Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
Зная свойства различных видов излучений проникать через разные материалы, последние можно использовать для защиты как человека, так и некоторых объектов, приборов и т.д.
Гамма-излучение
Взаимодействие гамма-квантов с веществом может сопровождаться фотоэффектом, комптоновским рассеиванием и образованием электрон-позитронных пар.
Вид эффекта зависит от энергии гамм-кванта.
EK = hν – EU,
где h – постоянная Планка, ν – частота излучения, ЕU – энергия ионизации соответствующей атомной оболочки.
Проникающая способность гамма-квантов
Гамма-квант- образуется при переходе ядра на более низкие энергетические состояния. Он не имеет массы и не может замедляться в среде, а лишь поглощается или рассеивается.
При прохождении через вещество их энергия не меняется, но уменьшается интенсивность излучения по следующему закону:
I = I0 • e –μx,
где I – плотность потока; I0 – начальная интенсивность квантов до прохождения поглотителя; μ – коэффициент поглощения; х – толщина поглотителя.
Расчеты показывают, что проникающая способность гамма-излучения в воздухе составляет в десятки и сотни метров, в твердом теле – многие сантиметры, в биологической ткани человека часть гамма квантов проходит через человека без последствий, а часть поглощается.
Средняя глубина проникновения фотона с энергией 1МэВ в воздухе составляет 122 м, в биологической ткани человека 14 см, оконное стекло он проходит беспрепятственно.
Бета- излучение
Бета-частица представляет собой электрон или позитрон, выброшенный из ядра атома в результате ядерной реакции.
Для грубой оценки глубины проникновения бета-частицы пользуются приближенной формулой:
Rcp /Rвозд. = ρвозд./ρср.
Средняя глубина пробега бета-частиц в воздухе, биологической ткани и в алюминии приведены в таблице 1.2.
Альфа-излучение
Энергия альфа-частиц находится в пределах 4 - 10 МэВ, скорость 20000 км/с. Имея большую массу и значительную энергию, альфа-частица расходует ее на неупругое рассеивание на электронах атомов. Поэтому альфа-излучение облает большой ионизирующей способностью.
Длина пробега альфа-частицы в воздухе при 150С и давлении 0,1 Па определяется по формуле:
Rά = 0,318 • Eά2/3 при Еα = (4 - 7) МэВ,
а пробег этой частицы в веществе, отличном от воздухе определяется по формуле Брегга:
Rα = 10-4 (M Eα3)1/2/ρ,
М – атомная масса, ρ – плотность вещества.
Расчет по приведенным формулам показывает, что пробег альфа-частиц в воздухе не превышает 10 см, биологической ткани – 120 мкм, т.е реальную опасность альфа-частицы представляют только при попадании во внутрь организма.
В табл. 1.3 показана длина пробега альфа-частиц в воздухе, биологической ткани и алюминии
Сравнительная характеристика способности проникновения излучений через биологическую ткань представлена на рис. 1.12
Сравнительная характеристика способности проникновения излучений через различные вещества с учетом толщины преграды показана на рис. 1.13.