Având în vedere condițiile de bază care permit colectarea completă de ioni în camere de ionizare de diferite tipuri, nu am trăit în detaliu natura apariției acestor ioni sub acțiunea radiațiilor ionizante.
Măsurarea numerelor generate pe unitatea de timp de perechi de ioni (sau, echivalent, - ionizarea curent în modul de saturație) în orice volum de aer OAPC ne pentru a defini energia radiației absorbite în acel volum, adică rata dozei. Măsurarea numărului de perechi de ioni pe întreaga durată a acțiunii radiației face posibilă determinarea dozei. În acest caz, în mod evident, valoarea volumului nu joacă un număr semnificativ, în cazul în care nu este atât de mare, încât există o mare de absorbție al opțională sau beta radiații, care determină ionizarea inegale la diferite puncte din camera.
Absorbția energiei radiației gamma are loc prin transmiterea energiei sale la electronii atomilor mediului. În acest caz, după cum sa arătat mai devreme, se produc trei procese principale: efectul fotoelectric, absorbția Compton și formarea perechilor. În toate cazurile, se formează electroni secundari, energia cărora este folosită pentru ionizarea mediului. Rezultă că energia absorbită a radiației gamma în aer, adică doza sa, poate fi apreciată corect prin numărul de ioni formați atunci când sunt colectați pe întreaga cale a căii electronilor secundari. În practică, aceasta înseamnă că dimensiunile camerei de ionizare trebuie să depindă de energia electronilor secundari sau, în cele din urmă, de energia canalului gamma. Să luăm în considerare această problemă mai detaliat.
Între energia quanței gamma a radiației primare și energia electronilor secundari există o dependență strictă. În cazul efectului fotoelectric în aer, practic toată energia cuantică este transformată în energia cinetică a fotoelectronelor a căror direcție de mișcare este aproape perpendiculară pe direcția mișcării quantului. În interacțiunea Compton, numai o parte din energia quantumului primar de gamma este transferată la electronii secundari (electroni de recul), restul fiind îndepărtat de quanta gamma împrăștiată. În funcție de unghiul la care zboară electronii de recul, energia lor variază de la zero la maxim (când electronii de recul se deplasează în aceeași direcție cu quanta-ul gamma primar).
În tabel. 7 prezintă energia cinetică a fotoelectronelor și a electronilor de recul în funcție de energia fotonilor. Ultimele două coloane ale tabelului prezintă calea medie liberă a acestor electroni în aer la 0 ° C și 760 mmHg (densitate de aer 0,00129 g / cm3).
Energia cinetică a fotoelectronelor și a electronilor de recul (valori maxime) în interacțiunea quanta gamma cu atomii de aer
1 Primele patru valori sunt date pentru fotoelectroni.
După cum sa arătat mai devreme, la energii joase cu raze gama (până la aproximativ 0,05 MeV), principalul proces de interacțiune cu atomii de aer este efectul foto, interacțiunea Compton este foarte mică în comparație cu aceasta. La o energie fotonică de 0,06 MeV, coeficienții absorbției fotoelectrice și Compton sunt egali și începând de la = = 0,1 MeV și mai sus, interacțiunea Compton este predominantă. În conformitate cu aceasta, în tabelul nr. 7 prezintă date pentru tipul de interacțiune care determină absorbția radiației gamma în aer la o anumită energie fotonică.
Datele obținute ne vor permite să estimăm dimensiunile camerei de ionizare, în volumul căruia se va încadra domeniul total de electroni secundari. Pentru quanta gamma cu energii de până la 0.1-0.2 MeV, dimensiunile sale ar trebui să fie de câteva zeci de centimetri. Cu toate acestea, pentru energiile fotonice mari, ele sunt exprimate în metri, iar pentru Ят de ordinul 4-5 MeV, în zeci de metri. Astfel de camere de ionizare sunt greu de construit în condiții de laborator, ca să nu mai vorbim de dispozitivele de câmp.
Chiar și atunci când se proiectează camere de ionizare pentru măsurarea dozei de radiație gamma cuantele Ener-Gia mai mic de 0,2 MeV, trebuie să respecte o serie de măsuri pentru a preveni apariția fotoelectronilor și electric nou Reculul orice media / plus aer. De exemplu, dacă aparatul din fig. 15, iluminat de o rază largă de raze gamma, așa cum este indicat de săgeți, electronii secundari vor apărea, de asemenea, în electrozii camerei. Intrând în volumul de lucru, acești electroni vor da o ionizare suplimentară a aerului, ca rezultat al măsurătorilor ratei dozei fiind incorecte.
O construcție tipică a unei camere destinată măsurării dozei de radiație gamma în aer are forma prezentată în Fig. 18.
Camera are un electrod D de înaltă tensiune, cu colector C și suplimentar, sub formă de plăci distanțate la o anumită distanță și închis într-un ecran de plumb cu o grosime suficientă. Scopul tuturor electrozilor a fost explicat mai sus. Distanța dintre electrozi și dimensiunile lor este aleasă astfel încât, în orice direcție din centrul camerei, traiectoria medie liberă a electronilor secundari din radiația a cărei dozare trebuie măsurată este stivuită liber. Într-o gaură special calibrată A, în interiorul camerei se trece un fascicul de radiație îngustă, care părăsește ecranul într-o altă gaură, fără a-și atinge pereții oriunde. Electrozii sunt alimentați cu o tensiune suficientă pentru a asigura regimul curentului de saturație. În aceste condiții, numai acei electroni care se formează atunci când interacționează cu atomii de aer intră în volumul de lucru.
Trebuie remarcat faptul că dimensiunile electrodului de colectare nu trebuie neapărat să fie egale cu calea medie liberă a electronilor din aer. În Fig. 18 este arătat că orice electron secundar e2, pierzându-și parțial sau complet energia în afara volumului de lucru (arătat cu linii întrerupte), corespunde în mod necesar unui alt electron, care umple pierderea de ioni de la electronul £ 2.
Camera descrisă mai sus este numită normală și este utilizată pentru măsurători de referință ale dozelor de raze X și raze gama în aer.
În camerele de ionizare de tipul prezentat în Fig. 16, sub influența radiației gamma se formează electroni secundari atât în aerul care umple volumul, cât și în pereți. Deoarece densitatea pereților (și, prin urmare, coeficientul de absorbție în pereții) de mii de ori mai mare decât densitatea aerului la presiune atmosferică-SRI, numărul de electroni secundari care ating volumul de lucru al pereților aproximativ aceleași ore numărul de electroni produși în aer.
În esență, ionizarea aerului într-o astfel de cameră este o măsură a energiei absorbite a radiației gamma în materialul pereților, mai degrabă decât în aer. În acest sens, este necesar să se ia în considerare cantitatea de energie absorbită a radiației gamma în diferite materiale. În acest caz, raportul dintre coeficienții de absorbție din aceste materiale și coeficienții de absorbție din aer la energiile de raze gama identice este proporțional cu raportul dintre energiile radiației absorbite din material și aer. În tabel. 8 prezintă rezultatele unei astfel de comparații pentru plexiglas, aluminiu și plumb.
Raportul dintre energia absorbită a radiației gamma și 1 g de plexiglas, aluminiu și plumb până la energia absorbită în 1 g de aer
După cum se poate observa din tabel, în regiunea energiilor joase cu raze gama, 1 g de plumb este absorbit de sute de ori energia radiației decât în 1 g de aer. Aceasta înseamnă că volumul camerei, ale cărui pereți sunt realizate din plumb, va fi de sute de ori mai mulți electroni secundari decât într-o cameră care are, de exemplu, pereți de vocale plexi.
Cu alte cuvinte, la aceeași rată de dozare a radiației gamma, curentul de ionizare în camera cu plumb va fi mult mai mare decât curentul de ionizare din camera cu pereți din plexiglas. Supraîncrederea curentului de ionizare va depinde de energia quanta gamma, adică de rigiditatea radiației. Prin urmare, acest efect este adesea numit "accident vascular cerebral cu rigiditate". După cum se poate observa din tabel. 8, "cursa cu rigiditate" într-o cameră cu pereți din aluminiu este mult mai mică decât cea pentru plumb. Într-o cameră cu pereți din plexiglas, mișcarea "rigidității" în întreaga gamă de energii cuantice date în tabel este practic absentă.
Substanțele în care energia absorbită în 1 g este practic egală cu energia absorbită în 1 g de aer se numesc aer-echivalent. Acestea includ negru de fum, bachelită, plexiglas și alte materiale plastice. În general, orice material al cărui număr atomic este aproape sau foarte apropiat de numărul atomic de aer (2BWD = 7.62) este echivalentul aerului.
Dacă camera de ionizare are rolul de a măsura rata de dozare a radiației gamma cu o singură rigiditate, pereții săi pot fi făcuți din orice material. O astfel de cameră poate fi gradată într-o cameră normală de ionizare, adică să găsească rezistența curentului de ionizare corespunzător la 1 raze X pe oră. Apoi, prin plasarea acestei camere într-un câmp de radiații gamma de aceeași rigiditate, dar cu o intensitate necunoscută, puterea dozei la locul de măsurare poate fi determinată din valoarea curentului de ionizare.
În cazul în care nu este cunoscută rigiditatea radiației gamma, pereții camerei trebuie să fie din material echivalent cu aer. Dintre aceste materiale, tehnologia cea mai convenabilă este plasticul conductiv, care este preparat prin amestecarea într-o anumită proporție a pulberii originale pentru formarea prafului de masă și grafit. După presare la o anumită presiune și temperatură, se obține un material solid cu o bună conductivitate.
Trebuie remarcat faptul că cursul de "rigiditate" este observat în regiunea energiilor fotonice relativ scăzute, unde absorbția fotoelectrică este procesul principal. Pentru aluminiu, de exemplu, acest efect este observat până la £ m ^ 0,2 MeV.
Adesea, la asamblarea camerei de ionizare, electrodul de colectare și izolatoarele sunt atașate pereților prin intermediul unor șuruburi de fier, alamă sau cupru. În cazul în care suprafața șuruburilor nu este acoperit de orice material întindere vozduhoekvi- (de exemplu, Aquadag), fotonii-consum redus de energie va fi o importantă inclusă Cantitatea-TION a fotoelectronilor emise de la suprafața șuruburilor, ceea ce va duce la apariția unor „progrese cu rigiditate.“
Pentru a măsura corect dozele de radiații gamma utilizând o cameră de perete, grosimea pereților are o anumită valoare. Într-adevăr, dacă pereții au o grosime mare, unele dintre radiații vor fi absorbite în stratul lor exterior și rezultatele măsurătorilor pot fi subestimate. Pe de altă parte, dacă pereții sunt prea subțiri, electronii secundari vor pierde doar o parte din energia lor în volumul camerei, fiind absorbiți în peretele opus, ceea ce va conduce la o subestimare a citirilor camerei.
Pentru dispozitivele de câmp, grosimea peretelui camerei este de obicei aleasă din condițiile asigurării unei rezistențe mecanice suficiente a camerei și necesitatea de a absorbi radiația beta, care este însoțită întotdeauna de radiația gamma în terenul contaminat. În acest caz, se pare că va exista o atenuare a radiației gamma moi în pereți și o subestimare a curentului de ionizare din cameră. Cu toate acestea, experimentele nu confirmă acest lucru. Chiar și la o grosime a peretelui dintr-o cameră plată de plexiglas de 5-6 mm, curentul de ionizare nu este subestimat la toate energiile cuantice, pornind de la 0,06 MeV și mai mare. Acest lucru se datorează faptului că atenuarea radiației moi în peretele frontal, la care fluxul de quanta este incident, este aproape complet compensată de ieșirea electronilor secundari din peretele din spate al camerei. Pe măsură ce crește rigiditatea radiației gamma, numărul de electroni secundari din peretele din spate scade, dar și scăderea absorbției radiației în peretele frontal. Din aceste motive, o cameră de ionizare plană, cu pereți echivalenți cu aer de până la 6 mm grosime, permite măsurarea corectă a ratelor dozei de radiație gamma într-o gamă largă de energii cuantice, de la 0,06 la 3 MeV.
Doza din aer, după cum se cunoaște, este măsurată în raze X, cu o raze X corespunzătoare formării de perechi de ioni de 2.08 x 109 per 1 cm3 de aer la o temperatură de 0 ° C și o presiune de 760 mm Hg. Art. Densitatea aerului în aceste condiții este 0,001293 g / cm [1]. Practic, măsurătorile dozelor se fac aproape întotdeauna în alte condiții climatice: vara sau în interior (în orice moment al anului) la temperaturi pozitive, iarna - la temperaturi negative. În plus, presiunea aerului poate varia foarte mult, în special pe terenurile montane. Schimbarea temperaturii și a presiunii aerului conduce la o schimbare a densității sale, inclusiv a densității în volumul camerei, dacă aceasta nu este hermetică. De exemplu, la o temperatură de 18 ° C și o presiune de 740 mm Hg. Art. densitatea aerului este 0,00118, adică de 1,1 ori mai mică decât în mod normal. La temperaturi negative, densitatea aerului, dimpotrivă, este mai mare decât în mod normal. Rezultă că, pentru a obține rezultatele corecte ale măsurătorilor dozei în raze X, curentul de ionizare al camerei trebuie corectat pentru temperatura și presiunea aerului. Valoarea corecției o, prin care valoarea măsurată a curentului de ionizare trebuie multiplicată la o temperatură t ° C și o presiune P mm Hg. Art. pot fi găsite prin formula
gok va fi mai puțin de o parte zece-o mie din micro-stilou. Astfel de curenți nu pot fi măsurați prin mijloace convenționale de măsurare electrice adecvate pentru utilizarea în condiții de câmp.
Curenții sunt de ordinul 10 - 9 -10
14 ampere este numit de obicei curenți slabi. Două metode de măsurare a curenților slabi au fost utilizate cel mai frecvent în practică: utilizarea electrometrelor și utilizarea amplificatoarelor de curent constant pe lămpile electrometrice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: