Характеристика основных видов излучения ядер.

Знание взаимодействие видов излучения с веществом необходимо для грамотной организации защиты, и для уяснения принципов работы регистрирующей аппаратуры.

Различают 2 вида взаимодействия излучений с веществом

1) Электромагнитное взаимодействие

2) Ядерное взаимодействие

1)Взаимодействие α- частиц с веществом.

Все виды излучения взаимодействуют с атомными электронами и ядрами вещества через которые они проходят, α частицы взаимодействуют только с электронами.

Взаимодействие с ядрами мало вероятно так как:

1) α частица и ядро имеют одинаковые заряды

2) Масса α частицы как правило меньше чем масса ядер других веществ.

При взаимодействии α частиц с электронами атома в зависимости от кинетической энергии α частиц, происходит выбивание атомных электронов с орбит и переход атомов в ионы, если энергии не достаточно, то происходит смещение электронов на другие орбиты, в результате чего атом возбуждается. При возвращении иона или возбужденного атома в стационарное состояние, ион или возбужденный атом излучает электромагнитное излучение на длине волны равное рентгеновским лучам.

В процессе взаимодействия α частиц с атомными электронами имеет место потери кинетической энергии частицы на единицу пути – ионизационные потери.

Еα – кинетическая энергия α частиц,

Vα - скорость α частиц в веществе.

ne - концентрация элементов вещества через которое проходят α частицы.

2) Взаимодействие β частиц с веществом.

β частицы взаимодействуют с атомными электронами и ядрами вещества. При взаимодействии с атомными электронами происходят те же процессы что и при α. Ионизационные потери рассчитываются по формуле:

 

При взаимодействии β частиц с ядром имеют место радиационные потери которые рассчитываются из выражения:

 

Zв-ва - зарядовое число вещества, ч/з которое проходит β частица.

За счет заряда протонов вокруг ядра создается кулоновское поле, при взаимодействии β частицы с ядром, она отдает часть своей энергии ядру, получает от кулоновских сил ускорение, отклоняется на определенный угол, и продолжает движении. При движении с ускорением заряженной частицы происходит электромагнитное излучение – тормозное излучение.

3)Взаимодействие γ-лучей, фотонов с веществом.

γ-лучи взаимодействуют с атомными электронами или с ядрами вещества. Проходя через вещество, интенсивность излучения γ-квантов уменьшается по экспоненциальному закону.

 

I0 - начальная интенсивность γ-квантов.

I - интенсивность излучения γ-квантов после прохождения через вещество толщиной х

M – линейный коэффициент ослабления материала через которое прошел γ-луч(определяется по таблице).

Данное выражение справедливо только в том случае, когда γ-луч проходит через однородный слой.

В других случаях:

Μ - массовый коэффициент ослабления.

M = M1+M2+...+Mn

При взаимодействии γ-квантов с веществом имеет место три основных процесса.

1) Фотоэффект

2) Комптоновское рассеивание, эффект Комптона.

3) Образование пары – кулон-позитрон в кулоновском поле ядра

1) Фотоэффект имеет место в том случае, когда γ-квант теряет полностью свою энергию на взаимодействие его с атомными электронами. γ-квант либо выбивает электроны, или переводит их в возбужденное состояние. Энергия выбитых электронов может быть использована для ионизации других атомов вещества.

2) В том случае, когда энергия γ-квантов > энергии связи атома – комптоновский эффект. γ-квант отдает свою энергию свободным электроном, отдав часть энергии γ-квант откланяется на определенный уровень, но дальнейшее излучение происходит на более длинной волне по сравнению с первоначальной. Энергия свободного электрона расходуется на ионизацию атома вещества.

3) Образование пары электрон позитрон в кулоновском поле. Энергия образовавшейся пары расходуется на ионизацию атомов вещества. При столкновении электронов с позитроном образуются 2 новых γ-кванта. В процессе взаимодействия всех видов излучения имеет место ионизирующее излучение.

Под ионизирующим излучением понимают любое излучение, которое при взаимодействии с веществом создает ионы разных знаков. Различают 2 вида ионизированных излучений:

1) непосредственно ионизирующее излучение – это излучение состоящие из заряженных частиц, имеющих кинетическую энергию достаточную для ионизации вещества. (α,β)

2) косвенно ионизирующее излучение - не заряженные частицы, но при взаимодействии с веществом создают непосредственно ионизирующие излучения (γ – лучи, рентгеновские).