СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ДОЗИМЕТРИИ

Сцинтилляционный метод дозиметрии основывается на известном физическом явлении люминесценции при поглощении ионизирующего излучения некоторыми веществами (сцинтилляторами). С введением фотоумножителей для счета вспышек люминесценции сцинтилляционные измерительные приборы нашли широкое применение в ядерной физике и, в частности, в дозиметрии.

Сцинтилляторы классифицируют по ряду признаков. Различают органические и неорганические сцинтилляторы. Органические сцинтилляторы представляют собой монокристаллы некоторых органических соединений - антрацена, стильбена, нафталина или твердые полимерные структуры – полистирол с растворенным в нем р-терфенилом. Неорганические сцинтилляторы - это монокристаллы некоторых неорганических соединений NaI, CsI, КI, ZnS и др. При выращивании кристаллов в большинство из них вводятся специальные примеси, которые увеличивают плотность центров люминесценции.

Для целей дозиметрии необходимо установить связь между анодным током фотоумножителя i_a или скоростью счета импульсов тока n и мощностью дозы.

Для сцинтилляционного дозиметра в токовом режиме чувствительность, или отношение анодного тока ФЭУ i_a к мощности экспозиционной дозы равно

, (1.5)

где m_z - линейный коэффициент ослабления g-излучения в сцинтилляторе; m_kmz и m_kmв - массовые коэффициенты передачи энергии излучения в сцинтилляторе и в воздухе, h - высота цилиндрического сцинтиллятора. Коэффициент «а» объединяет все входящие в выражение (1.5) величины, не зависящие (или слабо зависящие) от энергии:

. (1.6)

Здесь q - заряд электрона, h - конверсионная эффективность сцинтиллятора, определяющая ту часть потерянной в сцинтилляторе энергии ионизирующего излучения, которая преобразуется в энергию световых фотонов, р – вероятность появления на фотокатоде фотоэлектронов на один рожденный в сцинтилляторе световой фотон, М - коэффициент усиления ФЭУ, численно равный отношению числа электронов, пришедших на анод, к числу электронов, выбитых из фотокатода, hn - средняя энергия светового фотона, возникающего в сцинтилляторе, r_z и V - плотность и объем сцинтиллятора.

Формула (1.5) определяет энергетическую зависимость чувствительности (ход с жесткостью) сцинтилляционного дозиметра в токовом режиме.

Для достаточно тонкого сцинтиллятора, когда m_zh << 1, ход с жесткостью сцинтилляционного дозиметра в токовом режиме полностью определяется отношением коэффициентов передачи энергии m_kmz/m_kmв.

Существующие сцинтилляторы имеют эффективный атомный номер либо меньше, чем у воздуха (органические сцинтилляторы), либо значительно больше (неорганические сцинтилляторы), поэтому они обладают существенным ходом с жесткостью.

Удачный способ компенсации хода с жесткостью заключается в использовании комбинированного сцинтиллятора, в котором неорганический сцинтиллятор в мелкодисперсном виде внедрен в органический. Примером могут служить дозиметры ДРГ3-01, 02, 03, имеющие ход с жесткостью 10 - 15 % в области энергий от 30 кэВ до 3 мэВ. Такой результат получен применением сцинтиллирующей пластмассы с добавлением в нее 0,4 % ZnS(Аg).