1.2. Основные единицы измерения поля излучения

В ядерной физике и дозиметрии широко испльзуется внесистемная единица измерения энергии – электрон – вольт (Эв). Электрон – вольт, это энергия, приобретаемая электроном при прохождении электрического поля с разностью потенциалов в 1 В:

1 эВ = 10^-3 кэВ= 10^-6 МэВ.

Единицей энергии ионизирующего излучения в системе СИ является джоуль (Дж) и его десятичные и кратные единицы:

1 эВ = 1,60219·10^–9 Дж; 1 Дж = 6,25·10¹⁸ эВ.

Для характеристики поля излучения в практических задачах часто используется поток ионизирующих частиц или флюенс ионизирующих частиц (то есть перенос) – это отношение числа ионизирующих частиц dN, проникающих в элементарную сферу, к площади центрального сечения dS этой сферы: .

Как общепринято в физике, под dN понимают как дифференциал ожидаемого значения числа частиц N. При этом дифференциал в знаменателе, с одной стороны, мал по сравнению с изменением поля излучения, с другой стороны, достаточно велик, чтобы можно было зарегестрировать много частиц. При практических измерениях под элементарной следует понимать такую сферу, в пределах объема которой характеристики поля излучения можно считать неизменными.

Единица флюенса частиц в СИ: м^-2, предпочтительная см^-2 ,

т.е. .

Плотностью потока частиц называют отношение потока частиц dФ за некоторый промежуток времени dt к этому промежутку времени:

Ј= = , ( ).

Мощность источника – отношение энергии dE частиц (или квантов), излучаемых источником, к единице времени dt (Дж/с):

W = dE/dt.

Потоком энергии излучения называется отношение энергии dE частиц или квантов ионизирующего излучения, проникающих в объем элементарной сферы с площадью поперечного сечения dS, к этой площади:

F= , ( , , , ).

Интенсивностью излучения (плотностью потока энергии) называется отношение потока энергии излучения dF частиц или квантов ионизирующего излучения за некоторый промежуток времени dt к этому промежутку времени:

I= = , ( , , , ).

Интеграл интенсивности излучения по времени назван количеством излучения (Копенгаген, 1953 год). Эта физическая величина получила название «доза».

Введенные в этом параграфе характеристики поля излучения – флюенс частиц, плотность потока частиц и интенсивность излучения – положительные скалярные величины. Как эти величины даны здесь, они являются интегральными характеристиками поля и не дают представления об энергетическом и угловом распределениях излучения. Более детально поле излучения можно описать дифференциальными характеристиками.

Гаммам постоянная. Мощность дозы гамма излучения единичной активности можно всегда определить, если известна гамма постоянная, характеризующая данный радионуклид. Гамма постоянная рассчитывается по экспозиционной дозе. Различают дифференциальную и полную гамма постоянные.

Дифференциальная гамма постоянная (Г_i) относится к определению моноэнергетической линии гамма-спектра радионуклида.

Полная гамма постоянная (или гамма постоянная) Г данного радионуклида численно равна мощности Д_экс(Р/ч), созданной фотонами всех спектральных линий точечного изотропного источника активностью в 1 мКи на расстоянии 1 см без начальной фильтрации Р·см² / ч·мКи. Гамма постоянные радионуклидов определенные расчетным путем приведены в приложении .

В соответствии с определением

Г = ), или Г = Р._{экс , ( )}

где Г - гамма постоянная ; ;Р_экс – мощность экспозиционной дозы;

R – расстояние, см; А – активность, мКи.

Если известна активность А (Бк), точечного изотропного радионуклидного источника, то мощность поглощенной дозы в воздухе Д (аГр/с), на расстоянии R₁ (м), от него можно рассчитать по формуле:

Д = A Г_си / R₂. ( ).

Для перехода от мощности поглощенной дозы в воздухе Д, (аГр/с), рассчитанной по формуле ( ), к мощности эквивалентной дозы Н (аЗв/с), для гамма-излучения можно использовать следующее соотношение:

(µ^тк)_m / (µ^В)_m,

где (µ^тк)_{m ,}(µ^В)_m – массовые коэффициенты поглощения энергии фотонов в ткани и воздухе соответственно.

Для энергии фотонов Е = 0,08–10 МэВ отношение (µ^тк)_m / (µ^В)_{m =} 1,09±0,2. Тогда Н = 1,09 Д = 1,09 А Г_си / R².

При необходимости расчетов экспозиционной дозы в единицах СИ можно определить подобно Г_си, аГр·м² / с·Бк, гамму постоянную по экспозиционной дозе в единицах СИ Г_си аКл·м² / кг·с Бк, при этом

Г_си ( ) = 0,1939 Г ( ).

Керма постоянной Г_σ , (Гр·м² / с·Бк) называется отношение мощности воздушной кермы Г_σ, создаваемой фотонами сэнергией больше заданного порогового значения σ от точечного изотропно излучающего источника данного радионуклида, находящегося в вакууме, на расстоянии ℓ от источника, умноженной на квадрат этого расстояния, к активности А источника:

Г_σ = К_σ· ℓ² / А.