1.4. Инструментальные методы дозиметрии ионизирующих излучений
Методы измерения ионизирующих излучений основаны на различных физико-химических принципах.
В основе ионизационного метода лежит явление ионизации газа в камере при взаимодействии излучения с веществом. Для измерения используются явления электропроводности ионизированного газа. В результате возникает ток между вмонтированными в камеру электродами, к которым подведено напряжение. В зависимости от режима работы приборы, основанные на появлении ионизационного тока в газах, могут использоваться для измерения плотности потоков частиц (пропорциональные счетчики, счетчики Гейгера–Мюллера) и для измерения мощности дозы и дозы излучения (ионизационные камеры).
Таблица 2. Основные физические величины, используемые в радиобиологии, и единицы их измерения
| Физическая величина | Единица, ее наименование, обозначение (русское, международное) | Соотношение между единицами |
| внесистемная | система СИ | внесистемной и системы СИ | системы СИ и внесистемной |
| Экспозиционная доза | Рентген (Р, R) | Кулон на килограмм (Кл/кг, Ci/kg) | 1 Р = 2,58 · 10–4 Кл/кг | 1 Кл/кг = 3876 Р |
| Мощность экспозиционной дозы | Рентген в секунду (Р/с, R/s) | Ампер на килограмм (А/кг, A/kg) | 1 Р/с = 2,58 · 10–4 А/кг | 1 А/кг = 3876 Р/с |
| Поглощенная доза | Рад (рад, rad) | Грей (Гр, Gy) | 1 рад = 0,001 Гр | 1 Гр = 100 рад |
| Эквивалентная доза | Бэр (бэр, rem*) | Зиверт (Зв, Sv) | 1 бэр = 0,01 Зв | 1 Зв = 100 бэр |
| Эффективная доза | Бэр (бэр, rem) | Зиверт (Зв, Sv) | 1 бэр = 0,01 Зв | 1 Зв = 100 бэр |
| Активность радионуклида | Кюри (Ки, Ci) | Беккерель (Бк, Bq) | 1 Ки = 3,7 · 1010 Бк | 1 Бк = 2,7 · 10–11 Ки |
| Удельная активность | Кюри на килограмм (Ки/кг, Ci/kg) | Беккерель на килограмм (Бк/кг, Bq/kg) | 1 Ки/кг = 3,7 · 1010 Бк/кг | 1 Бк/кг = 2,7 · 10–11 Ки/кг |
| Плотность поверхностного заражения | Кюри на квадратный метр (Ки/м2, Ci/м2) | Беккерель на квадратный метр (Бк/м2, Bq/м2) | 1 Ки/м2 = 3,7 · 1010 Бк/м2 | 1 Бк/м2 = 2,7 · 10–11 Ки/м2 |
*Аббревиатура слов «rad equivalent for men».
Химические методы дозиметрии основаны на измерении выхода радиационно-химических реакций, возникающих под действием ионизирующих излучений. Так, при действии излучений на воду образуются свободные радикалы Н– и ОН–. Продукты радиолиза воды могут взаимодействовать с растворенными в ней веществами, вызывая различные окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся изменением цвета индикатора (например, реактива Грисса для нитратного метода). В частности, в основе работы ферросульфатного дозиметра лежит реакция Fe2+ + OH– → Fe3+ + OH– , а при работе нитратного дозиметра NO3– + 2H. → NO2– + H2O.
Химические методы дозиметрии не обязательно связаны с водными растворами; для этих целей применяются также органические растворы, изменяющие цвет пленки или стекла. Химические методы используются, как правило, для измерения дозы излучения.
Одним из вариантов химического метода является фотографический метод. В его основе лежит восстановление атомов металлического серебра из галоидной соли под влиянием излучений. Плотность почернения фотопленки после проявления зависит от дозы излучения. Данный метод часто используется в приборах контроля профессионального облучения.
Сцинтилляционные методы основаны на регистрации вспышек света, возникающих при взаимодействии излучения с некоторыми органическими и неорганическими веществами (антрацен, стильбен, сернистый цинк и др.). Эти методы используют в приборах, предназначенных для измерения потоков фотонов и частиц.
Сущность люминесцентных методов состоит в том, что под действием ионизирующего излучения в некоторых твердотельных изоляторах (кристаллах и стеклах) носители электрических зарядов (электроны и дырки) изменяют свое положение и частично задерживаются в местах, где имеются дефекты кристаллической решетки с соответствующими максимумами или минимумами электрического поля. Центры, образованные в результате захвата носителей заряда, обладают некоторыми разрешенными энергетическими уровнями, между которыми возможны квантовые переходы носителя заряда, соответствующие испусканию или поглощению энергии. Это может отражаться в изменении оптических свойств (цвета и оптической плотности) стекла, в появлении способности к люминесцентному возбуждению под действием видимого и ультрафиолетового света (радиофотолюминесценции), в излучении световых квантов при освобождении носителей зарядов из центров-ловушек под действием теплового возбуждения (радиотермолюминесценции). Интенсивность возникающей люминесценции пропорциональна дозе излучения, в связи с чем эти методы применяются для измерения дозы излучения.