Прохождение радиоактивного излучения через вещество.

γ-излучение

Интенсивность γ-излучения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, если можно пренебречь поглощением.

Ослабление γ-излучения в веществе основано на следующих эффектах:

• Фотоэффект, γ-квант проникает в оболочку атома и выбивает электроны, чаще всего из К-оболочки. Этот эффект преобладает при энергии γ-квантов ниже 0,5 МэВ.

• Эффект Комптона. γ-квант сталкивается с электроном во внешне оболочке и передает ему часть своей энергии. Вследствие этого изменяется направление движения γ-кванта (комптоноское рассеяние) и уменьшаются его энергия и частота.

• Образование пар. γ-квант пролетает непосредственно вблизи ядра. Если его энергия превышает 1,02 МэВ, то он может образовать электрон-позитронную пару.

Ослабление γ-излучения (уменьшение его интенсивности) в веществе можно измерить. Под интенсивностью понимают произведение энергии γ-кванта на число γ-квантов, падающих ежесекундно на поглотитель.

Если: - интенсивность γ-квантов до прохождения поглотителя,

I - интенсивность после прохождения поглотителя,

d - толщина поглотителя,

μ - линейный коэффициент ослабления,

то закон поглощения имеет вид:

.

Толщину слоя, необходимую для уменьшения интенсивности излучения в два раза, называют полутолщиной . Из закона поглощения получаем

.

β-излучение

Закон поглощения в хорошем приближении выполняется и для β - излучения. Однако целесообразно преобразовать экспоненту: . Преимущество такого преобразования в том, что массовый коэффициент ослабления μ′ учитывает плотность поглотителя.

Если: - интенсивность - излучения до поглотителя,

I - интенсивность после поглотителя,

- толщина слоя,

μ′ - массовый коэффициент ослабления, то

.

Величину μ′ можно вычислить с помощью эмпирической формулы. При МэВ в хорошем приближении справедлива следующая формула:

,

где энергия выражена в мега-электро-вльтах и μ′- в .

Толщину слоя f, необходимую для ослабления интенсивности вдвое, называют толщиной слоя половинного ослабления .

Максимальная глубина проникновения К_т определяется следующими приближенными соотношениями.

Если максимальная глубина проникновения β-частиц в г/см²,

- максимальная глубина проникновения в см,

ρ – плотность поглотителя,

- максимальная энергия β-частиц,

то ; для <3 МэВ

; для <1,5

; для >0,8 МэВ

; для >0,3 ;

в этих формулах энергия выражена в МэВ, глубина проникновения - в г/см.

α-излучение

Вследствие сильного ионизующего действия глубина проникновения α -излучения в твердые тела обычно пренебрежимо мала. Глубина проникновения зависит главным образом от начальной энергии α -частиц и от свойств поглотителя. Вычисляется с помощью эмпирическо формулы. При 15°С и 101,3 кПа (до 1980г.: 760 мм рт. ст.) справедлива следующая формула:

,

где энергия W выражена в МэВ, а - в см.

Измерение интенсивности излучения (дозиметрия)

Действие радиоактивного излучения характеризуется энергией, которая выделяется в облучаемом веществе. Эту характеристику распространяют на все виды ионизующего излучения, в том числа рентгеновское, нейтронное и т.д.

Поглощенная доза излучения

Поглощенной дозой D называется отношение поглощенной энергии к массе облучаемого вещества.

Единица СИ поглощенной дозы:[D] = грэй (Гр) = Дж/кг. Единица, допускавшаяся к применению до 1980г.: рад = Дж/кг.

Если: D - поглощенная доза,

W - энергия, поглощенная облучаемым веществом,

т - масса облучаемого вещества,

то при однородном распределении массы и энергии

.

Мощность дозы

Мощностью дозы D называется отношение поглощенной дозы D к времени t.

Единица СИ мощности дозы: [D] = грэй/секунда (Гр/с) = Вт/кг.

Если: - мощность дозы, D - поглощенная доза, t - время,

то .

Ионизационная постоянная

Для вычисления поглощенной дозы γ – излучения используют ионизационную постоянную К (называемую также γ – постоянной).

Если: - мощность дозы,

K - ионизационная постоянная источника γ-излучения,

А - активность источника γ-излучения

r - расстояние от (точечного) источника излучения,то

.

Эквивалентная доза

Для защиты от излучения важно знать воздействие радиоактивного излучения на живую ткань. Биологическая доза, которая не является физической величиной, определяется путем умножения поглощенном дозы на переводной коэффициент Q.

Если: - эквивалентная доза излучения, Q - переводной коэффициент, D - поглощенная доза, то

.