3.7. Измерение удельной альфа-активности толстых образцов

Для целей дозиметрии можно считать, что пробег α-частиц данного изотопа в данном веществе практически одинаков.

Следует отметить, что пробег α-частиц в твердых телах большинства α-активных изотопов составляет несколько десятков микрон. Траектории α-частиц в веществе прямолинейны.

Если взять плоский тонкий источник α-частиц с активностью расп/мин и закрыть его поглотителем толщиною мг/см², то через поглотитель пройдут лишь те α-частицы, которые вылетают в направлении конуса с углом при вершине, равным .

Рис. 3.43. Зависимость прохождения α-частиц через поглотитель от его толщины

Эту зависимость можно выразить в виде соотношения:

(3.142),

где – пробег α-частиц в материале поглотителя в мг/см².

Как видно из уравнения (3.142), зависимость количества α-частиц, прошедших через поглотитель, от толщины поглотителя представляет собой прямую линию (см. рис. 3.43).

Учитывая уравнение (3.142), нетрудно рассчитать выход α-частиц из толстого образца () в зависимости от удельной активности образца. Количество α-частиц, вылетающих с поверхности образца из слоя , находящегося на глубине х, определяется соотношением, имеющим вид:

(3.143),

где — удельная активность образца; — пробег α-частиц в образце в мг/см²; — поверхность образца в см².

Из уравнения (3.143) общее количество α-частиц, вылетающих с поверхности образца, определяется по соотношению:

(3.144).

После интегрирования уравнения (3.144) получаем связь между количеством α-частиц, выходящих с поверхности толстого образца и его удельной активностью:

(3.145).

Следует отметить, что количество α-частиц, вылетающих с поверхности толстого образца, составляет одну четверть от количества распадов в слое, толщина которого равна пробегу α-частиц в образце.

Рис. 3.44. Зависимость счета α-частиц от толщины поглотителя на сцинтилляционной приставке

Измерения на сцинтилляционной приставке и других приборах показывают, что зависимость счета α-частиц при наложении поглотителя на тонкий источник представляет собой прямую линию, отсекающую на оси абсцисс отрезок, равный мг/см² (рис. 3.44). Величина всегда меньше пробега α-частиц в поглотителе. Это объясняется тем, что регистрируются не все α-частицы, которые пройдут через поглотитель. Прибор регистрирует лишь те α-частицы, которые входят в чувствительный объем счетчика или слой сцинтиллятора, имея достаточную для регистрации энергию. Эта энергия определяется чувствительностью установки.

Зависимость скорости счета установки от толщины поглотителя при наложении его на тонкий плоский источник α-частиц может быть выражена формулой:

(3.146),

где — отношение скорости счета при поглотителе толщиной мг/см² к скорости счета без поглотителя. В качестве поглотителя обычно применяют алюминиевые фольги толщиной 1—2 мг/см². Так как пробег α-частиц в поглотителе зависит от его среднего атомного веса, то величина имеет ту же зависимость от среднего атомного веса . Это необходимо учитывать при определении величины для вещества образца. Формула для расчета имеет вид:

(3.147).

На практике величину определяют по нескольким измерениям эталонного источника с поглотителем и без него. Решив уравнение (3.146) относительно , получим следующую зависимость:

(3.148),

где — толщина фольги в мг/см².

Зная закон поглощения α-частиц в слое образца, нетрудно найти зависимость скорости счета установки от удельной активности толстого образца. Формула для расчета имеет вид:

(3.149),

где – скорость счета установки; – эффективность счета установки (в направлении 4π) при измерении эталонного тонкого источника; – удельная активность образца; – толщина слоя образца, из которого α-частицы регистрируются; – площадь образца в см².

Из уравнения (3.149) удельная активность образца определяется по соотношению:

(3.150).

На практике измерение α-активности толстых образцов производится следующим образом. Отобранная для исследования проба тщательно перемешивается. После этого изготавливается один или несколько толстых образцов для измерения на радиометрической установке. Обычно для измерения толстых α-образцов используются тарелочки с высотой бортика 2—3 мм. Диаметр тарелочки определяется размерами входного окна счетного устройства и не должен превышать его.

Перед измерением толстых α-образцов необходимо определить эффективность счета установки по эталонному источнику. Следует иметь в виду, что диаметр эталонного источника должен быть таким же, как и исследуемый образец. Энергия α-частиц эталонного источника должна быть такой же, как энергия α-частиц в измеряемом образце или отличаться незначительно. Необходимо также следить за тем, чтобы поверхность толстого образца при измерении была на том же расстоянии от входного окна счетного устройства, как и поверхность эталонного источника. По нескольким измерениям эталонного источника с фольгами и без них определяется величина . Расчет удельной активности образца ведется по формуле (3.150). Минимальная удельная активность толстого образца, которую можно измерить таким методом с помощью сцинтилляционной установки, составляет ~3700 Бк/кг.