1.1.2. Взаимодействие заряженных частиц

К заряженным частицам, например, относятся - и-частицы, которые используются для облучения вещества отрицательно (-излучение) и положительно (-излучение) заряженными потоками. При прохождении заряженных частиц через вещество наблюдаются два основных явления - ионизационное торможение и рассеяние [23].

Ионизационное торможение является главным механизмом потерь энергии при прохождении заряженной частицы через вещество. В этом механизме кинетическая энергия заряженной частицы тратится на возбуждение и ионизацию атомов вещества, через которую она про­ходит. При быстром торможении заряженной частицы в электричес­ком поле атомного ядра и атомных электронов испускается радиаци­онное (или тормозное) излучение, спектр которого определяется лишь атомными свойствами облучаемого вещества.

Другой вид взаимодействия заряженных частиц малых энергий, к которым относятся -частицы, с веществом - это многократное кулоновское рассеяние. В результате такого рассеяния происходит от­ражение-частиц, а интенсивность отраженного бета-излучения тем выше, чем выше атомный номер облучаемого веществаZ.

1.1.3. Ядерные реакции при взаимодействии гамма-излучения

Под действием на элементы -квантов идут реакции (,n), (,p) и (,), которые называют ядерным фотоэффектом [22]. Необходимым ус­ловием для осуществления одной из таких реакций является превы­шение энергии -,квантов над энергией отделения соответствующей частицы - нейтрона, протона или альфа-частицы, т.е.

. (1.1.3.1)

Например, полное число фотонейтронов зависит от активности источника i, сечения фотоядерной реакции расстояния от источ­ника r, полного коэффициента ослабления-излученияи содержания химического элемента С, вступающего в реакцию. Для монохро­матического источника гамма-квантов число нейтроновb, образую­щихся в секунду в единице объема вещества на расстоянии r, можно рассчитать по формуле

(1.1.3.2)

где n₀ = (pN_A)/A - число ядер в единице объема химически чистого вещества; N_A - число Авогадро; А - атомная масса вещества; р -плотность вещества.

Взаимодействие -квантов с ядрами обычно происходит при по­мощи боровского механизма образования промежуточного ядра с последующим вылетом частиц-продуктов. При этом испускаемые частицы имеют максвелловское распределение по энергии. Из-за кулоновского барьера выход реакции (,p) в 10³ - 10⁴ раз меньше вы­хода реакции (,n).

Сечение фотоядерных реакций (,n) и (,p) в области энергий -, квантов 15-25 МэВ имеет широкий резонансный максимум. Резо­нансная энергия меняется по закону

.

Необходимо отметить, что протоны и альфа-частицы, обладая большой массой и зарядом, имеют низкую проникающую способ­ность и практически не покидают объем вещества.

Каждый химический элемент характеризуется определенным по­рогом (,n)- реакции и ее эффективным сечением . Сечение фо­тоядерного эффекта можно определять по формуле

(1.1.3.3)

где - сечение для-излучения с энергией;- коэффициент, изменяющийся в пределах от 1,5 до 3 и зависящий от обменных свойств ядерных сил. В табл. 1.1.3.1 приведены пороги (,n)-реакций для изотопов некоторых химических элементов.

В табл. 1.1.3.2 приведены максимальные значения сечений фотоядер­ной реакции для ряда химических элементов.