Лекция 3 (28.02.2014)

1. Краткая характеристика ИИИ (источники ионизирующих излучений)

2. Взаимодействие ИИ с веществом.

Ионизирующие излучения – излучения, которое создаётся при радиоактивном распаде ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образуется при взаимодействии со средой ионов разных знаков.

1. A– излучение – поток альфа частиц, испускаемых при радиоактивном распаде, при ядерных реакциях и превращениях. Задерживается альфа-излучения листом бумаги. Особо опасны при попадании внутрь организма.

В-излучение – поток электронов, или позитронов, испускаемых ядерными радиоактивными элементами, их ядрами при β-распаде. Ткань человека они проникают на глубину до трёх сантиметров.

Гамма-излучение – электромагнитное излучение (длинна волны 10^-10 – 10^-14 метра), возникающее в некоторых случая при α или β распаде и аннигиляции частиц.

1) Аннигиляционное излучение – фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы и античастицы. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.

2) Характеристическое излучение – фотонное излучение, с энергетическим спектром, возникающее при изменении его состояния электронов атома. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.

3) Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическом спектром, испускаемом при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.

4) нейтронное излучение – поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах нейтронных боеприпасов в работе ядерного реактора. Воздействие нейтронного излучения на окружающую среду зависит от энергии нейтронов, которая может меняться в пределах от 0,025 до 300 МэВ.

5) Протонное излучение – поток протонов, составляющих основу космического излучения, а также наблюдаемы при ядерных взрывах. Проникающая способность занимает промежуточное положение между α и β излучением. Экспозиционная

(1 рентген – доза фотонного излучения, при прохождении которого через 1 метр кубический сухого воздуха, при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 760 мм. ртутного столба, образуется 2 *10^15 пар ионов, несущих электрический заряд в одну электростатическую единицу, количество электричества данного знака.

3. Взаимодействие α и β частицы, нейтроны, протоны, обладают значительной энергией, и воздействия на вещество с одной стороны производит его ионизацию, а с другой проникают на определённую глубину. Взаимодействия с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих и не упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию (возбуждение) атомов, то есть переход электрона с более близкой на более удалённую от ядра орбиту.

Ионизация – имеют значения на биоткань различных видов излучения. Зная свойства различных видов излучений, проникать через материалы, можно использовать, как и для защиты человека, так и для приборов.

Результаты взаимодействия ИИ с в веществом зависят от массы, заряда потока частиц и их энергий, от вида фотонов и их энергий, от типов плотности вещества, от значения энергий и внутримолекулярных сил облучаемого вещества. Взаимодействие ИИ с веществом зависит от соотношения масс и энергии частиц, и может носить упругий и не упругий характер.

Упругое взаимодействие аналогично и характерно для нейтральных частиц (нейтронов и фотонов), при этом Нейтрон, взаимодействия с атомом, может передать часть энергии пропорционально массам соударяющихся частиц, если это атом тяжёлого элемента, то передаётся только часть энергий. Кроме того, нейтрон замедляется до тепловых энергий, а далее вступает в ядерные реакции. Ударяя в атом, нейтрон может передать такое количество энергии, которого достаточно для того, чтобы ядро выскочило из электронной оболочки. В этом случае образуются заряженные частицы, обладающие значительной скоростью, которые способны осуществлять ионизацию среды. Результатом упругого взаимодействия может быть смещение атомов с узлов кристаллической решётки.

При упругом взаимодействии не изменяется природа частиц и их суммарная активность энергий остаётся постоянной до и после взаимодействий и происходит только перераспределение энергий между взаимодействующими частицами.

Возможен и такой случай упругого взаимодействия, когда не изменяется энергия каждой из взаимодействующих частиц, а происходит только изменение направления их движений.

При неупругом взаимодействии, часть энергии может затрачиваться на нагревание, возбуждение атомов или молекул, ионизацию и так далее.

В процессе взаимодействия может происходить изменение природы частиц, в результате протекания ядерных реакция, рождении и аннигиляции частиц.

Неупругое взаимодействие характерно для незаряженных частиц. Они способны ионизировать среду за счёт взаимодействия с электрическом полем атома. Попадая в зону действия электрического поля, заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение. Заряженные частицы могут, а счёт неупругих взаимодействий, предавать атомам среды количество энергий, недостаточной для ионизации. В этом случаи образуются ионы атомов в возбуждённом состоянии, которые передают эту энергию другим атомам, либо испускают кванты, характеристического излучения, или соударяясь с другими возбуждёнными атомами, могут получать энергию, достаточную для ионизации атомов.

Выводы:

1. Заряженные частицы, проходящие через вещество, взаимодействуют, как и с орбитальными электронами атомов, так и с его ядром.

2. При взаимодействии с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она менее 35 эВ и на возбуждение атомов, если она более 35 эВ.

3. В процессе ионизации атома образуются свободные электроны, а атомы, потерявшие один, или несколько электронов, превращаются в положительно-заряженные ионы.

4. При взаимодействии с ядром, заряженная частица может или тормозиться электрическим полем ядра и менять своё направление движения, или поглощаться ядром. Поглощение частицы ядром обычно происходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ.

Процесс взаимодействия, при котором исчезают первоначальные и образуются новые частицы – называется ядерной реакцией.