Лекция 4.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ
1. Процесс ионизации вещества и проникающая способность излучений.
2 . Взаимодействие корпускулярных (альфа- и бета-) излучений с веществом.
3. Взаимодействие с веществом нейтронного и фотонных излучений ( и
рентгеновское излучение).
1
1 вопрос. ПРОЦЕСС ИОНИЗАЦИИ ВЕЩЕСТВА И ПРОНИКАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЙ
Гамма-кванты, альфа- и бета-частицы при распространении в разных средах взаимодей- ствуют с атомами и молекулами вещества, при этом:
1)гамма-кванты, альфа- и бета-частицы передают атомам и молекулам часть своей энергии и меняют направление движения;
2)атомы и молекулы, получившие избыток энергии, в процессе столкновения переходят в возбужденное состояние.
2
3) происходит ионизация атомов или молекул (отрыв электронов), а также молекулы могут и диссоциировать на ионы.
Ионизация – процесс образования положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически
нейтральных атомов и молекул. |
3 |
|
Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией - числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, массы среды или на единице длины пути.
Энергия, необходимая на образование одной пары ионов, называется потенциалом ионизации данного вещества, или средней энергией ионообразования.
Если энергия излучения, которая передается атому или молекуле, меньше, чем потенциал ионизации вещества, то происходит возбуждение атома без образования
ионов. |
4 |
|
Число пар ионов, которые образованы в среде гамма-квантом или частицей на единице длины своего пути, называется линейной плотностью ионизации (ЛПИ).
При каждом акте взаимодействия частица теряет часть своей энергии и затормажива- ется, ее скорость уменьшается до того момента, пока не станет равной скорости теплового движения.
5
Проникающая способность излучений определяется величиной пробега.
Пробегом называется путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия.
6
2 вопрос. Взаимодействие корпускулярных (альфа- и бета-) излучений с веществом.
а). Альфа-частицы при прохождении через слой вещества взаимодействуют с электронами и ядра-ми атомов. При взаимодействии с электроном (упругое рассеивание) -частица отклоняется на очень малый угол, так как масса М >> me, и поэтому ее
путь в среде практически прямолинейный.
При уменьшении кинетической энергии движение-частицы замедляется за счет неупругих взаимо-
действий с электронами, приводящими к ионизации или возбуждению атомов среды.
Потери энергии -частицы, обусловленные
неупругими взимодействиями с электронами, получили общее название ионизационных.
7
На образование одной пары ионов затрачивается небольшая энергия (Е = 33 35 эВ), в сравнении с начальной кинетической энергией -частиц (4 9 МэВ). Процесс уменьшения энергии -частиц можна считать
практически непрерывным.
Кроме ионизационных, для заряженных частиц имеют место радиационные потери - потери энергии на тор- мозное излучение, пропорциональные квадрату уско- рения -частицы.
Средняя линейная плотность ионизации (ЛПИ)
-частиц в воздухе описывается кривой Брэгга и составляет 25 30 тыс. пар ионов/см пути, а за 3 4 мм до
конца пробега ее ионизирующая способность достигает максимума и составляет около 65 тыс. пар ионов/см пути и называется пик Брэгга.
8
Если начальная энергия -частицы составляет 4 9 МэВ и на каждый акт ионизации
затрачивается в среднем 34 эВ, то на всем пути в воздухе образуется 100 300 тыс. пар ионов. Если -частица полностью израсходует весь
свой запас кинетической энергии, то присоединяет к себе два электрона и преобразуется в нейтральный атом гелия.
9
Сравнительная характеристика ионизирующих излучений
Вид
излучения
Корпускулярное излучение |
24 He |
|
n |
) |
|
|
( |
(e-, e+)
(нейтрон)
Ионизирующая |
|
Проникающая |
|
способность |
Характер |
способность |
Скорость |
(ЛПИ) |
ионизации |
воздух биологи |
|
(к-во пар ионов |
|
||
на 1 см пробега |
|
ческая |
|
в воздухе |
|
ткань |
|
25 – 60 тыс. |
непосред |
2,5 – 8,6 |
70 -110 |
14 000 – |
пар ионов/см |
ственно |
см; |
мкм |
22 500 |
|
|
макс |
|
км/с |
|
|
11,5 см |
|
|
фотонное 
(квант)
10