Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом
Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом - Лекция, раздел История, ЛЕКЦИЯ N 1 • Краткие исторические сведения. Тепловое излучение. Излучение абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа. Итоги лекции N 1 Человек С Помощью Своих Органов Чувств Не Способен Обнаружить Радиоактивное И...
Человек с помощью своих органов чувств не способен обнаружить радиоактивное излучение. Поэтому важной задачей является изучение особенностей взаимодействия различных радиоактивных излучений с веществом, выяснение их влияния на человеческий организм и разработка приборов, способных регистрировать такие излучения.
Быстрые заряженные частицы в веществе взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов. Электрон атома вещества в результате взаимодействия с быстрой заряженной частицей получает дополнительную энергию. В результате атом либо переходит в возбужденное состояние, либо ионизуется.
При прохождении вблизи атомного ядра, быстрая заряженная частица движется с ускорением, вызванным кулоновским взаимодействием с ядром, в результате чего испускаются кванты рентгеновского тормозного излучения. Возможно и неупругое соударение заряженных частиц с атомными ядрами. Обладающие большой массой (по сравнению с β-частицами) α-частицы при столкновениях с электронами атомов вещества почти не испытывают отклонения и в веществе движутся почти прямолинейно. Их пробеги в веществе малы. Так, α-частицы с энергией 4 МэВ в воздухе могут пролететь около 2,5 см, а в воде - сотые доли миллиметра.
Проникающая способность β-частиц больше. Так при энергии 2 МэВ от потока β-частиц защищает слой алюминия толщиной 3,5 мм. Плотная одежда может поглотить значительную часть β-частиц и совсем не пропустит α-частицы. Однако, при попадании радиоактивных веществ внутрь человеческого тела с пищей, водой, воздухом α и β излучения могут причинить человеку серьезный вред.
Нейтроны не имеют электрического заряда и поэтому не взаимодействуют с электронными оболочками атомов. При столкновениях с ядрами они могут выбивать из них заряженные частицы, которые ионизируют и возбуждают атомы среды. При радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами водорода человеческого организма они превращаются в ядра дейтерия с испусканием γ-квантов, с энергией 2,23 МэВ, которые дают существенный вклад в облучение организма. Установлено, что γ-кванты взаимодействуют, в основном, с электронными оболочками атомов, вызывая либо фотоэффект, либо, передавая часть своей энергии и импульса электронам, претерпевают так называемое комптоновское рассеяние.При энергии γ-квантов большей, чем удвоенная энергия покоя электрона может проходить рождение электрон-позитронных пар. Пути пробега нейтронов и γ-квантов в воздухе измеряются сотнями метров, в веществе - десятками сантиметров и даже метрами, в зависимости от плотности вещества и энергии γ-квантов и нейтронов. По этой причине потоки γ-квантов и нейтронов представляют для человека наибольшую опасность.
Поглощенная дозаионизирующего излучения D является универсальной мерой воздействия любого вида излучения на вещество. Она равна отношению энергии W, переданной веществу, к массе вещества m, т.е.:
В системе СИ единицей поглощенной дозы является грей(Гр):
Мощностью дозы Рназывается отношение дозы излучения ко времени облучения t, т.е.:
Единицей мощности дозы в системе СИ является грей в секунду.
Относительная биологическая эффективность Кхарактеризует различие биологического действия различных видов излучений при одинаковой дозе. Для рентгеновского и γ-излучения относительная биологическая эффективность К=1, для тепловых нейтронов К=3, для нейтронов с энергией 0,5 МэВ К=10, для α-частиц К=20.
Эквивалентная доза Нопределяется как произведение поглощенной дозы D на относительную биологическую эффективность К:
Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт(Зв). 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой поглощенная доза равна 1 Гр и К=1.
Экспозиционная доза DЭхарактеризует ионизирующее действие излучения на воздух.Она определяется как отношение суммарного заряда Qвсех ионов одного знака, созданных в воздухе вторичными частицами (электронами и позитронами) к массе воздуха m:
Экспозиционная доза в системе СИ измеряется в Кл/кг.
Распространенной внесистемнойединицей экспозиционной дозы является рентген (Р).
При экспозиционной дозе 1 Р в 1 см3 сухого воздуха образуется 2 ·109 пар ионов.
Смертельная доза γ-излучения для человека равна 6 Гр. При массе человека m=70 кг из определения дозы (18.7) для выделившейся в организме человека энергииимеем:
Это ничтожная энергия. Так, вода массой mВ=10 г, нагретая до температуры 46o С (на Δt=10o выше температуры тела) передает организму человека при ее потреблении точно такую же энергию. Действительно:
здесь с=4,2·103 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость воды. Из этих оценок ясно, что не тепловое воздействие ионизирующего излучения является причиной гибели человека. Живой организм - очень сложная, высокоупорядоченная система. Ионизирующее облучение разрушает сложные молекулы живого организма, нарушая его нормальное функционирование. При эквивалентной дозе 0,5-1 Зв начинаются нарушения в кроветворной системе человека. При эквивалентных дозах облучения всего тела 3-5 Зв около половины облученных умирает в течение 1-2 месяцев. При дозах 10-50 Зв смерть наступает через 1-2 недели.
Предельно допустимой дозой облучения для лиц, профессионально связанных с использованием источников радиации, является 50 мЗв за год. В качестве предельно допустимой дозы систематического облучения населения установлена эквивалентная доза 5 мЗв за год. За счет естественного радиационного фона доза облучения составляет около 2 мЗв за год.
ЛЕКЦИЯ N Краткие исторические сведения Тепловое излучение Излучение абсолютно черного тела Закон Кирхгофа Итоги лекции N... ЛЕКЦИЯ N Проблема излучения абсолютно черного тела Формула Планка Закон... ЛЕКЦИЯ N Проблема фотоэффекта Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта Итоги лекции N...
Закон Стефана-Больцманаи закон Вина
Из (1.11) для абсолютно черного тела, когда rω = f(λ,Т), получим энергетическую светимость R(T), интегрируя функцию f(ω,Т) (2.2) во всем интервале частот.
Проблема фотоэффекта
Фотоэффект - это испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
Такой фотоэффект называют внешним. Именно о нем мы будем говорить в эт
Итоги лекции N 3
1. Фотоэффект - это испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
2. Экспериментальные исследования фотоэффекта, приведенного в 1900-1904 гг., показали, что
Боровская теория атома водорода
Атом водорода - простейший из всех атомов. Его ядро - элементарная частица протон. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона, вследствие этого ядро в первом приближении можно считать неподвиж
Итоги лекции N 4
1. Уравнение движения электрона в планетарной модели атома, записанное на основе второго закона Ньютона, позволяет атому иметь любой размер, опыт же показывает, что размеры атомов порядка 10-1
Гипотеза де Бройля. Волновые свойства электронов
Согласно гипотезе де Бройля любой движущийся частице с энергией E и импульсом соответствует волна с частотой v = E/h, длиной волны λ = h/p и волновым вектором . Так же как в случае с фо
Итоги лекции N 7
Волновое уравнение для функции Ψ получено в 1926 г. Э. Шредингером и носит его имя - уравнение Шредингера. Для одной частицы, Движущейся во внешнем поле, оно имеет следующий вид (см. (7.
Итоги лекции N 8
1. Формула (8.3) для энергии стационарных состояний атома водорода, полученная на основе уравнения Шредингера совпадает с аналогичной формулой (4.8), полученной в боровской теории атома водорода, т
Спин электрона. Принцип Паули. Фермионы и бозоны.
Как уже упоминалось в конце § 3 предыдущей лекции, спектральные линии атома водорода обнаруживают тонкую структуру. Тонкая структура присуща спектрам всех атомов. Для объясн
Объяснение температурной зависимости теплоемкостей газов
В части 4, лекции N 4 обсуждались графики экспериментальных зависимостей теплоемкости CV для двух газов: одноатомного аргона (Ar) и двухатомного водорода (H2). Ход графика для
Итоги лекции N 9
1. Электрон обладает собственным моментом импульса LS , не связанным с движением в пространстве. Модуль собственного момента импульса определяется спиновым квантовым числом
Бозоны. Распределение Бозе-Эйнштейна
Бозон - это частица или (квазичастица - как, например, фонон - квант упругих колебаний в твердых телах) с нулевым или целочисленным спином. К бозонам
Итоги лекции N 12
1. Квантовая теория электропроводности металлов дает для удельной проводимости σ формулу (12.2):
Происхождение энергетических зон в кристаллах. Металлы
Физически происхождение зонной структуры в кристалле связано с образованием кристалла из N атомов, каждый из которых в свободном состоянии обладает дискретным электронным энергетическим спектром (с
Собственная проводимость полупроводников
Из элементов таблицы Менделеева типичными полупроводниками являются германий и кремний. Ширина запрещенной зоны у германия 0,66эВ, у кремния - 1,1эВ (при T = 300К).
Имея по 4 валентных эле
Итоги лекции N 13
При объединении атомов в кристалл их энергетические уровни вследствие принципа Паули превращаются в систему очень близко расположенных подуровней - разрешенныеэнергетические
Донорные примеси, полупроводникиn-типа
Для четырехвалентных полупроводников германия (Ge) и кремния (Si) донорными примесями являются атомы пятивалентных элементов, таких как фосфор (P), мышьяк (As), с
Акцепторные примеси. Полупроводникиp-типа
Акцепторными примесями для германия и кремния являются атомы трехвалентных элементов, таких как бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In).
Название "акце
Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод
Создадим контакт из двух полупроводников, один из которых p-типа, а другой n-типа, как это изображено на рис.14.3 Такой контакт называют электронно-дырочным переходом, или p-n переходом.
Полупроводниковый триод - транзистор
Полупроводниковый триод, или транзистор, - это электронный прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Состоит он из двух p-n переходов, созданных в
Итоги лекции N 14
Атомы пятивалентных элементов, таких как фосфор (Р), мышьяк (As), сурьма (Sb), добавленные в кристаллическую решетку четырехвалентных полупроводников германия (Ge) или кремния (Si), называютс
Оптический резонатор
Для превращения сверхлюминисценции в генерацию лазерного излучения необходимо наличие положительной обратной связи, осуществляемой за счет оптического резонатора.
Способы создания инверсии населенности
Процесс создания инверсии населенности называется накачкой. В зависимости от структуры активной среды используются различные виды накачки.
В твердых телах и жидкостях испо
Виды лазеров и их применение
По режиму работы лазеры можно разделить на импульсные и непрерывного действия. По виду активной среды лазеры делятся на газовые, жидкостные, полупроводнико
Итоги лекции N 15
Лазер, или оптический квантовый генератор - это устройство, генерирующее когерентные электромагнитные волны за счет вынужденного испускания света активной средо
Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое число
Атомное ядро было открыто английским физиком Э. Резерфордом в 1911 году в опытах по рассеянию α-частиц при прохождении их через вещество. Схема этого опыта была приведена нами в первой лекции
Итоги лекции N 16
Ядро - центральная массивная часть атома, где сосредоточено более 99,95% массы атома. Ядро имеет положительный заряд qЯ, кратный элементарному заря
Некоторые сведения из истории открытия деления ядра урана
После открытия нейтрона физики получили в свое распоряжение частицу, способную, ввиду отсутствия заряда, проникать в любые, в том числе и тяжелые, ядра. Исследования воздействия нейтронов на ядра,
Цепная ядерная реакция. Ядерная бомба
После открытия деления ядер урана У. Зинн и Л. Сциллард, а также Г.Н. Флеров показали, что при делении ядра урана вылетает больше одного нейтрона. Дальнейшие исследов
Ядерный реактор
Ядерный реактор - это содержащая ядерное горючее установка, в которой осуществляется управляемая ядерная реакция.
В качестве делящегося вещества в реакторах используют природный (либо слег
Закон радиоактивного распада
Закон радиоактивного распада дает зависимость N(t) -числа радиоактивных ядер от времени. Поскольку отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, можно считать, что число ядер d
Методы регистрации ионизирующих излучений
Быстрые заряженные частицы, проходя через вещество, оставляют за собой след ионизированных и возбужденных атомов. Нейтроны и γ-кванты, взаимодействуя с ядрами и атомами, создают вторичные быст
Итоги лекции N 18
1. Радиоактивностью называют свойства атомных ядер самопроизвольно изменять свой состав (заряд z и массовое число А) путем испускания элемента
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
человеческого организма они превращаются в ядра дейтерия 
с испусканием γ-квантов, с энергией 2,23 МэВ, которые дают существенный вклад в облучение организма. Установлено, что γ-кванты взаимодействуют, в основном, с электронными оболочками атомов, вызывая либо фотоэффект, либо, передавая часть своей энергии и импульса электронам, претерпевают так называемое комптоновское рассеяние. При энергии γ-квантов большей, чем удвоенная энергия покоя электрона может проходить рождение электрон-позитронных пар. Пути пробега нейтронов и γ-квантов в воздухе измеряются сотнями метров, в веществе - десятками сантиметров и даже метрами, в зависимости от плотности вещества и энергии γ-квантов и нейтронов. По этой причине потоки γ-квантов и нейтронов представляют для человека наибольшую опасность.
Новости и инфо для студентов