7(34). Взаимодействие фотонов с вещ-ом: фотоэффект, комптон-эффект, эффект образования пар.

Фотоэффект - энергия гамма-кванта поглощается ядром атома, и с внешней оболочки атома вылетает электрон.

Комптон-эффект- гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии.

Эффект образования пар — гамма-квант в поле ядра превращается в электрон и позитрон.

а) б) в)

Рисунок 1 – Взаимодействие -кванта с веществом

а - фотоэффект, б - Комптон-эффект, в - рождение пары электрон-позитрон

При низких энергиях (десятки кэВ) фотоэффект дает наибольший вклад в поглощение гамма-квантов. При очень высоких энергиях преобладает процесс образования пар. В промежуточной области (1.02 МэВ) основным является комптон-эффект. (+тетрадь).

8. Основные контролируемые параметры, контрольные уровни, нрб-99 (пункт 7 в нрб).

7.3 Основными контролируемыми параметрами являются:

- годовая эффективная и эквивалентная дозы (см. табл. 3.1);

- поступление радионуклидов в организм и их содержание в организме для оценки годового поступления;

- объемная или удельная активность радионуклидов в воздухе, воде, продуктах питания, строительных материалах и др.;

- радиоактивное загрязнение кожных покровов, одежды, обуви, рабочих поверхностей;

- доза и мощность дозы внешнего излучения;

- плотность потока частиц и фотонов.

Переход от измеряемых величин внешнего излучения к нормируемым определяется специальными методическими указаниями.

С целью оперативного контроля для всех контролируемых параметров по п.7.3 устанавливаются контрольные уровни. Значение этих уровней устанавливается таким образом, чтобы было гарантировано непревышение основных пределов доз и реализация принципа снижения уровней облучения до возможно низкого уровня.

При этом учитывается облучение от всех подлежащих контролю источников излучения, достигнутый уровень защищенности, возможность его дальнейшего снижения с учетом требований принципа оптимизации. Обнаруженное превышение контрольных уровней является основанием для выяснения причин этого превышения.

Табл. 3.1 в НРБ. (см * во 2 ответе)

Нормируемые величины*	Пределы доз
	Персонал (группа А)**	Население
Эффективная доза	20 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв/год	1 мЗв/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв/год
Эквивалентная доза за год в хрусталике глаза***	150 мЗв	15 мЗв
Коже****	500 мЗв	50 мЗв
кистях и стопах	500 мЗв	50м3в

9. Взаимодействие нейтронов с веществом: упругое и неупругое рассеяние, разиационный захват.

Нейтроны представляют собой поток незаряженных частиц, которые при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов. Нейтроны обладают широким диапазоном энергий - от долей до десятков миллионов электрон-вольт.

В зависимости от энергии нейтроны могут по-разному взаимодействовать с ядрами атомов. Характер взаимодействия может быть упругим и неупругим.

Упругое рассеяние.

Нейтроны, обладающие определенным запасом энергии, взаимодействуя с ядрами атомов, передают им часть энергии, а сами изменяют направление своего движения. Этот процесс называется упругим рассеянием.

Ядра атомов, получившие в результате столкновения определенный запас кинетической энергии, - ядра отдачи - "выскакивают" из электронной оболочки и, проходя через вещество, производят ионизацию (поскольку они обладают зарядом). Чем меньше масса ядер среды, через которые проходят нейтроны, тем большую долю энергии они теряют в процессе упругого рассеяния. При каждом акте рассеяния на ядрах водорода нейтрон теряет в среднем половину энергии, при рассеянии на ядрах углерода - примерно 14 - 17 %, а при рассеянии на ядрах аргона - не более 8 - 9 %. Поэтому в качестве замедлителей нейтронов лучше всего использовать водородосодержащие или легкие вещества - обычную или тяжелую воду, парафин, бериллий, углерод.

В процессе упругого рассеяния энергия нейтрона постепенно уменьшается и приближается к энергии теплового движения атомов и молекул среды, равной примерно 0,025 эВ. Такие нейтроны называются тепловыми. Чтобы нейтрон с первоначальной энергией 1 МэВ стал тепловым, число столкновений с ядрами водорода должно быть n = 25. В углероде энергия этого нейтрона достигает 0,025 эВ после 100 столкновений, а при взаимодействии с ядрами урана - после 2100 столкновений. Этот процесс завершается примерно через 10-6 секунды.

Радиационный захват. При достаточной тепловой скорости нейтрон может быть захвачен одним из ядер атомов среды. Ядро переходит при этом в возбужденное состояние. Возврат ядра в основное состояние сопровождается испусканием g-квантов.

При радиационном захвате происходит следующая ядерная реакция:

т.е. образуется изотоп исходного элемента, а избыточная энергия, полученная ядром вследствие такой перестройки, испускается в виде g-кванта. В ядерных реакторах, где создаются мощные потоки тепловых нейтронов, ядерная реакция указанного типа используется для получения искусственных радионуклидов.

Не только тепловые, но и быстрые нейтроны могут быть захвачены ядрами атомов. В результате произойдет ядерная реакция с вылетом a-частицы, протона и т.д. и образуется ядро другого элемента.

Радиационный захват нейтрона возможен при любой его энергии и на любых ядрах, но более вероятен на медленных нейтронах и тяжелых ядрах, что следует учитывать при выборе материала защиты.

Неупругое рассеяние. При захвате нейтрона ядром может произойти ядерная реакция, в процессе которой образуется ядро исходного нуклида, но при этом энергия испущенного нейтрона меньше энергии захваченного.

В этом случае говорят о процессе неупругого рассеяния, поскольку суммарная энергия системы (нейтрон + ядро) до взаимодействия не равна энергии системы после взаимодействия. Процесс неупругого рассеяния имеет большую вероятность для атомных ядер середины и конца периодической системы элементов.

Таким образом, при прохождении нейтронов через вещество происходят следующие взаимодействия с ядрами: упругое и неупругое рассеяния, радиационный захват и различного типа ядерные реакции. Вероятность различного типа взаимодействий зависит от энергии нейтронов.

Поэтому по характеру взаимодействия нейтроны условно разделены на четыре группы:

Тепловые нейтроны 0 - 0,5 эВ

Промежуточные нейтроны 0,5 - 200 кэВ

Быстрые нейтроны 200 кэВ - 20 МэВ

Релятивистские нейтроны Свыше 20 МэВ

Для быстрых нейтронов доминирующим процессом взаимодействия является упругое рассеяние, хотя, как для всех других групп, возможны (со значительно меньшей вероятностью) и другие процессы взаимодействия (неупругое рассеяние, ядерные реакции, радиационный захват). Для релятивистских нейтронов возрастает роль неупругого рассеяния по сравнению с упругим, существенный вклад дают ядерные реакции.

Для промежуточных нейтронов наиболее характерным процессом взаимодействия является неупругое рассеяние, а также радиационный захват.

Для тепловых нейтронов наиболее вероятный процесс взаимодействия - радиационный захват. Вероятность этого процесса пропорциональна 1/E1/2, т.е. возрастает с уменьшением энергии (скорости) нейтронов. Наиболее вероятная скорость движения тепловых нейтронов при температуре 295 К (22 °С) составляет 2200м/сек, а соответствующая энергия - 0,025 эВ.

Таким образом, при всех процессах взаимодействия нейтронов с веществом образуются либо заряженные частицы - ядра отдачи, непосредственно производящие ионизацию, либо g-излучение, которое также производит ионизацию в результате вторичных процессов.

В процессе ядерных реакций под воздействием нейтронов образуются также другие заряженные частицы (протоны, дейтроны и т.д.).