8) получаем
٠р(٥٥)/<2а(٥°)
=
=
(2па+2пв+пс)/(2па+ив+пс). (103.10)
Подсчет
по формуле (103.10) для равновесного
состояния дает
٠р(٠/(٠٠а(°٠)
= 1,5; для крайне неравновесного состояния
(при-
сутствует только ؟аА)
٠р(٥о)/٠а(٠о)
= 1. Таким образом, при
неизвестной
степени равновесности продуктов распада
радона в
атмосфере по измеренному
значению отношения ٠р/٠а
нельзя од-
нозначно судить об их
концентрации.
Как
уже указывалось, на практике равновесие
между про-
дуктами распада эманации
часто бывает нарушено, поэтому
раз-
работка методов определения
концентрации активности эманации
и
дочерних продуктов при неизвестных
соотношениях между ними
приобретает
особую важность.
322
Один
из возможных способов заключается в
многоразовых изфильтра через
؛،2>
активности-؛،
или
٠٠
мерениях
а-активности
различное
время ،1,
،2,
،з
и т. д. В этом случае в соответствии с
уравнениями
(103.8) получаем систему уравнений
١
да١
۶С1)
+ «в۶с2
-Ь сз١
،٠ -
А
(۶1А»]
= ٥،)
Qa
п
юз٠) ٥٠٠
[^۶")++
п+٠;۶)
٩]
= 2»
М،
где
F',
F", F'", ...
вычисляют соответственно для различного
времени i؛i,
t2,
tz,
...
Можно получить сколь угодно много
уравнений с тремя неизвестными лА,
«в и tic.
Решая
систему методом наименьших квадратов,
можно найти наиболее вероятные значения
Па,
Пъ
и пс.
Если точность измерения активности Qa
достаточно
высока, можно ограничиться тремя
уравнениями. Недостаток способа—
необходимость производить обсчет
фильтра, не прекращая прокачки. На
практике удобнее активность фильтра
измерять после прекращения прокачки
через измеряемый участок.
Рассмотрим
теперь изменение активности продуктов
распада радона RaA,
RaB и
RaC
на
фильтре после прекращения прокачки
воздуха. Пусть N'a,
N'b
и
N'c
—
число атомов соответствующих нуклидов
на фильтре через время t'
после
прекращения прокачки. Изменение числа
атомов в единицу времени при отсутствии
прокачки описывается уравнениями
(103.12)
д٠١'؛ХдЬ
— ت
'd,t؛dN'k
Яд
Na,
؛
dNftjdt'
= —
ЯвN
в
У
ب
ذ٢ا سد — ت 'dt،dN٢
Если
предварительно через фильтр прокачивался
исследуемый воздух в течение времени
،,
то при ،'=0
на фильтре было Л٨А(،)
атомов RaA, Л/в(،)
атомов RaB Л٨с(،)
атомов RaC. Начальные :(103.12) условия для
системы
؛(،)
٨٢д(0)
= А٢д
(103.13)
л£(0)
= Ув(П;
N'd=Nc(t١.
(103.14)
Ла(،),
Л^в(،)
и Л^с(،)
определяются уравнениями (103.3).
Решения
системы (103.12) с использованием
условий (103.13) представля-
ют собой
некоторые функции величин Ал, Хв, ط
،',
Л^А(،),
Мв(،),
N<*١٠؛.
= Хд,
г١٦
غحم٨
=/в[Л٨а(0,
Л،в(،),
Яа,
Яв,
/'٦;
Ыс
= ٦с\Кд(١١'؛
N٩١
N٢٨٣١,
Хд,
Хв, Хс, ١'؛.
I
323
а-
и р-активность продуктов распада радона
через время после прекращения прокачки
определяется следующими выраже
ниями:
(103.15)
Qa
=
IkNа ٦с٨٢с؛
Qß
=
Яв٨٢
в
+ ٦с٨٢с٠
после
прекращения прокачки. Очевидно,
Измеряя
при различном времени t'
а-
или iß-активность
фильт-
ра, можно с помощью уравнений
(103.15) составить систему урав-
нений,
в которых неизвестными будут Л٢а(،),
Л٨в(،),
Л٨с(0٠
Най-
денные
в результате решения этой системы
уравнений величины
Л٨а(،)>
Л٨в(،)
и Nc(t)
можно
использовать вместо левых частей
уравнений
системы (103.2). Таким образом, получается
новая
система из трех уравнений с
тремя неизвестными «а,
Ив и «с.
Коэффициенты
Fik
вычисляют
по известному времени прокачки с
помощью
соотношений, входящих в формулу (103.2) .
Решая
эту новую систему уравнений, можно
определить по
найденным значениям
«.١,
«в
и «с
искомую концентрацию продук-
тов
распада радона.
Вместо
измерения активности в различные
моменты времени
после прекращения
прокачки можно измерять суммарное
число
а- или ß-распадов
за различные интервалы времени. В этом
слу-
чае методика нахождения концентрации
активности дочерних про-
дуктов Rn
сводится
к следующему. Пусть Л1А,
Л4В
и Л1с — числа
атомов RaA,
RaB и
RaC,
распавшихся
на фильтре за время I'
٦،؛،٦А٨٢А
٢
=
Л٦А
(103.16)
Л٢в
=
٢
Яв٨٢в
dt';
Мс
—
١
ZcNcdf.
Если
в эти уравнения подставить значения
Л٢'А,
٨٢'в
и
٨٢'с
из системы
(103.14) и проинтегрировать, то получим
٧Иа=Л٢а(0۶аь ١
(103.17)
؛В
(،)
۶В2
٨٢ В
= Л٨А
(،)
۶В1
٨٦
۶٥٠
(،)
٨٢с
+ ٨٢В
(0 ۶С2
+ Мс
= Л٢д
(،)
۶с٠
прокачки.
324
определяются
теми же
؛،٦؛/
В
этих уравнениях коэффициенты
формулами,
что и коэффициенты Г^,
если вместо времени про-
качки
،
подставить
время прошедшее с момента прекращения