Сенситометрические характеристики фотографических материалов

Рассмотрим облученную и обработанную фотопленку, на которую падает видимый свет с интенсивностью φ_w0. За пленкой интенсивность уменьшается до значения φ_w. Отношение φ_w / φ_w0=а, где а –коэффициент пропускания фотопленки, который может изменяться от 1 до 0. Обратная коэффициенту а величина называется коэффициентом непропускания фотопленки. Он может изменяться от 1 до ¥. Логарифм от коэффициента непропускания называется оптической плотностью почернения или просто почернением S:

(13.6)

Если а равно 1,0; 0,1; 0,01 и т. п., то S составляет 0; 1; 2 и т. п.

Характеристика фотоматериалов представляет собой зависимость между плотностью почернения S фотоэмульсии и экспозиционной дозой X (рисунок 13.3).

Между S и X в определенных пределах существует линейная зависимость (участок 1). При дальнейшем увеличении экспозиционной дозы почернение увеличивается медленнее
(участок 2).

При очень больших X наблюдается снижение S (участок 3). Рабочим участком для измерения S = f(X) является линейный участок 1.

Сенситометрическая характеристика фотоматериалов обычно изображается в полулогарифмическом масштабе S = f(lgX).

Рисунок 13.3 – Зависимость между плотностью почернения фотоэмульсии и экспозиционной дозой

Характеристику любого фотоматериала можно получить следующим образом. Несколько кусочков пленки размещают на разных расстояниях и подвергают их одновременному облучению (источник ⁶⁰Со с известной активностью, рассчитанной на определенные экспозиционные дозы). После химической обработки определяют степень почернения каждой пленки и, зная соответственно экспозиционную дозу, строят характеристику.

В результате сенситометрических определений находим чувствительность S/X фотоматериалов к излучению. S/X обычно выражается в обратных единицах экспозиционной дозы.

Фотоэмульсия, в состав которой входит бромистое серебро, и окружающая ее среда не воздуховалентные материалы. Следовательно, и почернение пленки при одинаковых экспозиционных дозах X зависит от энергии этого излучения.

Чтобы правильно определить экспозиционную дозу немоноэнергетического излучения, применяют выравнивающие фильтры, служащие для компенсации хода с жесткостью, т. е. можно добиться, чтобы определенная экспозиционная доза вызывала примерно одинаковое почернение независимо от энергии падающего излучения.

Для повышения чувствительности фотоэмульсии применяют усиливающие люминесцентные экраны в виде прессованных таблеток из неорганических сцинтилляторов CaWO₄+ZnS(Ag) или органических сцинтилляторов n -терфенила.

Люминофор n -терфенил имеет малое время высвечивания (10^-8 с), прозрачен к собственному излучению, длина волны люминесценции совпадает с максимумом поглощения бромистого серебра.

Органические люминесцирующие вещества (n -терфенил+ полиметилметакрилат) используют не только как усилители, но и как экраны, снижающие ход с жесткостью. Это происходит вследствие приближения эффективного атомного номера системы, состоящей из органического сцинтиллятора и фотопленки, к эффективному атомному номеру воздуха.

Фотопленку с высокой чувствительностью к люминесценции
n -терфенила помещают между двумя люминесцирующими экранами, которые, в свою очередь, вставляют в светонепроницаемые кассеты.

Органический сцинтиллятор можно ввести прямо в фотоэмульсию и получить тот же эффект, что и от сцинтиллирующих экранов.

При использовании сцинтиллирующих веществ в виде экранов, а также при введении их в фотоэмульсию снижается влияние угла падения γ-излучения на чувствительность фотопленок.

При определении экспозиционной дозы, создаваемой γ-излучением, используют относительный метод: почернение пленки от измеряемого излучения сравнивают с почернением другого куска пленки, облученного известной экспозиционной дозой от γ-источника ⁶⁰Со. Обычно для этой цели из пачки берут несколько кусочков пленки, которые облучают одновременно с помощью источника известной активности и на разных расстояниях, чтобы получить различные экспозиционные дозы и затем построить кривую S = f(X). Одновременно пленкой из той же пачки заряжают специальные кассеты для индивидуального дозиметрического контроля. После облучения все пленки, как облученные источником известной активности, так и подвергнутые действию измеряемого излучения, проявляют, фиксируют и сушат. После просушки пленки фотометрируются, строится кривая S=f(X), по которой затем определяют экспозиционные дозы излучения.

Для определения плотности почернения служат денситометры. Прибор состоит из двух селеновых фотоэлементов, включенных по дифференциальной схеме.

Для измерения экспозиционных доз излучения, различающихся между собой на два-три порядка, применяют дозиметры с двумя фотопленками. Сверхчувствительной пленкой измеряют экспозиционные дозы излучения от 5 10^-7 до 10^-5 Кл/кг, а менее чувствительной пленкой–до 0,3 Кл/кг.

На АЭС широкое распространение получили фотодозиметры ИФК-2, 3, 4М и ИФКУ-1.

Фотодозиметр ИФК-2, 3, 4М представляет собой кассету из карболита. Кассета состоит из двух крышек, скрепляемых булавкой, которая одновременно служит для крепления кассеты к одежде. Корпус кассеты разделен на четыре секции. Первая секция – сквозное окно. Во второй секции установлен фильтр из гетинакса, в третьей – алюминиевый фильтр с прокладкой из гетинакса, в четвертой – свинцовый фильтр с прокладкой из гетинакса. Во внутренней части кассеты имеются две свободные полости для установки детекторов быстрых или тепловых нейтронов, а также дополнительных фильтров.

Детектором быстрых нейтронов служит специальная фотопленка
(типа К), вставленная в пакет, состоящий из разных радиаторов и поглотителей нейтронов. По трекам протонов отдачи определяют плотность потока быстрых нейтронов.

Детекторами тепловых нейтронов служат сцинтилляторы в виде таблеток, изготовленные горячим прессованием из сернистого цинка, солей бора, натрия и порошка оргстекла. Фотопленку в светонепроницаемом пакете вставляют между двумя сцинтилляторами и помещают в свободную полость кассеты. По степени почернения пленки определяют плотность потока тепловых нейтронов.

Фотопленки, применяемые для индивидуального дозиметрического контроля, имеют двустороннее покрытие эмульсией. Их классифицируют по чувствительности.

Фотодозиметр ИФКУ-1 (индивидуальный фотоконтроль усовершенствованный) используется для определения эквивалентных доз: β -излучения 0,05–1,2 сЗв (±20%); γ -излучения 0,05–2 сЗв (±20%); тепловых нейтронов 0,05–2 сЗв (±40%). Диапазон энергий: β -излучения 1,4 МэВ и выше; γ -излучения 0,1–3 МэВ. Для зарядки кассет ИФКУ применяют фотопленки следующих типов: РМ-1 (при дозовом эквиваленте 0,05–2 сЗв) и РМ-5-3, РМ-5-4 (при дозовом эквиваленте 15–20 сЗв).

Кассета ИФКУ-1 изготовляется из пластмассы, Она состоит из корпуса / (с внутренней стороны которого запрессованы фильтры); крышки, имеющей снаружи номер и фиксатор пружины, а изнутри–гофрированные зажимы пленки; пружины, закрепленной на оси и предназначенной для крепления кассеты к одежде и для фиксирования крышки. Для защиты от влаги кассету вставляют в полиэтиленовый чехол. Корпус кассеты делится на четыре участка.

Участок 1 предназначен для измерения эквивалентной дозы β -излучения, которую под этим участком кассеты обозначают H_β+γф. (доза от β -частиц и фонового γ -излучения).

Участок 2 кассеты предназначен для измерения эквивалентной дозы естественного фонового облучения. В отличие от участка 1 на участке 2 запрессованы алюминиевые фильтры толщиной 0,5 и 1 мм. Эквивалентная доза фонового облучения на фотопленке, соответствующая этому участку, обозначается H_γф.

Участок 3 кассеты предназначен для измерения эквивалентной дозы γ -излучения, на нем запрессованы фильтры из свинца толщиной 0,75 мм и из алюминия толщиной 0,5 мм. Эквивалентная доза от γ -излучения, соответствующая этому участку, обозначается Н_γ.

Участок 4 кассеты предназначен для измерения эквивалентной дозы тепловых нейтронов. В пластмассе этого участка запрессованы: свинцовый фильтр толщиной 0,75 мм, кадмиевый фильтр – 0,027 мм и алюминиевый фильтр – 0,5 мм. Эквивалентная доза от γ -излучения и тепловых нейтронов на участке обозначается Н_γ + Н_тн.

Н _γ определяется по степени почернения фотопленки участка 3. Эквивалентную дозу облучения от β -частиц определяют по степени почернения фотопленки участка 1 без учета естественного фонового облучения Н _γф, т. е.

Н_β=0,6´(Н_β+ф-Н_γ) (13.7)

Эквивалентная доза облучения от тепловых нейтронов определяется по степени почернения фотопленки участка 4 захватным γ -излучением
[ ¹¹³Cd(n,γ)¹¹⁴Cd ] без учета эквивалентной дозы, обусловленной от γ -излучения Н_γ:

Н_тн.= Н_тн+γ-Н_γ (13.8)

Градуировку прибора ИФКУ осуществляют по контрольным пленкам, облученным известными эквивалентными дозами. При этом необходимо, чтобы показания стрелочного прибора совпадали с соответствующими значениями эквивалентных доз контрольных пленок.

Эквивалентную дозу можно определить денситометром ДФЭ-10 по оптической степени почернения.

Фотографический метод дозиметрии имеет некоторые преимущества перед другими методами дозиметрии, главные из них–возможность массового применения для индивидуального контроля, документальная регистрация полученной эквивалентной дозы, невосприимчивость к ударам, резкому изменению температур и т. п.

Недостатки этого метода: относительно небольшая чувствительность к малым эквивалентным дозам, невозможность измерения полученной эквивалентной дозы непосредственно в процессе облучения, возможность некомпенсированного хода с жесткостью, зависимость показаний от условий обработки пленки (температуры, времени обработки, концентрации, типа, качества проявителя и др.), сложность обработки пленки.