книги из ГПНТБ / Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии

щества называется обычно замедлением, тогда как уменьшение энергии нейтронов от ~ 1 эв до тепловых энергий — термализацией. Тепловые нейтроны диффундируют в веществе до тех пор, пока не произойдет процесс захвата ядрами.

Как уже отмечалось, вероятность протекания того или иного процесса характеризуется сечением. В случае нейтронов в зави­ симости от вида процесса применяются следующие обозначения

ния нейтрона с энергией, меньшей, чем у исходного (т. е. для неупругого рассеяния); = paY — для радиационного захвата и S / = p3f — для деления ядра. Сумма поперечных сечений, пред­ ставляющая собой вероятность столкновения нейтрона с ядром и называемая полным сечением, обозначается символом Е (. Полное сечение характеризует эффективность экспоненциального ослаб­ ления нейтронного потока веществом. Величина о, = Е,/р на­ зывается эффективным поперечным сечением.

Основываясь на определении сечения взаимодействия, можно написать следующее уравнение для ослабления потока нейтронов:

где Ф0 — начальный поток нейтронов; Ф — поток нейтронов пос­ ле прохождения слоя вещества I (в см)‘ N — число ядер сорта i в 1 см5 и сц — эффективное сечение взаимодействия нейтронов с

Значения В для воды и полиэтилена приведены в табл. 15 [23].

49

5. Лппейная передача энергии. «Шпоры»

Ионизирующие излучения часто характеризуют величиной ли­ нейной передачи энергии (англ. — linear energy transfer); при этом обычно используют сокращение ЛПЭ (англ. — LET). Согласно [21], ЛПЭ заряженных частиц в среде есть частное от деления dEjino на dl, где dEjino — средняя энергия, локально передан­ ная среде заряженной частицей данной энергии при прохождении ею расстояния dl, т. е.

^^лпэ

Термин «локально переданная» может относиться или к макси­ мальному расстоянию от трека, или к максимальному значению

Рис. 27. Зависимость ЛПЭ для воды от начальной энергии электронов (7,2) п фотонов (3)

1 — величины начальной ЛПЭ; 2— пслпчины средней ЛПЭ для полного

никших из фотонов указанной энер­ гии в комптоновском процессе и процессе образования пар

дискретной потери энергии частицей, вне которого потери уже пе рассматриваются как локальные. При этом соответствующие пре­ делы должны быть указаны. В качестве единиц измерения ЛПЭ обычно используют кэв/мк или эв/А-

Линейная передача эпергип отличается от тормозной способ­ ности. Первое понятие относится к энергии, переданной ограни­ ченному объему; второе — к потере энергии независимо от того, где эта энергия поглощена. ЛПЭ характеризует потерю энергии ионизирующей частицей дискретными порциями, в результате чего в объеме материала создаются микрообласти с высокой ло­ кальной мощностью дозы. Эти микрообласти называются «шпо­ рами» (англ. — spurs). В них создаются первичные продукты радиолиза: свободные радикалы, ионы, возбужденные молеку­ лы, имеющие высокую локальную концентрацию. Для у-излу- чения и быстрых электронов «шпоры» расположены далеко друг от друга. В случае тяжелых заряженных частиц расстояние между ними весьма небольшое, и они сразу же после своего образования сливаются в сплошную цилиндрическую колонку.

Обычно считается, что тормозная способность и ЛПЭ разли­

50

* Теоретическое минимальное значение 0,018 эв/А.

Для тяжелых частиц различие в величинах dE/dx и ЛПЭ незна­ чительно; однако для электронов оно существенно.

В радиационной химии часто отождествляют тормозную спо­ собность и ЛПЭ. Хотя такое отождествление и не вполне оправдан­ но, тем не менее оно позволяет в известной степени характеризо­ вать влияние вида излучения и его энергии на радиационно-хими­ ческие выходы для той или иной системы. В табл. 16 приведены зна­ чения начальных тормозных способностей воды для различных видов излучения [31, 32]. На рис. 27 показана зависимость вели­ чии ЛПЭ для воды от начальной энергии электронов и фотонов (точнее: электронов, генерированных ими в процессах комптоновского рассеяния и образования пар) [33].

6. Радиационно-химический выход

Главной количественной характеристикой любой реакции, протекающей под действием ионизирующего излучения *, яв­ ляется радиационно-химический выход. Он равен числу молекул, ионов, свободных радикалов, атомов и т. п., возникающих (или разлагающихся) в системе при поглощении ею 100 эв энергии

* Любые химические процессы, происходящие в веществе или системе под действием ионизирующего излучения, называют радполизом.

51

ионизирующего излучения. Он обозначается буквой G. Для обоз­ начения выхода образования какого-либо вещества после буквы G в круглых скобках пишут формулу этого вещества [например, G (Се3+) есть число образовавшихся ионов Се3+ на 100 эв]. Для на­ писания выхода разложения перед формулой соответствующего вещества ставится знак минус [например, G ( — СН3ОН) обозна­ чает число молекул СН3ОН, разлагающихся при поглощении

100 эв\.

Для определения G необходимо знать дозу и концентрацию образовавшегося или разложившегося в результате облучения вещества. Тогда G можно рассчитать с помощью формулы

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.А. Чарлзби. Ядерные излучения и полимеры. М., ИЛ, 1962.

2.Сборник рекомендуемых терминов, ч. I. М., Изд-во АН СССР, 1963.

5.A. Euppermann. J. Chem. Educ., 36, 279 (1959.

6.A. Euppermann. Nucleonics, 19, No. 10, 38 (1961).

7.Экспериментальная ядерная физика (под ред. Э. Сегрэ). М., ИЛ, 1955, т. 1, ч. 2.

8.Радиационная дозиметрия (под ред. Дж. Хайна и Г. Браунелла). М., ИЛ, 1962, гл. 2.

9.К. К. Аглинцев. Дозиметрия ионизирующих излучений. М., Гостехиз-

дат, 1957.

10.Я . А. Власов. Нейтроны. М., «Наука», 1971.

И. М. Ф. Юдин. Дозиметрия фотонного излучения. М., Стандартгиз, 1970.

12.Я. Г. Гусев, Л. Р. Ним.иель, В. Я. Машкович, Б. Г. Пологих, А. Я.

Суворов. Защита от ионизирующих излучений, т. 1. Физические основы защиты от излучений. М., Атомиздат, 1969, стр. 315.

13.Г. В. Горшков. Проникающие излучения радиоактивных источников. Л ., «Наука», 1967.

14.Б. Я . Голубев. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. М., Атомиздат, 1971.

15.Государственный стандарт СССР. Единицы радиоактивности и ионизи­ рующих излучений. ГОСТ 8848—63.

16.В. А. Базакуца. Международная система единиц. Харьков, Изд-во Харьковского ун-та, 1973.

17.ICRU Report 10b. Physical Aspects of Irradiation. National Bureau of Standards, Handbook No 85. Washington, 1964.

18.С. M. Lederer, J. M. Hollander, I. Perlman. Table of Isotopes, 6th Edition. N. Y ., John Wiley and Sons, Inc., 1968.

19.И. П. Селинов. Изотопы. M., «Наука», 1970.

20.Дж. Спинкс, Р. Вудс. Введение в радиационную химию. М., Атомиздат, 1967.

52

Г л а в а II

ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИИ

Врадиационной химии используются разнообразные источники ионизирующего излучения. Их ыожио разделить иа два класса: аппаратурные п изотопные. К первому классу относятся рентге­ новские трубки, ускорители заряженных частиц, атомные реак­ торы; ко второму — установки с радиоактивными изотопами.

Внастоящей главе кратко рассматриваются принципы дейст­ вия аппаратурных источников и конструктивного выполнения изотопных установок, а также излагаются рабочие характеристики источников ионизирующего излучения, наиболее часто исполь­ зующихся в радиационной химии. Более подробно заинтересован­ ный читатель может ознакомиться с этими вопросами в специаль­ ных книгах [1—9].

1.Изотопные гамма-установки

Из числа изотопных установок наибольшее распространение в радиационной химии находят установки с радиоактивным изото­ пом 60Со. Сейчас известны установки с этим изотопом, имеющие активность в несколько миллионов грамм-эквивалентов радия.

Промышленность иашей страны выпускает стандартные ис­ точники с изотопом 60Со, активность которых составляет от 5 до 3000 г-экв радия. Они представляют собой чаще всего цилиндры, находящиеся в тонкой оболочке из алюминия или нержавеющей стали. р-Частицы с энергией 0,300 Мэе, образующиеся при рас­ паде этого изотопа, полностью поглощаются в самом кобальтовом препарате и оболочке, в которую он помещен. Поэтому такие ис­ точники можно рассматривать как практически чистые у-излуча- тели.

Стандартные источники собираются в облучатели различной конфигурации. Чаще всего применяются облучатели в виде полого цилиндра («беличье колесо») и плоскости. В радиационной химии обычно используются облучатели первого вида, так как в этом случае достигается равномерная и достаточно высокая мощность дозы во внутренней сравнительно небольшой полости облучате­ ля. Облучатели в виде плоскости находят применение в радиацион­ но-химической технологии, поскольку такая форма облучателя позволяет проводить конвейерную транспортировку материала через зону облучения.

54

Максимально достигнутая мощность дозы в случае источников с изотопом °°Со равна примерно 5000—6000 рад/сек. Эта вели­ чина зависит от удельной радиоактпвпости препарата, которая имеет известные пределы. Однако, чем больше суммарная актив­ ность, тем больше величина облучаемого объема.

Конструкция изотопных кобальтовых установок весьма разно­ образна (см., например, [1—3, 10—29]). Они различаются по типу защиты в нерабочем состоянии (вода, бетон и т. п.), по способам перевода облучателя из нерабочего состояния в рабочее (механи­ ческий, пневматический, электромагнитных!, гидравлический п

ДР-)-

Согласно [3], изотопные установки можно разделить на сле­ дующие классы:

1.Исследовательские установки с неподвижным облучателем, не требующие специального помещения (так называемые «самозащищенные» установки).

2.Исследовательские установки с подвижным облучателем

постоянной конфигурации, не требующие специального поме­ щения.

3.Исследовательские установки с подвижным облучателем, требующие специального помещения.

4.Исследовательские универсальные установки с подвижным облучателем, требующие специального помещения. В них предус­ мотрена возможность изменения конфигурации облучателя, что позволяет моделировать различные радиационно-химические ап­

параты.

5. Опытно-промышленные и промышленные установки с не­ подвижным облучателем, не требующие специального поме­ щения.

6.Опытно-промышленные и промышленные установки с непод­ вижным облучателем, требующие специального помещения.

7.Опытно-промышленные н промышленные установки с под­ вижным облучателем, требующие специального помещения.

К этим классам следует добавить еще один класс установок,

аименно: исследовательские установки с неподвижным облуча­ телем, требующие специального помещения. В соответствии с приведенной классификацией это — класс 2а.

Очевидно, в радиационно-химических исследованиях исполь­

зуются установки первых четырех классов. Установки последних трех классов находят применение в радиационно-химической тех­ нологии.

Установки 1 и 2 классов весьма удобны для проведения ра­ диационно-химических экспериментов с небольшими образцами. В первое десятилетие после второй мировой войны было описано несколько небольших установок со сравнительно низкой актив­ ностью 60Со (см., например, [30—33]). В качестве примера рас­ смотрим установку Дж. Гормлея и К. Хоханаделя [30]. Общий вид ее показан на рис. 28. Она состоит из массивного свинцового блока

55