3.1. Общая характеристика взаимодействия радиоактивных излучений с веществом.

Обладающие высокой кинетической энергией - и-частицы проникают в вещество, при прохождении через которое они расходуют свою энергию на ионизацию и возбуждение встречных атомов и молекул. Ионизация происходит в том случае, если энергия частицы больше энергии связи орбитального электрона с ядром. При этом элек­трон отрывается с оболочки, а атом превращается в положительно заряженный ион. Освободившийся электрон обладает энергией и может так­же ионизовать встречные атомы (вторичная ионизация) и при опреде­ленных условиях захватывается нейтральным атомом, который превра­щается в отрицательно заряженный ион (рис. 4). Таким образом, каждый акт ионизации сопровождается возникновением пары ионов противополож­ного знака.

Положительный ион

Отрицательный ион

Рис. 4

Прохождение частицы через вещество может вызывать также сме­щение электронов в атоме на более высокие энергетические уровни, что приводит к возбуждению атомов. Этот процесс может вызывать возникновение вторичного излучения (-излучения, рентгеновского, ультрафиолетового и даже видимого) при возвращении электрона в исходное состояние. В некоторых сложных молекулах при возбужде­нии образуются химически активные соединения- радикалы, вступаю­щие в различные химические реакции.

По мере проникновения излучения в вещество кинетическая энер­гия - и-частиц уменьшается до энергии теплового движения и ионизация вещества прекращается. При этом- частица захватывает 2 электрона и превращается в атом гелия.-частица остается в свободном состоянии, а позитрон может соединяться со свободным, электроном, образуя при этом 2-кванта.

Испускаемые при радиоактивном распаде - частицы обладают ско­ростью 20 000км/с и движутся в веществе прямолинейно, вызывая при этом ионизацию всех атомов на своем пути. Масса -частиц в 7000 раз меньше массы-частиц, а скорость движения достигает 20 000км/с, поэтому -частицы испытывают многократное от­клонение от первоначального направления движения и вызывают ионизацию только отдельных атомов.

Взаимодействие -излучения с веществом происходит совершенно по-иному. Принципиальным отличием -излучения является тот факт, что оно при прохождении через вещество никогда не поглощается, а только ослабляется по экспоненциальному закону.

При этом передача энергии -излучения осуществляется тремя основными путями: за счет фотоэффекта, эффекта Комптона и образо­вания электрон-познтронных пар. Перечисленные процессы приводят к частичной или полной передаче энергии -излучения электронам, которые затем производят ионизацию вещества.

Наибольшую глубину проникновения излучения в вещество называют пробегом R.

Ионизирующая способность частицы оценивается средним числом пар ионов, образуемых на пути пробега R=1 см в воздухе. Чем выше кинетическая энергия частицы и ее заряд, тем выше ее ионизирующая способность. Чем выше ионизирующая способность частицы, тем быстрее она растрачивает свою энергию и, следовательно, тем меньше ее пробег в веществе.

Для -частиц ионизирующая способность составляет от 30 до 100 тыс. пар ионов на 1 см, пробег в воздухе до 10 см, в биоткани до 0,1 мм. Защитой от -излучения является тонкий слой любого ве­щества (одежда, бумага и т.д.).

Для -частиц ионизирующая способность – (20-300) пар ионов на 1 см, пробег в воздухе - от десятков см до 25 м, в биоткани - до 1 см. Защитой служит слой любого вещества толщиной –(1-2) см.

Для -излучения – (2-3) пары ионов на 1 см, высокая проникающая способность (несколько сот метров в воздухе), тело человека пронизывает насквозь. Защитой от -излучений могут служить толстые слои бетона, земли, воды или слой свинца толщиной несколько см.