1.2. Взаимодействие излучения со средой
1.2.1 Взаимодействие заряженных излучений со средой [5]
Все заряженные частицы вызывают ионизацию среды и возбуждение атомов, а в области высоких энергий они участвуют в ядерных реакциях. Важнейшими характеристиками взаимодействия со средой являются:
- линейный и массовый пробеги частиц в среде;
- полная и линейная ионизация;
- поток частиц.
Тяжелые и легкие заряженные частицы имеют особенности взаимодействия со средой. Тяжелые заряженные частицы, например, альфа-частицы в конце пробега присоединяют по два электрона и превращаются в нейтральные атомы гелия. Легкие заряженные частицы (бета-частицы) при взаимодействии со средой, кроме перечисленных эффектов, обуславливают появление тормозного излучения и рассеиваются на атомных электронах. Вероятность (эффективное сечение) взаимодействия со средой у тяжелых заряженных частиц много выше чем у легких из-за различия в массах покоя. Поэтому максимальные пробеги альфа-частиц с Е = 10МэВ в воздухе достигают 0,1 м., тогда как у бета-частиц той же энергии они превышают 30 м. Альфа-частицы поглощаются практически полностью на поверхности биологической ткани, а пробег бета-частиц с Е = 10МэВ в биологической ткани достигает 4 см. Отмеченные обстоятельства учитываются в конструкции детекторов приборов.
1.2.2 Взаимодействие гамма-излучения со средой
Известно, что гамма-кванты взаимодействуют и с атомами среды и с ядрами. При взаимодействии с атомами среды основными эффектами являются:
- фотоэффект;
- комптоновское рассеяние;
- образование электрон-позитронных пар.
При фотоэффекте
из атома уходит фотоэлектрон, а также
оже-электроны, которые в дальнейшем
тормозятся вблизи ядер среды и это
вызывает возникновение тормозного
излучения. Вероятность фотоэффекта
определяется сечениями
и
.
Последнее часто представляют как
линейный коэффициент ослабления,
обусловленного фотоэффектом и обозначают
как
.
При комптоновском
рассеянии возникает рассеянное
гамма-излучение, но поток падающего
излучения ослабляется. Вероятность
комптоновского рассеяния есть:
.
Образование электрон-позитронных пар
имеет место только при энергиях
.
Электрон в дальнейшем обуславливает
возникновение тормозного излучения, а
позитрон аннигилирует. Вероятность
этого процесса:
.
Ослабление потока
гамма-квантов, вызванное всеми указанными
процессами, описывается линейным
коэффициентом ослабления
.
Появление рассеянного гамма-излучения
учитывается фактором накопления В.
Гамма-кванты взаимодействуют и с ядрами
среды. При этом идут фотоядерные реакции.
На практике широко используется
фотонейтронная реакция (,
n).
1.2.3 Взаимодействие нейтронов со средой
При взаимодействии нейтронов со средой идут ядерные реакции. Они делятся на реакции резонансного типа и на реакции потенциального рассеяния. Основной интерес представляют реакции резонансного типа. При этих реакциях нейтрон поглощается ядром среды (ядро-мишень), образуется промежуточное составное ядро, которое испытывает далее одно из возможных ядерных превращений. Таким образом, реакции резонансного типа идут в два этапа:
- на первом образуется промежуточное составное ядро,
- на втором оно испытывает превращение.
Первый этап во всех реакциях одинаков, различия проявляются на втором этапе. Эти реакции идут, если энергия нейтрона оказывается в пределах ширины одного из резонансных пиков. Во время этих реакций проявляются волновые эффекты. Вероятность их велика. Реакции потенциального рассеяния имеют место, если энергия нейтрона не попадает в пределы ширины одного из резонансных пиков. Она протекает без образования промежуточного составного ядра в режиме упругого удара и с малой вероятностью. Волновые эффекты не проявляются.
Основными реакциями резонансного типа являются:
- реакция резонансного захвата (n, );
- реакция рассеяния упругого (n, n);
- реакция рассеяния неупругого, которое сопровождается -излучением (n, n/);
- реакция деления (n, f).
Преобладает реакция
упругого рассеяния. Обычно рассматривают
суммарную вероятность реакции рассеяния
как
.