Взаимодействие альфа-излучения с веществом
В
результате α-распада
радионуклидов испускаются α-частицы,
представляющие собой ядра атомов гелия
(
),
которые обладают кинетической энергией
порядка нескольких МэВ. Энергетический
спектр α-частиц
– дискретный, а энергии α-частиц
зависят от свойств распадающегося
радионуклида.
При прохождении α-частиц через вещество их энергия, в основном, расходуется на ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды за счет кулоновского взаимодействия с электронами атомов среды. К концу пробега, когда энергия α-частицы уменьшается и становится недостаточной, чтобы производить ионизацию, она, присоединив к себе два электрона, превращается в атом гелия. Полная ионизация для α-частиц составляет сотни тысяч пар ионов. Например, при энергии в 7 МэВ частица образует в воздухе 2·105 пар ионов.
Так как α-частицы обладают значительно большей массой, чем электроны среды, то их движение в среде практически прямолинейно. Пробег α-частиц с одинаковой энергией практически одинаков.
Несмотря на высокие значения энергии α-частиц из-за большой плотности ионизации на единицу пути, их проникающая способность крайне мала. Например, в воздухе их пробег составляет 4-10 см.
Взаимодействие бета-излучения с веществом
Бета-распад – это радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом из него электрона или позитрона. Процесс обусловлен самопроизвольным превращением одного из нуклонов (протона или нейтрона) ядра в нуклон другого рода, а именно превращением либо нейтрона в протон, либо протона в нейтрон. В первом случае из ядра вылетает электрон (е-) – происходит так называемый β-распад. Во втором случае из ядра вылетает позитрон (е+) – происходит β+-распад. Вылетающие при β-распаде электроны и позитроны носят общее название β-частиц. Взаимные превращения нуклонов сопровождаются появлением еще одной частицы – нейтрино (ν) в случае β+-распада или антинейтрино в случае β--распада.
Испускаемые β-частицы имеют непрерывный энергетический спектр, т.е. по энергии они распределяются от нуля до определенного максимального значения, характерного для данного нуклида. Максимальная энергия β-спектра лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ. Сплошной спектр β-частиц объясняется тем, что при β-распаде энергия с разной вероятностью распределяется между β-частицами и нейтрино. В зависимости от энергии β-частиц различают мягкое β-излучение (до нескольких десятков кэВ) и жесткое (для β-частиц большей энергии).
При прохождении β-частиц через вещество их энергия расходуется на:
- ионизационные потери;
- радиационные потери;
- рассеяние β-частиц.
Ионизационные потери – это потери энергии, связанные с ионизацией и возбуждением атомов поглотителя. При кулоновском взаимодействии с электронами атомов вещества β-частицы передают им значительно меньшую энергию, чем α-частицы, так как при одинаковой кинетической энергии β-частицы имеют значительно большую скорость (масса β-частицы в 7000 раз меньше массы α-частицы) и соответственно меньшее время взамодействия.
Радиационные потери β-частиц происходят, когда они, пролетая вблизи ядра атома поглотителя со скоростью, близкой к скорости света, тормозятся в поле ядра и меняют направление своего движения. Уменьшение энергии в результате торможения электронов в поле ядра поглотителя связано с испусканием тормозного излучения. Тормозное излучение – это фотонное излучение с непрерывным спектром, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц. Радиационные потери – это релятивистский эффект; они пропорциональны энергии β-частиц и квадрату атомного номера элемента поглотителя. Радиационные потери следует учитывать при энергиях β-частиц в несколько МэВ для сред с большим Z.
Так как масса β-частиц равна массе электронов среды, с которыми наиболее вероятно кулоновское взаимодействие, то для них характерен эффект рассеяния. Рассеяние β-частиц происходит при соударениях с электронами атомов вещества поглотителя. При рассеянии энергия β-частицы теряется большими порциями, в отдельных случаях до половины. В результате рассеяния в поглотителе путь β-частиц в отличие от пути α-частиц не является прямолинейным. Максимальный пробег β-частиц в воздухе достигает нескольких метров, но в биологической ткани обычно не превышает 1 см.