11.4.1. Сцинтилляционный метод | Электронная библиотека

Безопасность жизнедеятельности в техносфере / Радиационная безопасность / 11.4.1. Сцинтилляционный метод

Сцинтилляционный метод дозиметрии рентгеновского и γ-излучений основан на регистрации вспышек света, возникающих в сцинтилляторе под действием излучения. Регистрация вспышек обычно производится фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Измеряемые анодный ток i_ф ФЭУ (токовый режим) и скорость счета n_сч (счетчиковый режим) пропорциональны мощности воздушной кермы К.

Рентгеновское или γ-излучение рождает в сцинтилляторе фотоэлектроны, которые, поглощаясь в нем, образуют световые фотоны. Последние, в свою очередь, выбивают из фотокатода ФЭУ фотоэлектроны, которые после электронного умножения и измеряют.

Характеристики сцинтилляторов приведены в табл. 11.2.

Сцинтилляционный метод получил распространение в связи с тем, что для измерения допустимой плотности потока нейтронов требуется достаточно высокая чувствительность. Вспышки люминесценции от быстрых нейтронов возникают в результате торможения образующихся в сцинтилляторе протонов или ядер отдачи, от промежуточных нейтронов — после их замедления до тепловой скорости и захвата в сцинтилляторе и последующего вылета сильно ионизирующих частиц, под действием тепловых нейтронов — непосредственно в результате захвата.

Для практических измерений очень удобно использование приборов, в которых одним люминесцентным детектором регистрируются нейтроны всех энергий от тепловых до быстрых, включая промежуточные, в соответствии с их коэффициентами качества, т. е. в единицах эквивалентной дозы — зивертах.

Таблица 11.1

Характеристика методов химической дозиметрии, основанных на применении водных растворов и гелей

Дозиметрическая

система

Параметр дозиметрической системы

Предел измерения, Гр

Погрешность

измерения, %

Плотность,

10³ кг/м³

Эффективный атомный номер

Электронная плотность, 10²⁶электр./кг

Выход при ЛПЭ ниже 1 эВ/нм, сГр

Способ регистрации^*3

нижний

верхний

Z_эф^*

Z_эф^*2

Водные растворы

10^{-3 M FeSO}₄, 10^{-3 M NaCl}

в 0,1— 4,0 M H₂SO₄

1,003-

1,237

7,44-

9,20

6,50-

7,70

3,34—3,25

15,45

400

5*10^{-3 M FeSO}₄, 10^-2 M CuCO₄ в 5*10^{-3 M H}₂SO₄

1,001

7,42

6,60

3,34

0,66

5*10²

5*10^З

10^-3Μ FeSO₄, 10^{-3 M C}₆H₆COOH в 0,5 M H₂SO4

1,032

7,70

6,87

3,33

0,25

(10^-3-5*10^-2) M Ce(H₂SO₄)₄ в 0,4 M H₂SO₄

1,024-

1,030

7,68-

10,90

6,84-

7,10

3,33-3,28

2,50

10³

10⁵

10⁴-10³M метиленового голубого в 10^-2 M H₂SO₄

1,002

7,40

6,65

3,33

1,00

10²

7*10³

5*10^-5 M фенолового красного в 0,1 M H₂SO₄

1,003

7,44

6,30

3,34

0,11

10²

10³

10^-⁸-10^-⁵M хинина

1,000

7,42

6,60

3,34

—

0,05

3*10²

20 %-ный раствор глюкозы

1,080

7,35

6,45

3,32

—

10⁵

2*10⁶

0,04 %-ный раствор полиакриламида

1,000

7,42

6,60

3,34

—

0,1

Водные гели

1 % агар-агара. 1 % C₆H₅CОONa, 0,2 % C₆H₅COOH, 0,003 % метиленового голубого

1,000

7,42

6,60

3,34

120

^* Z_эф — эффективный номер по фотоэффекту. ^*2 Z_эф — эффективный номер по эффекту образования пар.

^*3 Z_эф — спектрофотометрический, К — колориметрический, Л -люминесцентный, Π — измерение угла вращения плоскости поляризации, В — измерение вязкости.

Таблица 11.2

Характеристики некоторых сцинтилляторов

Сцинтиллятор	Плотность, г/см³	Эффективный атомный номер	Длина волны, соответствующая максимуму спектра, нм	Относительный световой выход χ, %	Время высвечивания, мкс
Антрацен кристаллический C₁₄H₁₀	1,25	5,8	415	100	33*10^-3
Стильбен кристаллический C₁₄H₁₂	1,16	5,7	410	40 — 70	6*10^-3
Нафталин кристаллический C₁₀H₈	1,15	5,8	345	20	75* 10^-³
Терфенил в поли стироле C₁₈H₁₄	1,23	5,8	400	30 — 50	4,5*10^-3
NaI(Tl)	3,67	50	410	100
LiI(Eu)	4,96	52	60	70	0,25
ZnS(Ag)	4,10	27	450	100	1,0
Примечание. Эффективный атомный номер вычислен по фотоэффекту. Световой выход χ, пропорциональный сцинтилляционной эффективности (χ=η/Е_ф), дан относительно антрацена для органических сцинтилляторов и относительно NaI(Tl) для неорганических (ZnS, LiI).