A gamma-sugárzás dózisának mérése röntgensugarakban
Figyelembe véve az alapvető feltételeket, amelyek lehetővé teszik a teljes iongyűjtés biztosítását különféle típusú ionizációs kamrákban, nem részleteztük részletesen ezen ionok ionizáló sugárzás hatásának jellegét.
Mérése számok generált egységnyi idő ionpárok (vagy ezzel ekvivalens, - ionizációs áram telítési üzemmódban) bármilyen térfogatban levegő-OAPC számunkra, hogy meghatározza az energia a elnyelt sugárzás, hogy térfogata, azaz azt a dózist arány. Az ionpárok számának mérése a sugárzás hatásának teljes időtartama alatt lehetővé teszi annak meghatározását. Ebben az esetben, természetesen, az érték a kötet nem játszik jelentős, ha nem túl nagy, hogy van egy nagy abszorpciós al fakultatív vagy béta-sugárzás, ami egyenetlen ionizációs különböző pontjain a kamrában.
A gamma-sugárzás energiájának felszívódása az energiájának a médium atomjai elektronjaihoz való továbbításával történik. Ebben az esetben, amint korábban jeleztük, három fő folyamat fordul elő: a fotoelektromos effektus, a Compton felszívódása és a páros képződés. Minden esetben keletkeznek szekunder elektronok, amelyek energiáját a tápközeg ionizálásánál használják. Ebből következik, hogy a levegőben lévő gamma-sugárzás abszorbált energiáját, vagyis annak dózisát helyesen lehet megítélni a szekunder elektronok útjának teljes útján összegyűjtött ionok számával. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az ionizációs kamra méretei a szekunder elektronok energiájától vagy végül a gamma-kvantum energiájától függenek. Nézzük ezt a kérdést részletesebben.
Az elsődleges sugárzás gamma-kvantumának energiája és a szekunder elektronok energiája között szigorú függőség van. A levegőben lévő fotoelektromos hatás esetén gyakorlatilag az egész kvantumenergiát a fotoelektronok kinetikus energiájává alakítják, amelynek mozgási iránya majdnem merőleges a kvantum mozgásának irányával. A Compton-interakcióban az elsődleges gamma-kvantum energiájának csak egy része átkerül a másodlagos elektronokba (visszacsapó elektronok), míg a fennmaradó részt a szétszórt gamma-kvantum veszi át. Attól függően, hogy a visszahúzó elektronok milyen mértékben szöktek le, az energiájuk nulláról a maximálisra változik (amikor a visszacsapó elektronok az elsődleges gamma-kvantával megegyező irányban mozognak).
A táblázatban. A 7. ábra a fotoelektronok és a visszacsapó elektronok kinetikus energiáját mutatja a fotonok energiájának függvényében. A táblázat utolsó két oszlopa ezeknek az elektronoknak a levegőben való átlagos szabad útját mutatja, 0 ° C és 760 Hgmm (a levegő sűrűsége 0,00129 g / cm3).
A fotoelektronok és visszacsapó elektronok kinetikus energiája (maximális értékek) a gamma-kvantum és a levegő atomok kölcsönhatásában
1 Az első négy érték a fotoelektronokra vonatkozik.
Amint korábban rámutattunk, alacsony gammasugár-energiáknál (kb. 0,05 Mev-ig) a foto-effektus a levegő atomokkal történő kölcsönhatás fő folyamata, a Compton-interakció nagyon kicsi ahhoz képest. 0,06 MeV fotonenergiánál a fotoelektromos és a Compton abszorpció együtthatói egyenlőek, és a ^ = 0,1 MeV-től kezdődően a Compton-interakció túlsúlyban van. Ennek megfelelően a Táblázatban. A 7. ábra az interakció típusát mutatja, amely meghatározza a gamma-sugárzás levegőben történő felszívódását egy adott fotonenergián.
A kapott adatok már lehetővé teszik az ionizációs kamra méreteinek becslését, amelyek térfogatában a szekunder elektronok teljes tartománya illeszkedik. A gamma-kvantáknak 0,1-0,2 MeV-ig terjedő energiákkal rendelkező méretei több tíz cm-t tesznek ki. Azonban a nagy fotonenergiák esetében méterben kifejezve, és Яt-ben 4-5 MeV, tíz méterben kifejezve. Ilyen ionizációs kamrákat laboratóriumi körülmények között nehéz megépíteni, nem beszélve a helyszíni eszközökről.
Még tervezésénél ionizációs kamrák dózisteljesítmény mérésére gammasugárzás kvantum Ener-Gia kevesebb, mint 0,2 MeV, meg kell felelnie egy sor intézkedést, hogy megakadályozzák a megjelenését fotoelektrono és elektromos újonnan visszahatás olyan média / levegő hozzáadásával. Például, ha a kamera a 3. ábrán látható. 15. ábra, melyet gamma-sugarak széles sugárzásával világítanak meg, a nyilakkal jelezve, a szekunder elektronok szintén megjelennek a kamra elektródáiban. A munkamennyiség elérése érdekében ezek az elektronok további levegő ionizációt eredményeznek, ami miatt a dózismérés mérése helytelen.
A levegőben lévő gamma-sugárzás dózisának mérésére szolgáló kamra tipikus konstrukciója a 3. ábrán látható. 18.
A kamra nagyfeszültségű 5, a C és további D elektródák gyűjtése meghatározott távolságban elhelyezett lemezek formájában, és megfelelő vastagságú lapos ólomszűrővel van ellátva. Az összes elektróda célját a fentiekben ismertettük. Az elektródok és dimenzióik közötti távolságot úgy választják meg, hogy a kamra középpontjától bármely irányban szabadon felhalmozódjanak a másodlagos elektronok szabad szabad útja a sugárzástól, amelynek dózisát meg kell mérni. Egy speciális, kalibrált A lyukban a kamrában egy keskeny sugár sugár áthalad, ami a képernyőt egy másik lyukba hagyja, és senki sem érinti a falát. Az elektródák elegendő feszültséggel rendelkeznek a telítettség áramlási rendszere biztosításához. Ilyen körülmények között csak azok az elektronok jönnek létre, amelyek a levegő atomokkal való kölcsönhatás során keletkeznek.
Meg kell jegyezni, hogy a gyűjtőelektród méreteinek nem feltétlenül egyenlőnek kell lenniük az elektronok átlagos szabad útjával a levegőben. Az 1. ábrán. 18 azt mutatja, hogy bármely e2 másodlagos elektron, amely részben vagy teljesen elveszíti energiáját a munkamennyiségen kívül (fantomban ábrázolva), feltétlenül megfelel egy másik elektronnak, amely pótolja az ionok elvesztését az elektronból.
A fent leírt kamrát normálnak nevezzük, és a levegőben lévő röntgensugarak és gamma-sugárzások referenciamérését alkalmazzuk.
Az 1. ábrán bemutatott típusú ionizációs kamrákban 16, gamma-sugárzás hatására szekunder elektronok keletkeznek mind a levegő töltés térfogata és a falak. Mivel a sűrűsége a falak (és így az abszorpciós együttható a falak) ezerszer nagyobb, mint a levegő sűrűsége légköri nyomáson-SRI, a számos másodlagos elektronok eléri az üzemi térfogata a falak körülbelül ugyanabban az időben az elektronok száma termelt a levegőben.
Lényegében a levegő ionizációja egy ilyen kamrában a gammasugárzás abszorbeált energiájának mérése a falak anyagában, nem pedig a levegőben. Ezzel összefüggésben figyelembe kell venni a gamma-sugárzás abszorbeált energiájának mennyiségét különböző anyagokban. Ebben az esetben az ezen anyagokban lévő abszorpciós együtthatók aránya a levegő abszorpciós koefficienseivel azonos gamma-sugárenergiák esetén arányos az anyagban és a levegőben elnyelt sugárzási energiák arányával. A táblázatban. A 8. ábra a plexiüvegre, az alumíniumra és az ólomra vonatkozó összehasonlítás eredményeit mutatja.
A gamma-sugárzás abszorbált energiájának 1 g plexiglas, alumínium és ólom az abszorbeált energiához viszonyított aránya 1 g levegőben
Amint az az asztalon látható, az alacsony gammasugár-energiák 1 g-os ólomtartományában több százszor energia felszívódik, mint 1 g levegőben. Ez azt jelenti, hogy a kamra térfogata, amelynek falai ólomból készülnek, százszor több szekunder elektron lesz, mint egy olyan kamrában, amely például plexi-önzár falakat tartalmaz.
Más szóval, a gamma-sugárzás ugyanazon dózisteljesítményével az ólomkamrában lévő ionizációs áram sokkal nagyobb, mint a plexiüveg falakon lévő ionizációs áram. Az ionizációs áram túlbecsülése a gamma-kvantum energiájától, vagyis a sugárzás merevségétől függ. Ezért ezt a hatást gyakran "merevségnek" nevezik. Amint az a táblázatból látható. 8, az "alumínium falakkal ellátott kamra merevsége" sokkal kisebb, mint az ólom esetében. Plexiüveg falaknál a táblázatban megadott "merevség" mozgás a kvantumenergiák teljes tartományában gyakorlatilag hiányzik.
Azok az anyagok, amelyekben az 1 g-ban felszívódott energia gyakorlatilag megegyezik az abszorbeált energiával 1 g levegővel, levegő-ekvivalensnek nevezik. Ezek közé tartoznak a korom, a bakelit, a plexi és más műanyagok. Általában minden olyan anyag, amelynek atomi száma közel vagy nagyon közel van a levegő atomszámához (2BWD = 7,62) levegő-egyenértékű.
Ha az ionizációs kamra csak egy merevségű gamma-sugárzás dózisának mérését szolgálja, a falak bármilyen anyagból készülhetnek. Ilyen kamrát egy normál ionizációs kamrába lehet átméretezni, vagyis az 1 röntgensugár óránként megfelelő ionizációs áramerősség megtalálásához. Ezután azáltal, hogy ezt a kamrát egy ugyanolyan merevségű, de ismeretlen intenzitású gamma-sugárzás területén helyezik el, a dózis erőssége a mérési helyen az ionizációs áram értékéből határozható meg.
Abban az esetben, ha a gamma-sugárzás merevsége ismeretlen, a kamra falainak levegő-egyenértékű anyagból kell készülniük. Ezek közül az anyagok közül a legmegfelelőbb technológia vezetőképes műanyag, amelyet úgy állítanak elő, hogy az eredeti por bizonyos részében összekeverik a tömeg és a grafitpor kialakulását. Bizonyos nyomáson és hőmérsékleten végzett préselés után jó szilárd vezetőképességű anyagot kapunk.
Meg kell jegyezni, hogy a "merevség" pályát a viszonylag alacsony fotonenergiák területén figyeljük meg, ahol a fotoelektromos felszívódás a fő folyamat. Az alumínium esetében például ez a hatás legfeljebb £ m ^ 0,2 MeV.
Gyakran az ionizációs kamra összeszerelésekor a gyűjtőelektróda és szigetelői vasalat, sárgaréz vagy rézcsavarok segítségével vannak rögzítve a falához. Ha a felület a csavarok nem tartozik semmilyen vozduhoekvi- nyújtás anyagot (pl, Aquadag), az alacsony energiájú fotonok lesz jelentős Tartozékok Mennyiség-CIÓ fotoelektronok kibocsátott felületén a csavart, amely vezet a megjelenése „haladás merevség.”
A gamma-sugárzás dózisainak megfelelő fali kamerával történő méréséhez a fal vastagságának bizonyos értéke van. Valójában, ha a falak nagy vastagságúak, a sugárzás egy része a külső rétegben felszívódik, és a mérési eredmények alulbecsülhetők. Másrészt, ha a falak túl vékonyak, a szekunder elektronok elveszítik energiájuknak csak egy részét a kamra térfogatában, mivel az abszorbens falon felszívódik, ami szintén a kameraméretek alulbecsléséhez vezet.
Terepi eszközök esetén a kamra falának vastagságát általában a kamra megfelelő mechanikai szilárdságának és a béta-sugárzás elnyelésének feltételei közül választják ki, amelyet mindig a sugárzás sugárzása kísér a szennyezett terepen. Ebben az esetben úgy tűnik, hogy a lágy gamma sugárzás bizonyos mértékű csillapításra kerül a falakban, és alábecsülik az ionizációs áramot a kamrában. A kísérletek azonban ezt nem erősítik meg. Még egy 5-6 mm-es plexiüveg lapos vastagságú falvastagság esetén sem mindenféle kvantumenergiát alulbecsült az ionizációs áram, amely 0,06 MeV-től kezdődik. Ez azért van így, mert az elülső falon lévõ puha sugárzás csillapítása, amelyhez a kvantum fluxusa bekövetkezik, szinte teljesen kompenzálja a másodlagos elektronok kimenete a kamra hátsó falától. A gamma-sugárzás merevségének növekedésével a hátsó falon lévő másodlagos elektronok száma csökken, de a sugárzás abszorpciója az elülső falon is csökken. Ezeknek az okoknak köszönhetően egy sík ionizációs kamra 6 mm vastagságú levegő-egyenértékű falakkal lehetővé teszi a gamma-sugárzási dózisok helyes mérését a kvantumenergiák széles tartományában, 0,06 és 3 MeV között.
Az ismert levegőben lévő dózist röntgensugarakban mértük, egy röntgensugárral, amely megfelel 2,08 × 10 9 ionpár 1 cm3 levegőre 0 ° C hőmérsékleten és 760 Hgmm nyomáson. Art. A levegő sűrűsége e körülmények között 0,001293 g / cm [1]. Gyakorlatilag az adagok mérése szinte mindig más éghajlati viszonyok között történik: nyáron vagy beltéren (az év bármelyik évében) a pozitív hőmérsékleteken, télen - negatív hőmérsékleten. Ezenkívül a légnyomás nagymértékben változhat, különösen a hegyvidéki terepen. A hőmérséklet és a légnyomás változása a sűrűség megváltozásához vezet, beleértve a sűrűséget a kamra térfogatában, ha nem hermetikus. Például 18 ° C hőmérsékleten és 740 Hgmm nyomáson. Art. a levegő sűrűsége 0,00118, azaz 1,1-szer kisebb a normálnál. Negatív hőmérséklet esetén a levegő sűrűsége éppen ellenkezőleg, magasabb a normálnál. Ebből következik, hogy a röntgensugaras dózismérések helyes eredményének elérése érdekében a kamra ionizációs áramát a levegő hőmérsékletére és nyomására korrigálni kell. Az o korrekció értéke, amellyel az ionizáló áram mért értékét meg kell szorozni t ° C hőmérsékleten és P mm Hg nyomáson. Art. a képlet szerint
a gok a mikrotoll tizedik ezredrészének kevesebb lesz. Az ilyen áramértékeket nem lehet mérni a hagyományos terepi körülmények között használható elektromos mérőeszközökkel.
Az áramok 10 - 9 -10 arányban vannak
A 14 amperet általában gyenge áramoknak nevezik. A gyenge áramok mérésére két módszert alkalmaztak a gyakorlatban: elektrométerek használata és állandó áramerősítők használata elektrométeres lámpákon.