- •Глава 1. Строение атома
- •1 Аем равна 1/12 массы атома углерода-12, что составляет 1,66·10-27 кг.
- •Глава 2. Радиоактивный распад и радиоактивные превращения
- •Глава 3. Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом
- •Взаимодействие заряженных частиц с веществом (-частицы и -частицы)
- •Взаимодейтсвие -квантов с веществом
- •Характеристика различных видов ионизирующего излучения
- •Глава 4. Единицы измерения активности и доз радиоактивных излучений
- •Глава 5. Естественные источники ионизирующих излучений
- •Космическое излучение
- •Излучение земного происхождения
- •Структура годовой эффективной эквивалентной дозы (ээд), получаемой населением от естественной радиоактивности
- •Техногенные источники излучений
Взаимодейтсвие -квантов с веществом
Гамма-кванты относятся к косвенно ионизирующему излучению.
В процессе прохождения через вещество γ-кванты (фотоны) взаимодействуют с электронами атомов, электрическим полем ядра, а также с нейтронами и протонами, входящими в состав ядра. В результате этих взаимодействий происходит ослабление плотности потока излучения благодаря рассеянию γ-квантов и передачи их энергии атомам среды. Закон ослабления записывается в виде:
d = 0 · е-d , где
d – плотность потока излучения при прохождении слоя d,
0 – начальная плотность потока,
– линейный коэффициент ослабления.
По отношению к фотонному излучению говорить о длине свободного пробега некорректно, так как какой бы толщины ни была среда, данное излучение полностью не поглощается, а лишь ослабляется в любое заданное число раз. В этом заключается главная особенность γ‑излучения по отношению к ранее рассмотренным типам излучений. γ‑кванты взаимодействуют с электронами атома и с полем его ядра. Ослабление потока γ‑излучения обуславливается тремя основными независимыми эффектами: фотоэлектрическим поглощением (фотоэффект), комптоновским рассеиванием и эффектом образования пар.
При ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОГЛОЩЕНИИ (ФОТОЭФФЕКТЕ) фотоны (γ-кванты) полностью передают свою энергию электронам атома. В результате фотон исчезает, а его энергия расходуется на отрыв электрона и сообщение ему кинетической энергии. Чем больше энергия связи электрона, чем ближе он находится к ядру, тем больше вероятность передачи ему всей энергии γ-кванта. По этой же причине с ростом номера элемента или его заряда вероятность фотоэффекта возрастает. Очевидно в то же время, что с увеличением энергии излучения она быстро падает.
Суть КОМПТОНОВСКОГО РАССЕИВАНИЯ (КОМПТОН ЭФФЕКТ) заключается в том, что фотон (γ-кванты) передает электрону лишь часть своей энергии, а сам меняет направление своего движения. В отличие от фотоэффекта такое рассеивание происходит в основном на электронах внешних оболочек атомов с минимальной энергией связи. С ростом энергии излучения вероятность такого взаимодействия снижается, но медленнее, чем для фотоэффекта.
В результате взаимодействия γ-квантов с полем ядра происходит, так называемое, ОБРАЗОВАНИЕ ПАР: фотон исчезает, а вместо него образуется пара частиц – электрон и его положительно заряженная античастица позитрон. Этот процесс характерен для высокоэнергетического излучения и может происходить при энергии фотона не меньше 1,02 МэВ. Естественно, что с ростом энергии излучения вероятность его растет.
Поскольку у большинства известных в настоящее время радионуклидов энергия испускаемого γ-излучения лежит в интервале 0,2–2,5 МэВ, наиболее существенными процессами взаимодействия γ‑излучения с веществом являются фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние. Ионизация атомов среды при этом происходит под воздействием выбитых электронов точно так же, как при β-излучении. Поскольку γ‑излучение обладает высокой проникающей способностью, оно представляет собой значительную опасность для живого организма, и для его значительного ослабления требуются большие толщины поглощающих материалов.
В таблице 3.1 приведены основные характеристики рассмотренных ионизирующих излучений, сопровождающих радиоактивный распад, и их проникающая способность.
Таблица 3.1.