9.2. Методы дозиметрии на основе эффекта замедления нейтронов

Согласно НРБ-99 основной нормируемой величиной при кон­троле радиационной безопасности облучения нейтронами являет­ся эффективная доза.

В табл. 8.8 Норм приведены значения эффективной дозы на единичный флюенс нейтронов с энергиями от тепловой до 20 МэВ. Расчеты проведены для двух крайних условий облуче­ния: облучение в изотропном поле излучения (ИЗО) и облучение параллельным пучком в переднезадней геометрии (ПЗ). Такие нормированные значения эффективной дозы называются дозовыми коэффициентами и имеют размерность [Зв·см²]. Чтобы оп­ределить значение эффективной дозы, необходимо измерить флюенс и энергетическое распределение нейтронов в месте рас­положения облучаемого объекта, а затем, используя дозовые ко­эффициенты, вычислить это значение. Спектрометров, охваты­вающих диапазон энергий нейтронов от тепловых до нескольких десятков МэВ, не существует, поэтому в процессе измерений оп­ределяют не эффективную дозу, а ее эквивалент, который, с од­ной стороны, ни при каких значениях энергии не меньше значе­ния эффективной дозы, а с другой стороны, энергетическая зави­симость эквивалента дозы близка к энергетической зависимости самой эффективной дозы. Согласно рекомендациям МКРЗ, в ка­честве такого эквивалента следует использовать амбиентный эк­вивалент дозы .

Все используемые в настоящее время дозиметры-радиометры нейтронов для оперативных измерений основаны на одном и том же физическом принципе — регистрации плотности потока тепло­вых нейтронов в центре полиэтиленового замедлителя. Тепловые нейтроны в центре замедлителя образуются в результате замед­ления нейтронов всех энергий. Размер замедлителя подбирается таким образом, чтобы плотность потока тепловых нейтронов, об­разованных от нейтронов любой энергии, была пропорциональна мощности амбиентного эквивалента дозы нейтронов этой же энергии. Для того, чтобы улучшить эту пропорциональность, за­медлитель делают комбинированным: замедлитель представляет собой две сферы, вложенные друг в друга (рис. 9.1). Большая сфера имеет диаметр 24 см, маленькая — 15 см, кроме того, сфера диаметром 15 см покрыта тонким слоем кадмия. Для такого до­зиметра нейтронов с комбинированным замедлителем зависи­мость чувствительности от энергии нейтронов достаточно хоро­шо повторяет энергетическую зависимость амбиентного эквива­лента дозы в диапазоне от 10 кэВ до 5 МэВ, т.е. охватывает прак­тически весь спектр нейтронов, возникающих при делении ядер.

Рис. 9.1. Устройство прибора для измерения мощности эквивалента дозы нейтронов

Тепловые нейтроны регистрируются небольшим детектором, который вставляется внутрь меньшей сферы. Этот же детектор может быть использован для измерения плотности потока только тепловых нейтронов, если извлечь его из замедляющей сферы.

В отдельных случаях все-таки может возникнуть потребность в проведении измерений спектра нейтронов, например, когда тре­буется уточнить параметры биологической защиты. Для этого используются дозиметры-спектрометры нейтронов с набором за­медлителей в виде сфер различного диаметра. Такой спектрометр называется мультисферным спектрометром.

Измерения спектров нейтронов позволяют более точно про­вести оценку мощности амбиентного эквивалента дозы, чем в случае, если эти измерения были выполнены с помощью дози­метра-радиометра. Это связано с тем, что при наличии в спектре большого количества нейтронов с энергией ниже 0.1 МэВ резуль­тат измерения с дозиметром-радиометром будет иметь значи­тельную погрешность (50 и более %).