Ru.Wikipedia.Org - Ферросульфатный дозиметр

Меню
Главная
Случайная статья
Настройки

Ферросульфатный дозиметр
Материал из https://ru.wikipedia.org

Ферросульфатный дозиметр (дозиметр Фрикке) — измерительный прибор, применяемый для измерения больших доз ионизирующего излучения. Основан на окислении иона двухвалентного железа продуктами радиолиза воды в кислом водном растворе и последующем измерении концентрации образовавшихся ионов трёхвалентного железа, которая в широком диапазоне пропорциональна поглощённой дозе. Измерения поглощённой дозы дают результаты, близкие к поглощённой дозе для биологических тканей; тканеэквивалентность основана на том, что в качестве рабочей среды применяется водный раствор.

В одной из реализаций прибор состоит из прозрачной кюветы (приблизительные размеры: диаметр 20 мм, высота 30 мм), в которую запаян насыщенный воздухом водный раствор сульфата железа(II) FeSO₄·7H₂O (концентрация 1·10³ моль/л) с добавлением серной кислоты Н₂SO₄ (0,4 моль/л, то есть с концентрацией 0,8 н) и хлорида натрия NaCl (1·10³ моль/л).

Содержание

Принцип действия

Под действием ионизирующего излучения происходит ионизация и возбуждение молекул воды.
Радиолиз воды приводит к возникновению активных свободных радикалов ·HO₂ и ·OH, а также перекиси водорода.
Свободные радикалы взаимодействуют с FeSO₄. В результате химической реакции окисления ионы Fe²⁺ переходят в ионы Fe³⁺.
Раствор меняет свой цвет (изменяется концентрация ионов, обуславливающих цвет раствора).

Окисление ионов железа происходит в основном в результате следующих трёх реакций:

{\cdot }\mathrm {HO_{2}} \ {+}\ \mathrm {Fe^{2+}} \ {\xrightarrow[{\qquad }]{}}\ \mathrm {Fe^{3+}} \ {+}\ \mathrm {HO_{2}^{-}}

\mathrm {H_{2}O_{2}} \ {+}\ \mathrm {Fe^{2+}} \ {\xrightarrow[{\qquad }]{}}\ \mathrm {Fe^{3+}} \ {+}\ \mathrm {OH^{-}} \ {+}\ {\cdot }\mathrm {OH}

{\cdot }\mathrm {OH} \ {+}\ \mathrm {Fe^{2+}} \ {\xrightarrow[{\qquad }]{}}\ \mathrm {Fe^{3+}} \ {+}\ \mathrm {OH^{-}}

Определение количества образовавшихся ионов Fe³⁺ позволяет измерять поглощённые дозы от 0,5 до 1000 Гр (с меньшей точностью — в более широком диапазоне от 0,1 до 10⁴ Гр, где линейный отклик детектора не гарантирован).

Измерение и пересчёт к поглощённой дозе

Измерение концентрации ионов Fe³⁺ после облучения кюветы производится на спектрофотометре, обычно на длине волны = 304 нм. Определив оптическую плотность

M={\frac {D}{l\mu (\mathrm {Fe} ^{3+})}},

где

Кроме того, концентрация ионов Fe³⁺ может измеряться с помощью ЯМР-спектроскопии.

Поглощённая доза в любом химическом дозиметре, в том числе и в дозиметре Фрикке, для известных значений плотности раствора

где коэффициент

Измерение потока тепловых нейтронов

Дозиметр Фрикке при некоторой модификации может применяться для измерения плотности потока тепловых нейтронов. С этой целью в рабочий раствор дозиметра добавляют литий (например, в виде сульфата лития) или бор (например, в виде борной кислоты H₃BO₃). Захват тепловых нейтронов ядром лития-6 приводит к реакции ⁶Li(

f = 3,21·10¹⁰ P_погл /M_Li,

f = 6,16·10⁹ P_погл /M_В,

где M_Li и M_B — молярные концентрации (моль/л) лития и бора, соответственно.

История

Метод ферросульфатной дозиметрии был разработан в 1927 году Хьюго Фрикке и Стерном Морзе^[2]^[3].

Метод рекомендован к применению Международной комиссией радиационных единиц и измерений^[4].

Литература

Schreiner LJ. Review of Fricke gel dosimeters // Journal of Physics: Conference Series. — 2004. — Vol. 3. — P. 9—21.
A protocol for the determination of absorbed dose from high-energy photon and electron beams // Med. Phys. — 1983. — Т. 10(6). — С. 741-771.
Власов В.К. Дозиметрия // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа — Меди. — С. 114—115. — 671 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-035-5.

Примечания

Константа в формуле численно равна 100 постоянным Фарадея, или произведению числа Авогадро на отношение джоуля к электронвольту 1,602·10¹⁹ и на 100 эВ (так как последняя величина входит в определение радиационно-химического выхода).
Fricke H, Morse S. The chemical action of roentgen rays on dilute ferrosulphate solutions as a measure of dose // American Journal of Roentgenology, Radium Therapy, and Nuclear Medicine. — 1927. — Vol. 18. — P. 430–432.
Fricke H, Hart EJ (1955) Radiation Dosimetry, New York, NY EUA: Academic Press, volume 2, chapter Chemical Dosimetry. Pages 167—239.
ICRU No 35 (1984) Radiation dosimetry: electron beams with energies between 1 and 50 MeV. Technical report, International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU).

См. также