Способ дозиметрии ионизирующего излучения Советский патент 1991 года по МПК G01T1/02 

Изобретение относится к области измерения параметров ядерных излучений и рентгеновских лучей, в частности к измерению погло ценной дозы ионизирующего излучения, и может быть использовано в радиационно-химической и ядерной технологии, например при радиационном модифицировании полимерных материалов.

Целью изобретения является повышение точности измерений в области малых доз и повышение чувствительности способа.

Сущность способа заключается в следующем.

Сшитый предварительным облучением и деформированный образец из попиэти- лена обладает ориентированной пространственной молекулярной сеткой, которая обусловливает появление у него памяти формы.

При облучении образца измеряемым ионизирующим излучением вследствие продолжения процессов сшивания в образце образуется вторичная неориентированная (недеформированная) моСП0

1

О

ю

пекулярная сетка. Соотношение упругих свойств, зависящих от плотности поперечных связей сеток, ориентированной (первичной) и неориентированной (вторичной) сеток и определяет величину дозиметрического параметра данного способа, т.е. конечный размер образца.

Введение в образец после его пред- дарительного облучения сенсибилизатора радиационного сшивания приводят к тому, что в присутствии сенсибилизатора при облучении образца измеряемым ионизирующим излучением его вторичная неориентированная сетка сшивается более интенсивно (т.е. при одних и тех же дозах измеряемого излучения плотность поперечных связей вторичной сетки в образце с сенси- билизатором будет выше, чем в образце без сенсибилизатора). Б то же время сенсибилизатор не оказывает влияния на плотность поперечных связей первичной сетки и на ее упругие свойства.

Таким образом, введение сенсибилизатора радиационного сшивания в образец после его предварительного облучения ионизирующим излучением поэволя ет изменять чувствительность способа, усиливая дозиметрический отклик, за счет более интенсивного образования вторичной (неориентированной) сетки при неизменной первичной (ориентированной) в процессе облучения образца измеряемым ионизирующим излучением. Вследствие этого изменение дозимерического параметра фиксируется при меньших дозах, причем в области малых доз (до 1 Мрад) за счет усиления дозиметрического отклика при сохранении абсолютной величины разброса показаний повышается точность измерения поглощенной дозы.

Способ осуществляют следующим образом.

Полиэтиленовый образец предвари- тельно облучают эталонным ионизирующим излучением до заданной величины поглощенной дозы (5-100 Мрад), .затем его нагревают до 110-300°С и в высокоэластическом состоянии деформируют на растяжение, сжатие или изгиб, после чего образец в деформированном состоянии охлаждают до температуры ниже температуры плавления кристаллической фазы полиэтилена, фиксируя степень деформации. Сенсибилиза

о

5

5

0

тор радиационного сшивания вводят в

полимер по известным методикам. Обраii

зец помещают в раствор, содержащий сенсибилизатор радиационного сшивания или непосредственно в сенсибилизатор (если он жидкий). Образец выдерживают в растворе до его равновесного набухания или до увеличения его веса на заданную величину, т.е. вводят определенное количество сенсибилизатора .

Если сенсибилизатор не является высоколетучим соединением и выдерживает воздействие высоких температур при деформировании (110°С и более), его введение можно осуществлять после предварительного облучения ионизирующим излучением до операции деформирования или непосредственно в процессе деформирования.

После введения сенсибилизатора образец удаляют из раствора и высушивают до полного удаления растворителя, т.е. до стабилизации веса образца (высушивание можно осуществлять как при комнатной, так и при повышенной температуре).

Затем облучают образец измеряемым ионизирующим излучением. При облучении гамма-излучением для поддержания постоянной концентрации сенсибилизатора в процессе облучения возможно проводить облучение образца непосредственно в растворе сенсибилизатора или в самом сенсибилизаторе, т.е. удалять образец из сенсибилизатора или его раствора только после облучения. После облучения образец извлекают из поля измеряемого ионизирующего излучения и нагревают до температуры выше температуры плавления кристаллической фазы полиэтилена. Происходит термическая усадка образца, степень которой зависит от величины поглощенной дозы измеряемого излучения. Затем измеряют конечный размер образца и по тарировочной таблице или графику определяют поглощенную дозу измеряемого ионизирующего излучения.

Пример К Образцы получают методом экструзии в виде пленки толщиной 300 мкм. Материал - полиэтилен низкой плотности марки 10803-02, температура плавления кристаллической фазы 105°С. Пленку предварительно облучают на ускорителе электронов Электрон-111 до поглощенной дозы 20,0 Мрад. Затем пленку разрезают на

полоски шириной 7 мм и деформируют при 1704-200С на специальном устройстве (продольная вытяжка до степени деформирования 170%, т.е. кратность вытяжки 2,7). После этого полоску охлаждают и разрезают на отрезки длиной 250 мм, которые используют в качестве образцов, после чего помещают образцы в сенсибилизатор (о-дихлор- бензол) и выдерживают в нем при комнатной температуре (20t5°C) в течение 2 ч, т.е. до достижения равновесной

степени набухания (около 15 мас.%). Содержание сенсибилизатора в образце определяют гравиметрически. Затем образцы облучают непосредственно в о-дихлорбензоле измеряемым ионизирующим излучением (гамма-излучение на установке РХМ-гамма-20), после чего извлекают их из о-цихлорбензола, нагревают до 170+10°С в течение 1 мин и измеряют штангенциркулем конечную длину. По конечным линейным размерам образцов для каждого примера осуществления способа строят тарировочную зависимость их относительной длины 1/10 (где 1 - длина образца, облученного измеряемым ионизирующим излучением после термоусадки; 10 - длина необлученного измеряемым ионизирующим излучением образца после термоусадки) от поглощенной дозы измеряемого ионизирующего излучения. Поглощенную дозу параллельно контролируют с помощью Аерросульфатной дозиметрической системы.

Для сравнения параллельно облучают образцы без введения сенсибилизатора.

Тарировочная зависимость отношения 1/10 от поглощенной дозы излучения при введении о-дихлорбензола дана в табл. 1.

Пример 2. Образцы получают, облучают эталонным излучением и деформируют, как в примере 1. Затем образцы помещают в сенсибилизатор (эти- ленгликольдиметакрилат) и выдерживают в нем при комнатной температуре до достижения равновесной степени набухания (2ч), После этого образцы извлекают из сенсибилизатора, причем количество введенного сенсибилизатора (2 мас.%) определяют гравиметрически, затем совместно с контрольными образцами (без сенсибилизатора) облучают измеряемым ионизирующим излучением (излучение ускоренных электронов на ускорителе ЭЛВ-1). После облучения образец нагревают до 170+10°С в те

, 10

15

20

617026

чение 1 мин, измеряют штангенциркулем их конечную длину и строят тарировоч- ную зависимость.

Тарировочная зависимость ОТНОРЮНИЯ 1/10 от поглопенной дозы излучения при введении этиленгликольдиметакри- лата дана в табл. 2

Пример 3. Образцы получают и деформируют как в примере 1. Доза облучения предварительным (эталонным) ионизирующим излучением составляет 5,3 Нрад. Сенсибилизатор - Гриалли- цианурат. Образцы помещают в раствор триаллилцианурата в толуоле и выдерживают до равновесной степени набухания (2 ч), после чего образцы извлекают и высушивают до постоянной массы, при этом введенное количество сенсибилизатора составляет в зависимости от температуры (20-60°С) и концентрации раствора (2-40 мас.% триаллилцианурата) 0,1-3 мас.% (0,1 мас.% при 20°Г, и 2%-ной кон- 25 центрации раствора, 0,2 мас.% при 20й С и 5%-ной концентрации раствора и 3 мас.% при 60°С и 40%-ной концентрации раствора), затем совместно с контрольными образцами (без сенсиби- Зо лизатора) облучают в вакууме (10 Па) Измеряемым ионизирующим излучением (гамма-излучение на установке РХМ- гамма-20) .

После облучения образцы нагревают до 1704Ю°С в течение 1 мин, измеряют штангенциркулем их рабочую длину -и строят тарировочную зависимость.

Тарировочная зависимость отношения 1/10 поглощенной дозы излучения при введении триаллилцианурата дана в табл.3.

Оптимальное количество вводимого в образцы сенсибилизатора (0,2- 15 мас.%) обусловлено невозможностью введения в готовый образец (полиэтиленовая пленка) большего количества

сенсибилизатора. Так, при равновесi

ном набухании полиэтилена в о-дихлор- бензоле максимально вводимое количест- 5Q во последнего составляет до 15 масДу а максимальное количество введения полифункциональных мономеров в готовый образец из раствора не превышает нескольких мас.%. Для определения мини- - мального количества сенсибилизатора, обеспечивающего положительный эффект, проводят сравнение известного способа с предлагаемым при введении в образцы, изготовленные согласно приме40

45

ру 3, различного количества триаллил- цианурата (наиболее эффективный сенсибилизатор радиационного сшивания). Точность способа характеризуют по погрешности воспроизведения в серии из 10 измерений, определяемой по распределению Стьюдента при доверительной вероятности 0,99.

За минимальную дозу измеряемого ионизирующего излучения принимают поглощенную дозу излучения, при которой показания всех образцов в серии отличаются от показаний образцов, не облученных измеряемым излучением.

Таким образом, предлагаемый способ обладает высокой точностью измерения поглощенной дозы в диапазоне до 1 Мрад, имеет расширенный в область малых доз (до 0,025 Мрад) диапазон измерений поглощенной дозы ионизирующего излучения, а также имеет возмож- ность введения сенсибилизаторов в го- Товые детекторы ионизирующего излуче- 25 ния, изготовленного сдгласно известТ

5

Т

ному способу, и использование их в более широком диапазоне доз.

Сравнительные результаты определения поглощенной дозы ионизирующего излучения по известному и предлагаемому способам даны в табл. 4. Формула изобретения

Способ дозиметрии ионизирующего излучения, включающий предварительное облучение полиэтиленового образца ионизирующим излучением, деформирование, облучение измеряемым ионизирующим излучением, нагрев до температуры выше температуры плавления полиэтилена и измерение его размеров, по изменению которых судят о поглощенной дозе излучения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности способа и повышения точности измерений в области малых доз, в образец после его предварительного облучения вводят сенсибилизатор радиационного сшивания в количестве

0,2-15 мас.%.

i

а б л и ц а 1

Изобретение относится к технике измерений ионизирующих излучений, более конкретно к способам дозиметрии. Целью изобретения является повышение плоскости измерения поглощенной дозы. Цель достигается тем, что после предварительного облучения полиэтиленового образца эталонным ионизирующим излучением и его деформирования в образец вводят сенсибилизатор радиационного сшивания в количестве 0,2 - 15 мас.%, помещая образец в сенсибилизатор или его раствор, после чего облучают образец измеряемым ионизирующим излучением, нагревают до температуры выше температуры плавления полиэтилена и измеряют его размеры, по относительному изменению которых судят о поглощенной дозе излучения. Изобретение позволяет повысить точность измерений в диапазоне дозы до 1 Мрад и расширить диапазон в области малых доз - до 0,025 Мрад. 4 табл.

Таблица 2

О

0,025

0,05

0,1

0,2

0,5

1

Примечание. + - присутствие сенсибилизатора,

- - отсутствие сенсибилизатора.

Таблица 3

1,0

1,0

1,0

1,02

1,05

1,11

1,17

Таблица 4