2.1. Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии

Ядерная физика занимается изучением атомных ядер. Ядра состоят из протонов и нейтронов, называемыхнуклонами.

Размер (диаметр) атома d_a ~ , размер ядра d_я ~ .

Символика обозначения ядра: , где

Z – число протонов в ядре (порядковый номер элемента в таблице Менделеева);

A – массовое число (количество нуклонов в ядре): A=Z+N ;

N – количество нейтронов в ядре: N=A – Z . .

Изотопы – ядра с одинаковым количеством протонов (Z) и различным количеством нейтронов (N).

Массы ядер принято измерять в атомных единицах массы (а.е.м.), выбранных таким образом, что масса изотопа углерода в точности равна 12.000 а.е.м.

протон q = 1,6^.10^-19 Кл m_p = 1,007 а.е.м.

нейтрон q =0 Кл m_n = 1,008 а.е.м.

Энергия связи ядра – энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на нуклоны:

Энергия связи ядра измеряется в МэВ (мегаэлектронвольтах):

1 МэВ = 10⁶ эВ = 10^{6 .}1,6 ^. 10 ^{– 19} Дж = 1,6 ^. 10 ^{– 13} Дж.

Дефект массы ():

Радиоактивность – способность некоторых ядер самопроизвольно распадаться с испусканием других ядер и элементарных частиц.

Основные типы радиоактивности

1. -распад – распад ядер, который сопровождается испусканием -частиц (ядер атома гелия):

Пример: .

2. - распад – самопроизвольное превращение протонов и нейтронов внутри ядра.

a) электронный ():

(антинейтрино)

Пример:  .

б) позитронный ():

(нейтрино)

Пример: .

в) е – захват – захват электрона с ближайшей орбиты:

.

Пример: .

3. -излучение – это фотон очень высокой энергии (коротковолновое электромагнитное излучение с длинной волны м).

-квант энергии возникает при переходе ядра из возбужденного состояния (энергия Е₂) в невозбужденное (энергия Е₁):

.

Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность

Закон радиоактивного распада выражает зависимость нераспавшихся ядер от времени:

N – количество нераспавшихся ядер в

момент времени t;

N₀ – количество ядер в начальный момент времени;

–постоянная радиоактивного распада Рис. 47. График закона радиоактивного распада

Период полураспада (Т) – время, в течении которого распадается половина ядер радиоактивного образца.

Если t = Т, то .

Активность (А) – скорость радиоактивного распада (количество распадов за единицу времени).

А=.

Единицы измерения: СИ [А] = Бк (беккерель);

внесистемная [А] = Ки (кюри). 1 Ки = 3,7 ^. 10¹⁰ Бк.

Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом

Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом характеризуется ионизирующей и проникающей способностью.

Ионизирующая способность – способность радиоактивного излучения образовывать пары ионов при прохождении в веществе.

Характеристика ионизирующей способности: линейная плотность ионизации ():

, ;

–число пар ионов одного знака, образованных ионизирующей частицей на элементарном пути .

Проникающая способность:

для и- излучений – это расстояние, которое проходит частица в веществе до того момента, когда ее энергия станет равной средней энергии теплового движения частиц вещества;

для - излучения– это расстояние, после прохождения которого поток -излучения уменьшается в определенное число раз (е, 10 раз).

Характеристики проникающей способности:

а) средний линейный пробег () – среднее расстояние, которое проходит ионизирующая частица в веществе до полной остановки:

[L] = м;

б) линейная тормозная способность(S):

, [S] = ,

dE – энергия, теряемая заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути в веществе.

Пример: длина пробега до остановки

в биологической ткане:

–до 0,1 мм; – до 6 см;– проходит через тело человека;

в воздухе:

–от 3 до 9 см; – до 40 м;– приблизительно 200 м.

Чем больше заряд и масса частицы, тем выше ее ионизирующая и меньше проникающая способность. Эти величины зависят от плотности облучаемого вещества.

Основные эффекты действия радиоактивного излучения на вещество:

Упругое рассеяние (изменение направления излучения).

Возбуждение атомов.

Фотоэффект, который приводит к ионизации атомов.

Ядерные реакции (ведут к изменению проводимости, образованию ядерных осколков, дочерних ядер).

Выделение тепла.

Самое опасное – ионизация атомов, так как нарушается структура молекул.

 Защита от действия ионизирующего излучения

Различают три вида защиты: защита временем, расстоянием и материалом.

Чем больше время и чем меньше расстояние, тем больше экспозиционная доза.

Защита материалом основывается на различной способности веществ поглощать разные виды ионизирующего излучения. Например: от -излучения защитой может служить лист бумаги, одежда; от-излучения – алюминий 1-2 мм; свинец 13 мм уменьшает- излучение в 2 раза.

и -излучения внутрь организма человека попадают при дыхании и приеме пищи, при загрязнении кожи, через открытые раны.

Дозиметрия радиоактивных излучений

I. Поглощенная доза:

–энергия радиоактивного излучения, поглощенная массой вещества.

Единицы измерения

в СИ: =; 1 рад = 0,01 Гр

внесистемная: = рад.

II. Экспозиционная доза:

–заряд ионов одного знака в массе вещества в результате воздействия радиационного излучения.

Единицы измерения

в СИ: ; 1 Р = 2,6

внесистемная: =Р (рентген).

III. Биологическая доза (эквивалентная) доза:

–поглощенная доза;

k – коэффициент качества, который зависит от вида радиоактивности:

для - излучения, рентгеновского излученияk = 1;

для потока нейтронов ()k=3;

для-излученияk = 20.

Единицы измерения

в СИ: (Зиверт)

внесистемная: 1 бэр = 0,01 Зв.

Важна не только доза облучения, но и время, в течении которого объект подвергается облучению.

Для оценки скорости накопления дозы используют мощности доз:

, .

, .

, .