23.3.2. Первичные процессы

Прохождение излучения через вещество приводит к потере его энергии. Пока энергия частичек и квантов излучения больше энергии ионизации атомов и молекул, она расходуется, главным образом, на их ионизацию.

Торможение -частиц в веществе в основном вызовет их взаимодействие с электронами.-Частицы захватывают электроны и образовывают однозарядные ионы и электронейтральные атомы гелия. Но вследствие огромной скорости частиц присоединенные электроны могут отщепляться, и такой процесс повторяется многократно. Одновременно из атомов и молекул поглощающей среды получаются ионы. На один акт образования пары ионов в воздухе при 15^оС и 10⁵Па-частица затрачивает в среднем 33 эВ энергии. Электроны, которые выбиваются-частицами из атомов и молекул, могут иметь большую энергию и вызвать ионизацию других атомов и молекул.

-Лучи имеют большую проникающую способность по сравнению с -частицами, но значительно меньшую, чем-лучи. При прохождении через вещество-лучи выбивают из атомов и молекул электроны, что приводит к образованию положительно заряженных ионов.-Частица с энергией 1 МэВ образует в воздухе около 30000 пар ионов, в то время как-частица с такой же энергией – около 200000 пар ионов. Практически-излучение можно использовать, когда нужно создать ионизацию только в поверхностном или тонком слое вещества, или при осуществлении цепной реакции в газе. Когда нужно, чтобы излучение проникало на большую глубину, например, для осуществления реакций в жидких и твердых телах, применяют-лучи.

Поглощение -лучей веществом может проходить по разным механизмам. Если энергия-квантов составляет порядка 10 КэВ (0,15 нм), то при взаимодействии фотона с атомом наблюдается фотоэлектрический эффект. Кинетическая энергия выбитого электрона равняется энергии фотона, за исключением энергии, которая необходима для удаления электрона из атома. Фотон при этом полностью поглощается, следовательно, такой процесс не изменяет энергию фотонов проходящего пучка, а только уменьшает их общее количество. При увеличении энергии фотонов пучка важную роль начинает играть эффект Комптона. При столкновении с атомным электроном фотон испытывает упругое рассеяние. При этом энергия кванта распределяется между электроном отдачи и фотоном рассеяния. Образующийся электрон отдачи, в свою очередь, вызывает ионизацию вещества.

При эффекте Комптона общее количество фотонов не изменяется, но они теряют энергию, которая приводит к снижению их частоты и к изменению направления их движения. Эти рассеянные фотоны также могут вызвать ионизацию вещества.

При поглощении -квантов с энергией больше 1,02 МэВ (10^–3нм) возрастает вероятность процесса образования пар частичек. Электромагнитная энергия фотона при этом превращается в энергию возникающей электронно-позитронной пары. Как и при фотоэлектрическом эффекте, при образовании пары фотон полностью исчезает.

Рентгеновские лучи отличаются от -квантов только меньшей частотой, следовательно, и меньшей энергией. Их действие на вещество аналогично действию-лучей небольшой энергии.

Нейтроны при прохождении через вещество сталкиваются и взаимодействуют только с ядрами атомов. Если ядро не захватывает нейтрон, то природа ядра не изменяется. Но нейтрон может выбить атом из молекулы. Импульс, который получает ядро выбитого атома, может быть настолько большим, что ядро выйдет из своей электронной оболочки. При небольших энергиях нейтронов скорость выбитого атома небольшая, и ядро сохраняет свою электронную оболочку, которая может перейти в возбужденное состояние. Нейтроны также могут быть захвачены ядрами (получаются изотопы) или выбить из ядра составные частицы и привести к образованию новых элементов.