Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

Проблема радиационной безопасности тесно связаны с процессами взаимодействия различных видов излучения с веществом, включая биологическую ткань.

Корпускулярные частицы ядерного происхождения (-частицы, -частицы, нейтроны, протоны и т.д.), а также фотонное излучение (-кванты, рентгеновское и тормозное излучение) обладают значительной кинетической энергией. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии на возбуждение атомов, а также на ионизацию атомов или молекул среды (т.е. отрыв одного или более электронов от атомов).

Заряженные частицы способны ионизировать среду за счет взаимодействия с электрическим полем атома. Попадая в зону действия электрического поля, положительно заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение - одну из разновидностей фотонного излучения.

При взаимодействии излучений с веществами происходят все три вида последствий этого взаимодействия: упругое соударение, возбуждение и ионизация. Процесс ионизации является наиболее важным эффектом, на котором построены почти все методы дозиметрии и ядерных излучений. В процессе ионизации образуются две заряженные частицы: положительный ион и свободный электрон.

В радиационной безопасности используется специальная величина, характеризующая количество энергии, потерянное частицей в веществе. Это - тормозная способность вещества. Она тем выше, чем больше концентрация электронов в атомах среды. Чем больше тормозная способность частицы, тем меньше ее пробег в веществе, тем большее количество ионов она образует на единице своего пути.

В дозиметрии ионизирующих излучений широко используется величина - линейная тормозная способность вещества, т.е. доля, потерянная частицей или фотоном, энергии на единицу пути частицы вдоль ее траектории или линейная передача энергии (ЛПЭ). В практике дозиметрии ионизирующий излучений используют как абсолютную тормозную способность вещества, так и относительную, т.е. тормозную способность одного вещества относительно другого. Очень важной в дозиметрии ионизирующих излучений величиной, связанной с относительной величиной тормозной способности вещества, является относительная биологическая эффективность излучения (ОБ) или коэффициент качества (КК) излучения.

Взаимодействие -частиц с веществом

-частицы - это поток ядер гелия, состоящих из двух нейтронов и двух протонов. Источниками -частиц являются главным образом тяжелые ядра радиоактивных элементов, расположенных в таблице Менделеева после Po.

Энергия -частиц, испускаемая известными в настоящее время радионуклидами, составляет 4  9 МэВ, скорость примерно 20000 км/с. Длина пробега -частицы определяется её энергией. Так пробег -частиц достигает в воздухе 8  9 см, а в мягкой биологической ткани - нескольких десятков микрон. Траектории -частиц в веществе представляют прямые линии.

Взаимодействие -излучения с веществами

Прохождение  частиц (электронов) через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями с ядрами и электронами тормозящей среды. Упругое рассеяние электронов на ядрах более вероятно и осуществляется при относительно низких энергиях электронов Е_к0.5 МэВ.

Интенсивность пучка электронов уменьшается почти экспоненциально с ростом толщины поглощающего слоя, а пробег электронов примерно в тысячу раз больше пробега -частиц в веществе.