Типы и физические характеристики ионизирующих излучений

Типы и физические характеристики ионизирующих излучений. Лучи или частицы обозначают , Не4 атомный вес 4,003 два положительных заряда ядра атомов Не, состоящие из 2 протонов и 2 нейтронов. В момент вылета имеют скорость, равную 0,05 0,1 скорости света, и энергию варьирущую у разных радиоактивных изотопов в интервале от 4 9 Мэв мегаэлектронвольт т.е. 106эв. -частицы передают энергию главным образом электронам вещества взаимодействие с ядрами незначительно.

Это вызывает диссоциацию молекул или возбуждение и ионизацию атомов и молекул. Вырванные -частицами электроны могут иметь энергию, достаточную для вторичных ионизационных процессов для возбуждения других электронов. Их называют вторичными электронами или -лучами.

Плотность ионизации под воздействием -частиц очень велика. Она возрастает по мере уменьшения энергии частицы и, следовательно, достигает максимума к концу полета. В среднем на одном см. пути -частицы вызывают в воздухе образование 3 104 пар ионов. Проникающая способность -частиц невелика. Для их пробега R в см. в воздухе в зависимости от энергии частицы Е в Мэв можно выразить следующей формулой. Пробег - частиц в других веществах можно определить, пользуюсь формулами или по формуле, откуда - пробег - частиц в воздухе - плотность среды А и Z массовое число и атомный номер элемента, поглощающего - Лучи. Пробег в воздухе -частиц различных энергий колеблется в пределах 2,5 10 см. В биологических тканях 30 120 мкм, а в алюминии 16 65 мкм Лучи или частицы обозначают атомный вес 5,486 10- 4 1 отрицательный заряд поток электронов, имеющих всегда широкий спектр энергий от 0 до 3 Мэв. Максимальная энергия Емакс. -лучей отдельных радиоактивных изотопов имеет определенную величину. Средняя энергия спектра -частиц соответствует приблизительно для разных изотопов колеблется в пределах 0,25 0,45 Емакс Проникающая способность -лучей примерно в 100 200 раз больше, чем у -частиц с такой же энегрией.

Плотность ионизации на пути основного пробега -лучей значительно меньше, чем на пути -частиц.

Прирост ионизации к концу пробега выражен во много раз слабее, чем у последних. Помимо взаимодействия с орбитальными электронами некоторые -частицы изредка но тем чаще, чем больше их Емакс. приходят в соприкосновение с атомным ядром.

Кинетическая энергия -частицы от соударения с ядром превращаются в квант мягкого -излучения. Длинна пробега зависит от Емакс. -лучей и для них можно записать ряд формул при 0,03 Мэв Емакс. 0,15 Мэв при 0,15 Мэв Емакс. 0,8 Мэв. при Емакс. 0,8 Мэв где R длинна пробега, выраженная в гсм2 1гсм2 столб вещества массой в 1г. при сечении в 1см Иногда используется общая приближенная формула R 0,536 Емакс. 0,165 Толщина поглощающего слоя равна, где d Толщина слоя в см плотность экранирующего вещества в гсм3 Позитроны обозначают положительно заряженные -лучи, почти мгновенно исчезающие путем взаимодействия с электронами и порождения фотонов -лучей реакция аннигиляции - Лучи поток фотонов или электромагнитные колебания типа лучей Рентгена, но с меньшей длинной волны от нескольких и ниже и черезвычайно большой проникающей способностью.

Поглощение энергии -лучей веществом может осуществляется следующими путями 1. Фотоэлектрическое поглощение, при котором энергия -фотона целиком передается орбитальному электрону этот механизм преобладает при действии мягких -лучей на вещество с малым атомным весом. 2. Квантового рассеивания, рассматриваемого как упругое столкновение комптон-эффект, когда -фотон передает электрону только часть своей энергии и преобразуется во вторичный фотон с меньшей энергией, т.е. с большей длинной волны комптон-эффект преобладает при больших энергиях -лучей. 3. Образование пар позитрон электрон, т.е. реакции, обратной аннигиляции, происходящей при столкновении -фотонов большой энергии с тяжелыми ядрами например ядрами Pb. При энергиях больше 0,1 Мэв удельная ионизация от -лучей примерно в 100 раз меньше, чем от -лучей с равной энергией.

В отличае от и -частиц, длинна пробега которых имеет конечную величину, -лучи нигде полностью не поглощаются.

Понижение интенсивности монохроматического параллельного пучка -лучей при прохождении через вещество подчиняются экспоненциальной зависимости, где I и I0 интенсивность пучка до и после прохождения слоя поглотителя толщиной d в см а в см 1 линейный коэффициент поглощения, характеризующий относительное понижение интенсивности пучка при его прохождении через еденицу толщи данного вещества. Данная таблица Линейные коэффициенты поглощения -лучей для некоторых веществ приведена в справочнике Вредные вещества в промышленности 2 издание пятое стереотипное, Издательство Химия Москва, Ленинград 1965г. Отсюда следует, что толщина слоя понижающая интенсивность -лучей в 2 раза, равна, а для К-кратного ослабления используется формула. Помимо линейного коэффициента поглощения используется также массовый в см2 г-1, атомный в см2 атом -1 и электронный в см е-1 коэффициенты поглощения, откуда N Число атомов расподающегося изотопа.

A и Z Массовое число и атомный номер элемента поглощающего -лучи Плотность среды поглотителя экранирующего вещества. Нейтроны обозначают n, атомный вес 1,009 заряда нет обладают сравнительно большой проникающей способностью.

В свободном состоянии не стабильны подвергаясь -распаду, превращаются в протоны - период полураспада.

В зависимости от их энергии нейтроны подразделяются на 1. Тепловые Е 0,025 эв. 2. Медленные Е 100 эв. 3. Промежуточной энергии 100 эв. E 20 кэв. 4. Быстрые 20 кэв. E 20 Мэв. 5. Сверхбыстрые Е 20 Мэв. Проникающая способность нейтронов сравнительно велика.

Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают сквозь электронные облака вещества и взаимодействуют с атомными ядрами. В процессе неупругого и упругого столкновения нейтроны теряют энергию. При Е 100 эв. Происходит захват нейтронов ядрами, что может сопровождаться возникновением -лучей, -частиц, протонов или расщеплением тяжелого ятомного ядра. В биологической ткани основным процессом, приводящим к ионизации, является взаимодействие нейтронов с водородом. Потеряв энергию в процессе рассеивания, тепловые нейтроны захватываются ядрами водорода, которые при этом превращаются в дейтроны тяжелый водород и испускают -лучи Захват нейтронов ядрами азота данный процесс преобладает в воздухе, но частично осуществляется в биологической ткани приводит к вылету протона и возникновению радионуклида углерода 14С, и можно записать, что 14N n1 14C p1 14N n, p 14C. Протоны обозначают p, H1 атомный вес 1,008 один положительный заряд ядра легкого водорода.

Протоны взаимодействуют с веществом длинна пробега, механизм ионизации и нарастание ее к концу пробега аналогично -лучам.

Пробег в воздухе равен, а в другой среде такая же формула используется для расчета пробега в других веществах -частиц обозначения см. стр. 3. Дейтоны или дейтроны обозначают d, D или Н2 атомный вес 2,014 один положительный заряд ядра тяжелого водорода дейтерия, состоящие из 1 протона и 1 нейтрона имеют сходный с протонами механизм взаимодействия с веществом. При равных энергиях длинна пробега дейтрона в 2 раза больше, чем у протона.

Дейтроны высоких энергий около 100 Мэв при взаимодействии с атомными ядрами расщепляются на протоны и нейтроны. Интенсивность радиоактивного распада изотопов сильно варьируется, но является величиной const для данного вида радиоактивного изотопа т.е. за равные промежутки времени распадается всегда равная доля атомов данного изотопа, что можно выразить формулой, где N0 начальное число атомов Nt число нераспавшихся атомов через интервал времени t - const для данного распада, характеризующая долю распавшихся атомов за еденицу времени в сек 1 Интенсивность радиоактивного распада выражается периодом полураспада, т.е. интервалом времени, в течении которого начальное количество радиоактивного изотопа уменьшается в 2 раза и если, то период полураспада можно выразить формулой. Средняя продолжительность жизни радиоактивного изотопа считается по формуле по истечении которого активность радиоактивного изотопа уменьшиться в раз т.е. до 37. Величину полураспада используют для определения доли нераспавшегося радиоактивного изотопа по отношению к первоначальному через интервал времени t, где.