Раздел 1

Дозиметрия ионизирующего излучения введение

Под ионизирующим излучением понимают любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Для краткости используется термин "излучение".

Особенностью ионизирующего излучения является то, что происхождение его обусловлено процессами, происходящими в ядрах атомов. В нестабильных (радиоактивных) ядрах происходят ядерные превращения, которые сопровождаются самопроизвольным испусканием одной или нескольких частиц, фотонов.

Ионизирующее излучение разделяют на два больших класса: корпускулярное и фотонное излучение. Корпускулярное излучение - это ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля. Различают, например, следующие виды корпускулярного излучения: альфа-излучение, бета-излучение, нейтронное излучение и другие излучения, состоящие из частиц (корпускул). Фотонное излучение - это электромагнитное ионизирующее излучение. К нему относится гамма-излучение, тормозное и характеристическое излучение.

Ионизирующее излучение подразделяют также на непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, которые имеют кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов или молекул среды при столкновении с ними. Косвенно ионизирующее излучение состоит из фотонов или незаряженных частиц, взаимодействие которых со средой приводит к образованию непосредственно ионизирующего излучения.

Основными характеристиками корпускулярного излучения являются энергия частиц, их заряд и масса. Электромагнитное излучение характеризуется обычно только энергией.

Ионизирующее излучение, состоящее из фотонов одинаковой энергии или частиц одного вида с одинаковой кинетической энергией, называется моноэнергетическим излучением.

Излучение, состоящее из фотонов различной энергии или частиц одного вида с разной кинетической энергией, называется немоноэнергетическим излучением. Если фотоны или частицы в пучке излучения имеют распределение по энергиям, то говорят об энергетическом спектре излучения. Различают дискретный спектр излучения (спектр состоит из отдельных линий) и непрерывный спектр излучения.

Все виды ионизирующего излучения могут быть обнаружены только по эффекту взаимодействия со средой, то есть по регистрации образовавшихся при взаимодействии пар ионов.

1. Виды и свойства ионизирующего излучения Взаимодействие альфа-излучения с веществом

Альфа-излучение - корпускулярное излучение, состоящее из альфа-частиц, испускаемых при ядерных превращениях. Этот вид распада характерен для ядер атомов тяжелых элементов.

Примером альфа-распада может служить распад плутония-239:

Появление альфа-частицы может быть обусловлено некоторыми ядерными реакциями.

Например, или .

Спектр энергий альфа-частиц конкретного радионуклида дискретный и состоит из одной или нескольких линий и находится в интервале 4…9 МэВ для естественных радионуклидов.

Проходя через слой вещества, альфа-частицы испытывают упругое рассеяние на электронах и ядрах атомов (столкновение без потерь энергии), а также неупругое столкновение с орбитальными электронами атомов. При упругих столкновениях происходит некоторое отклонение пути частицы, но потери энергии при этом незначительны. При однократном упругом рассеянии альфа-частицы на электроне альфа-частица отклоняется на малый угол; большие углы рассеяния возможны при многократном рассеянии на электронах; рассеяние на 90⁰ и еще большие углы в основном определяются рассеянием альфа-частиц на ядрах атомов.

Энергия частицы в основном расходуется при неупругих столкновениях альфа-частицы с орбитальными электронами. Электрическое поле альфа-частицы, взаимодействуя с внешними электронами атомов и молекул, ускоряет электроны, преодолевая их взаимодействие с ядрами атомов. Это приводит к ионизации и возбуждению атомов и молекул, а иногда и диссоциации молекул среды. Траектория альфа-частиц прямолинейна, что обусловлено их большой массой, которая примерно в 7300 раз больше массы электрона.

Величины линейных пробегов моноэнергетических альфа-частиц в веществе испытывают незначительные флуктуации в пределах 1…2 % около некоторого среднего пробега R_ср (рис. 1.1). Это обусловлено статистическим характером процесса взаимодействия их с веществом.

Длина среднего пробега моноэнергетического пучка альфа-частиц зависит от начальной энергии частицы, а также от порядкового номера, атомной массы и плотности поглощающего вещества.

Длина пробега альфа-частиц в веществе обычно определяется по эмпирическим формулам. В области энергий альфа-частиц от 4 до 7МэВ, характерной для естественных радионуклидов, средний линейный пробег в воздухе может быть определен по формуле:

,

где R_в - пробег в воздухе, см; E - энергия альфа-частиц, МэВ.

С уменьшением скорости частицы (уменьшением ее энергии) ионизационные потери (рис. 1.2) возрастают вследствие увеличения времени пребывания альфа-частицы вблизи каждого атома или молекулы среды, увеличивается импульс, получаемый электронами, поэтому вероятность ионизации атомов возрастает.

Рис. 1.1. Зависимость числа альфа-частиц, прошедших поглотитель, от толщины поглотителя (а) и распределения частиц по длине пробега (б)	Рис. 1.2. Линейная плотность ионизации альфа-частиц для воздуха

В твердых веществах пробег определяется по пробегу альфа-частиц в воздухе:

где - средний линейный пробег в веществе с атомной массой А;

- плотность вещества, г/см².

В сложном веществе следует определять среднюю относительную атомную массу A_ср

A_ср = ,

где - весовая доля i-го элемента в составе сложного вещества;

- относительная атомная масса i-го элемента.

Ионизационная способность альфа-частиц характеризуется линейной плотностью ионизации, а именно: отношением числа пар ионов dN, образуемых заряженной частицей на некотором пути dl в среде, к длине этого пути. Увеличение линейной плотности ионизации (рис. 1.2) объясняется тем, что в конце пробега, по мере замедления, частицы больше находятся в поле кулоновского воздействия орбитальных электронов. При этом вероятность ионизации увеличивается. Соответственно, вследствие сильной ионизирующей способности, альфа-частица характеризуется малыми величинами пробегов в веществе (см. таблицу 1.1). Как видно из таблицы альфа-частицы обладают небольшой проникающей способностью. Пробеги в биологической ткани незначительны, поэтому поверхностный слой кожи вполне обеспечивает защиту от внешнего альфа-излучения. Однако, при попадании альфа-частиц в количествах, превышающих допустимые уровни, во внутрь организма или на поверхность раны происходит поражение незащищенных органов и тканей.

При работе с открытыми источниками альфа-излучения необходимо предотвращать попадание радиоактивных веществ внутрь организма. Для этой цели используются средства индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и кожных покровов организма.