М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2008) (1133848), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Следует отметить, что в общем случаеиз–за наличия разрешающего времени число зарегистрированных импульсов Iс ≤ Iε.Эффективность детектора ε определяется вероятностью взаимодействия частиц(фотонов) с атомами рабочего вещества, которая зависит не только от вида и энергииядерного излучения, но и от количества вещества в рабочем объеме детектора. Для αизлучения, обладающего очень высокой ионизирующей способностью, ε=1. Эффективность счетчиков Гейгера-Мюллера к β-излучению близка к 100%, так как практически каждая β-частица создает хотя бы одну пару ионов даже в небольшом газовомобъеме детектора.16Эффективность этих счетчиков к γ-излучению зависит от его энергии, материала итолщины катода, так как вероятность взаимодействия фотонов с атомами газа ничтожно мала. Коронный разряд в счетчике инициируют вторичные электроны, которые «выбиваются» фотонами из поверхностных слоев материала катода.
Однако дажепри оптимальной толщине катода эффективность не превышает 2%, а для γ-квантов сэнергий Еγ ≤ 1 МэВ коэффициент ε равен 0,2÷0,6%.Для регистрации γ–излучения используют, как правило, сцинтилляционные или полупроводниковые детекторы. Эффективность этих детекторов, в зависимости от энергии фотонов, состава и размеров сцинтиллятора (или полупроводникового кристалла)составляет от 20% до 100%. Эффективность регистрации заряженных частиц такимидетекторами обычно близка к 100%.Коэффициент ослабления k учитывает потери излучения на пути от источника дорабочего вещества детектора.
Он равен отношению числа частиц Id, проникших вчувствительный объем детектора через слой воздуха толщиной d1 и стенку (окно)счетчика толщиной d2, кkчислу частиц IqS, испускаемых в направлении детектора с поверхности1,000препарата (k= Id / IqS).0,500Проникающая способность β–излучения харак0,200теризуетсямаксималь0,100ным пробегом Rmax – ми0,050нимальной толщиной поглотителя, который за0,020держивает все β–частицы0,010с начальной энергиейEβ,max (табл. П.4). Следо0,005вательно, регистрация β–0,002частиц счетчиками Гейгера-Мюллера возможна0,001при условии d2<Rmax. В0,0005частности, для измерения0,10,30,70,50,9 d/Rmaxнизкоэнергетического излучения (Eβ,max < 0,2 МэВ)Рис. 2.1. Зависимость коэффициента ослабления kобычно используют дедля β–частиц от отношения d/Rmax.текторы с окном толщиной 3÷5 мг/см2.Ослабление потока β–частиц сравнительно тонкими поглотителями (d≤0,3 Rmax)описывается, в первом приближении, эмпирической экспоненциальной зависимостью.
В этом случае, с погрешностью ∼ 15%, коэффициент k можно определить поформуле:k = exp(-μd )(2.3),где μ - массовый коэффициент ослабления в см2/г (табл. П.4; значения μ и Rmax, приведенныедля алюминия, можно использовать для оценки ослабления β–излучения в другихматериалах), d = d1+d2 – суммарная толщина слоя воздуха и окна в г/см2.17Если толщина поглощающего слоя d превышает 0,3·Rmax., то для оценки k можновоспользоваться эмпирическим графиком (рис. 2.1).Экспоненциальный закон ослабления γ–излучения выполняется при любой толщине поглотителя и коэффициент k для квантов с энергией Еγ всегда может бытьрассчитан (значения μγ приведены в табл. П.5).
Однако в большинстве случаев (например, при Еγ>0,1 МэВ) потерями γ–излучения в стенках детектора пренебрегают,принимая k = 1.Проникающая способность α–частиц крайне низка: их пробег в твердом веществеизмеряется десятками микрометров. Поэтому α–излучающие препараты помешаютвнутрь рабочего объема (рабочего вещества) детектора; в этом случае k=1.Коэффициент самоослабление S учитывает поглощение (рассеяние) ядерного излучения в самом радиоактивном веществе и равен отношению числа частиц или квантовIS, испускаемых в направлении детектора с поверхности препарата, находящегося набесконечно тонкой подложке, к полному числу частиц или квантов Iη, испускаемыхэтим препаратом в направлении детектора (S = IS / Iη).Поправку на самослабление следует учитывать, прежде всего, при регистрации β–частиц.
Выше отмечалось, что ослабление β–излучения достаточно тонкими поглотителями подчиняется экспоненциальному закону. Для оценки S в этом случае (dпр ≤0,3·Rmax.) можно воспользоваться формулой:1 − еxp(−μd пр )S=(2.4),μd пргде толщина dпр выражена в линейных (см) или массовых единицах (г/см2); коэффициент ослабления μ - в см−1 или см2/г, соответственно.При регистрации β–излучения стараются использовать очень тонкие препараты, длякоторых произведение μdпр≤0,02.
В этом случае, согласно (2.4), коэффициент1≥S≥0,99 и поправка на самоослабление не вводится.Поправка на самоослабление не вводится также при относительных измерениях«толстых» (dпр ≥ 0,75·Rmax) источников β-излучения (метод насыщенных слоев). Вэтом случае регистрируемая скорость счета I пропорциональна удельной активностиАуд образца, имеющего площадь s:A уд ⋅ sI=(ε ⋅ k ⋅ q ⋅ p ⋅ η)(2.5),μгде ε, k, q, p и η- обсуждаемые в настоящем разделе поправочные коэффициенты; Aуд можетбыть выражена либо в имп/с·г (μ - в см2/г), либо в имп/с·см3 (μ - в см−1); размерность s - см2.Ослабление потока γ–квантов, как правило, пренебрежимо мало.
Уравнение типа(2.4) целесообразно использовать, заменив коэффициенты μ (для β–излучения) на коэффициенты μγ из табл. П.5, для оценки самопоглощения мягкого γ–излучения вдостаточно толстых препаратах (μγ·dпр>0,05).Коэффициент обратного рассеяния q – отношение числа частиц IqS, испускаемых внаправлении детектора с поверхности препарата, находящегося на подложке конечной толщины, к числу частиц IS, испускаемых в направлении детектора с поверхноститого же препарата при бесконечно тонкой подложке (q = IqS /IS ).18Бета-частица может изменять направления своего движения при каждом взаимодействии с атомами материала подложки, на которую нанесен исследуемый препарат.
Врезультате некоторая часть излучения, испускаемого в сторону подложки, может отражаться в направлении детектора. Коэффициент q возрастает с увеличениемqтолщины подложки h, достигая насы32щения при h≅0,2÷0,4·Rmax. ОбратноеP1,8рассеяние также растет при увеличенииатомного номера материала подложки60Z и энергии β–частиц, проявляя тенденCo1,4цию к насыщению (рис. 2.2; 60Co Eβ,max= 0,3 МэВ; 32P Eβ,max = 1,7 МэВ). Приэтом обратное рассеяние излучения с1,0энергией Eβ,max≥ 0,6 МэВ одной и той4080 Zже подложкой примерно одинаково.∼429 (Cu)Если подложка изготовлена из легкого(оргстекло)материала, например, оргстекла (Z≅4),то обратным рассеянием излученияРис.
2.2. Зависимость коэффициента qот материала подложки для β-излученияпрактически для всех β-источников60Co и 32Pможно пренебречь (1<q ≤1,1; рис. 2.2).Для достаточно толстых препаратов(практически начиная с dпр > 0,2·Rmax) коэффициент q=1, так как отраженные βчастицы поглощается самим препаратом.При измерении γ-излучающих препаратов обратное рассеяние, как правило, неучитывают, так как в большинстве случаев q ≤ 1,02.Поправка на схему распада p. Спектр излучения, сопровождающего распад ядербольшинства нуклидов, состоит из частиц и/или γ-квантов нескольких энергетическихгрупп, которые характеризуются различными наборами коэффициентов εi, ki, Si и qi.Доля излучения данного вида (или данной энергии) в спектре испускаемых ядромчастиц (квантов) называется поправкой на схему распада p. Значения коэффициентовpi приведены в таблицах изотопов (табл.
П.1)Геометрический коэффициент η учитывает потери излучения, обусловленные взаимным расположением препарата и счетчика. Он равен отношению числа частиц(квантов) Iη, испускаемых препаратом, находящимся на бесконечно тонкой подложке,в направлении чувствительного объема детектора к общему числу частиц (квантов)A ∑ p i , появляющихся при распаде ядер ( η = I η A ∑ p i ).iiГеометрический коэффициент равен единице, если радиоактивный препарат находится внутри ионизационного газового детектора (4π-счетчик) или радиоактивное вещество растворено в жидком сцинтилляторе.
Коэффициент η в ряде случаев можно определить, рассчитав телесный угол ω, под которым детектор облучается источникомизлучения (η = ω/4π). В случае сложной конфигурации препарата используют экспериментальный метод нахождения η (см. п. 2.2).Абсолютную активность препарата, согласно (2.2), можно найти по значению егоистинной скорости счета, если известен коэффициент регистрации ϕ.19Точно определить или рассчитать все сомножители коэффициента φ, как отмечалось выше, во многих случаях весьма затруднительно. Поэтому для определения абсолютной активности часто используют либо «метод относительных измерений», либо «метод фиксированного телесного угла».
Суть обоих методов – сравнение, в строготождественных условиях, скорости счета исследуемого (контрольного) препарата (Iх)со скоростью счета эталонного (стандартного) препарата (Iэт), содержащего известноеколичество радионуклида.Измерения проводят на одной и той же установке с одним и тем же детектором икассетой для крепления образцов. Препараты должны иметь идентичные форму иразмер и быть одинаково расположены относительно детектора. Радиоактивные вещества наносят на равные по толщине подложки, которые изготовлены из одного итоже материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
