18.4. Взаимодействие электронов с веществом.

Различают следующие виды взаимодествия: упругое и неуп-

ругое рассение электронов на атомных ядрах и электроных обо-

лочек и торможение электронов в кулоновком поле атомных ядер.

18.4.1. Упругое рассеяние имеет место при таких столкно-

вениях, при которых происходят лишь изменения направления

движения сталкивающихся частиц, тогда как их общая энергия

остается неизменной. Основную роль в россеянии электронов иг-

рает упругое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рас-

сеиваются и на электронах атомных оболочек. Вследствии малой

массы электронов они отклоняются на углы от 0 градусов до 180

градусов, причем на малые углы электроны отклоняются с боль-

шей вероятностью. При отклонении на ьольшие углы электроны

несут информацию о строении вещества рассеивателя, что может

быть использовано в различных измерительных приборах.

США патент 3 560 742: Портативное устройство для измере-

ния обратно рассеянного фета-излучения предназначено для эф-

фективных измерений толщины покрытия обрабатываемой детали.

Устройство содержит зажим для монтажа постоянного зондирующе-

го элемента. Этот зажим является составной частью устройств,

регулирующих положение зондирующего элемента относительно об-

рабатываемой детали с тем, чтобы они контактировали друг с

другом. В другом варианте выполнения изобретения, устройство

содержит укосину, которая фиксирована относительно обрабаты-

вающей детали. Зажим у укосина предназначен для удержания

зондирующего элемента в плотном контакте с поверхностью обра-

батываемой детали, т.е. в положении измерения толщины покры-

тия нанесенного на поверхность обрабатываемой детали.

18.4.2. Неупругое рассеяние элктронов происходит в ос-

новном в результате их сталкивания с орбитальными электрона-

ми. При столкновении электронов с электронами атомных оболо-

чек часть энергии электронов передается связанному электрону

атома. В зависимости от количества переданной энергии проис-

ходит возбуждение или ионизация атомов вещества. В этом и

другом случае воздействующий электрон теряет свою энергию.

Большая часть вторичных электронов обладает незначительно ки-

нетической энергией. Процесс возбуждения сопровождается ис-

пусканием характеристического излучения. Процесс неупругого

рассеяния, посколько он сопровождается ионизацией может ис-

пользоваться для интенсификации различных технологических

процессов:

Патент СНГ 454 752: Способ приготовления пульпы из дре-

весной цепи путем облучения древесной щепы с последующей вар-

кой, отличающийся тем, что с целью повышения выхода пульпы и

улучшения ее качества, облучение щепы производят электронами

дозой не менее 1,0 Мрад.

Патент США 3 820 015: Устройство для измерения концент-

рации кислорода в выхлопных газах двигателей внутреннего сго-

рания, содержит источник бетта-электронов, обладающих низким

уровнем энергии для ионизации молекул кислорода. Указанный

источник расположен во вторичном контуре выхлопной трубы. В

этот контур выхлопной газ подается с определенной скоростью

при помощи насоса постоянной производительности. На выходе

источника бетта-электронов в ниспадающей части потока газов

установлена коллекторная пластина. При этом между источником

бетта-электронов и коллекторной пластинкой поддерживается оп-

ределенная разность потенциалов, под действием которой иони-

зированные молекулы кислорода отделяются от молекул других

газов и ударяются о коллекторную пластину. Концентрация кис-

лорода выхлопных газов определяется путем измерения заряда,

накапливающегося на коллекторной пластинке.

18.4.3. Тормозное излучение.

Помимо потерь на ионизацию и возбуждение атомов вещест-

ва, электроны могут терять свою энергию на образование тор-

мозного излучения. Проходя вблизи атомного ядра, под действи-

ем его электрического поля электроны испытывают торможение.

Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии они будут

испускать электромагнитное (тормозное) излучение. В тормозное

излучение может преобразоваться любая часть кинетической

энергии электрона вплоть до ее максимального значения. Поэто-

му энергетический спектр тормозного излучения непрерывный.

Примером тормозного излучения является рентгеновское излуче-

ние возникающее при торможении электронов на аноде рентге-

новской трубки. Это используется в рентгеновских аппаратах.

18.4.4. Совместные действия облучания электронами и све-

том.

Особенность эффекта состоит в том, что вещество не пог-

лощает свет до облучения электронами, но в процессе облучения

или после него свет поглощается короткоживущими частицами:

радикалами, возбужденными молекулами, возбуждение или диссо-

циация которых приводит к химическим превращениям. Например,

вещества: твердые растворы бензола и нафталина в метилцинкло-

гекоане и этаноле.

18.5. Взаимодествие нейтронов с веществом.

Нейтрон представляет собой электрически нейтральную час-

тицу с массой покоя, равной преблизительно массе покоя прото-

на, вместе с которым они образуют ядра всех элементов. Пос-

колько нейтрон электрически нейтрален, он может вызывать

различные ядернве реакции, в частности цепные реакции деления

тяжелых ядер (теория, урана, плутония) осуществляемые в ядер-

ных реакторах. По кинетической энергии нейтроны делятся на

быстрые, промежуточные и тепловые. в зависимости от этой

энергии нейтроны по разному взаимодействуют с веществом Теп-

ловые нейтроны взаимодействуют пратически со всеми ядрами

элементов, а в тяжелых вызывают реакцию деления. Промежуточ-

ные также поглощаются ядрами, но при некоторых значениях

энергии нейтроны хуже поглощаются ядрами, а гораздо лучше не-

упруго рассеиваются (замедляются), теряя при этом кинетичес-

кую энергию. Особенно интенсивно быстрые нейтроны рассеивают-

ся на водосодержащих веществах (замедлителях), что

используется для замедления быстрых нейтронов до тепловых

энергий в тепловых реакторах.

Патент США 3 794 843: Контрольно измерительный прибор

для определения весового содержания влаги в насыпном материа-

ле, содержит источник излучения, облучающий влажный насыпной

материал быстрыми нейтронами и гамма-лучами; прошедшее излу-

чение регистрируют двумя детекторами, причем первый регистри-

рует гамма-излучение, а второй тепловые нейтроны, возникающие

при замедлении быстрых нейтронов на ядрах водорода, содержа-

щихся во влаге насыпного материала; оба сигнала от детектора

поступают на электрическую схему, с целью получения сигнала,

скоррелированного с весовым процентным содержанием влаги в

материале.

Патент США 3 558 888: Сопособ нейтронного каротажа сква-

жин для измерения количества нефти в зоне скважин, пробурен-

ной в земной породе, с использованием радиоактиного излуче-

ния, согласно которому измеряется поперечное сечение захвата

тепловых нейтронов в буровом растворе; Величина этого сечения

определяется содержанием воды в этой геологической формации,

а количество нефти, содержащееся в зоне скважин измеряется

как функция макроскопического поперечного захвата тепловых

нейтронов в породе.

Патент США 3 562 523: Способ определениясодержания оста-

точных масел в формации после подачи воды или заводнения ней-

теносоного пласта состоит в измерении рапада тепловых нейтро-

нов сначала при наличии воды, содержащейся в данной формации,

а затем после замены этой воды водой, которая имеет сущест-

венно отличающееся сечение захвата и которая берется из зоны,

содержащей по крайней мере, в радиусе действия регистрирующе-

го инструмента.

18.5.1. При очень интенсивном облучении быстрыми нейтро-

нами различных веществ наблюдается так называемые явления

нейтронного раскупания - увеличение обьема вещества, что мо-

жет быть использовано, например, для правки массивных метал-

личеких деталей (А.с.395147) или в устройствах для измерения

деформации ядерного горючего (заявка Великобритании 1359759)

(см. 2,3).

18.6. Взаимодействие альфа-частиц с веществом.

Альфа-частицы (ядра гелия 4) состоят из двух протонов и

двух нейтронов. Посколько альфа-частицы заряжены, то их очнь

просто ускорять и облучать этим потоком различные вещества,

которые при этом сильно ионизируются. Ионизированные атомы

через какой-то промежуток времени захватывают свободные

электроны и превращаются в нейтральные, излучая при этом ха-

рактеристическое излучение, по которому можно судить о соста-

ве исследуемого вещества.

А.с. 223 948: Способ раздельного определения аллюминия и

кремния по облучению пробы протоком альфа-частиц и одновре-

менной регистрации возбужденного в ней суммарного характерис-

тического излучения аллюминия и кремния, отличающийся тем,

что с целью увеличения чувствительной и разрешающей способ-

ности, сразу после прекращения облучения пробы измеряют наве-

денную активность пробы и по соотношению измеряемых величин

суммарного характеристического излучения аллюминия и кремния

и наведенной активности судят о концентрации алююминия и

кремния в пробе.

18.6.1. Эффект увеличения коррзийной стойкости металлов.

Если металлическую пластину облучать в течении несколь-

ких минут альфа-частицами, то в силу короткого пробега части-

цу в веществе основная масса частиц останется в тонком по-

верхностном слое отдав при этом ему всю кинетическую энергию.

Эксперементально установлено, что если после такого облучения

пластину выдержать в атмосфере паров концентрированной соля-

ной и серной кислот, то поверхность металла сохраняет перво-

начальную структуру и блеск. Этот эффект можно обьяснить так

же, как и в случае сверхнизкого трения (см. раздел 1.3.1.)

перестройкой структуры поверхностного слоя и удалением паров

воды.