Механизм образования и характеристика корпускулярных видов излучения (альфа-, бета-частиц); их взаимодействие с веществом.
Ионизирующее излучение - излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных.
По природе ИИ делятся на два основных вида: а) корпускулярные (альфа, бета, нейтронное), б) электромагнитные (гамма, рентгеновское).
Основные характеристики для корпускулярных излучений - заряд, масса и энергия частицы - определяют особенности взаимодействия данных излучений с веществом, степень и вероятность их повреждающего действия. Тип радиоактивного превращения определяется видом частиц, испускаемых при распаде. Процесс радиоактивного распада всегда экзотермичен. Исходное ядро называется материнским (символ X), а получающееся после распада ядро - дочерним (Y).
Нестабильные ядра претерпевают 4 основных типа радиоактивных превращений:
а) альфа-распад - состоит в том, что тяжелое ядро самопроизвольно испускает альфа-частицу, т.е. это чисто ядерное явление. Известно более 200 альфа-активных ядер, почти все они имеют порядковый номер больше 83 (Am-241; Ra-226; Rn-222; U-238 и 235; Th-232; Pu-239 и 240). Энергия альфа-частиц тяжелых ядер чаще всего находится в интервале от 4 до 9 МэВ.
б) бета-превращение - это внутринуклонный процесс; в ядре распадается одиночный нуклон, при этом происходит внутренняя перестройка ядра и появляются вылетающие из ядра бета-частицы (электрон, позитрон, нейтрино, антинейтрино). Примеры радионуклидов, претерпевающих бета-превращение: тритий (H-3); C-14; радионуклиды натрия (Na-22, Na-24); радионуклиды фосфора (P-30, P-32); радионуклиды серы (S-35, S-37); радионуклиды калия (K-40, K-44, K-45); Rb-87; радионуклиды стронция (Sr-89, Sr-90); радионуклиды йода (I-125, I-129, I-131, I-134); радионуклиды цезия (Cs-134, Cs-137).
|
|
|
Энергия бета-частиц варьирует в широком диапазоне: от 0 до Emax (полная энергия, выделяющаяся при распаде) и измеряется в кэВ, МэВ. Для одинаковых ядер распределение вылетающих электронов по энергиям является закономерным и называется бета-спектром; по спектру энергии бета-частиц можно провести идентификацию распадающегося элемента.
Виды бета-превращения ядер:
1) электронный распад: 
.
2) позитронный распад: 
3) электронный захват (К-захват, т.к. ядро поглощает один из электронов атомной оболочки, обычно из К-оболочки): 
Характеристика корпускулярных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом.
1) альфа-частицы (ядра гелия): заряд +2, масса 4 а.е.м., энергия альфа-частиц при выходе из ядра составляет 3 – 11 МэВ (эВ – электрон-вольт – внесистемная единица энергии: 1 эВ = 1,6*10-19 Дж), обладают высокой ионизационной способностью, образуя несколько 10тыс. пар ионов на мкм пробега в в-ве; по мере продвижения альфа-частицы в веществе плотность ионизации возрастает в несколько раз и затем, практически при завершении пробега, резко падает (Кривая Брегга - график, отражающий зависимость ЛПЭ альфа-излучения от пройденного в веществе пути), траектории альфа-частиц в веществе прямолинейны в связи с их большой массой, пробег альфа-частиц в воздухе до 11 см, в жидкостях и биологических тканях - от 10 до 100 мкм, альфа-излучение позволяет сосредоточить значительную энергию на глубине поражённой ткани при min рассеянии в здоровых тканях (используется для лечения опухолей), элементарная защита - любой плотный материал даже незначительной толщины (лист бумаги, кожа, одежда)
|
|
|
2) бета-частицы (электроны и позитроны): заряд -1 (электроны) и +1 (позитроны), масса пренебрежимо мала (1/1836 а.е.м.), энергия порядка нескольких кэВ, удельная плотность ионизации, создаваемая бета-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем у альфа-частиц той же энергии; бета-частица образует несколько десятков пар ионов на микрометр пробега в в-ве, в в-ве кроме ионизации за счёт торможения электронов в веществе (особенно состоящем из атомов с большим порядковым номером), возникает тормозное РИ; чем выше энергия потока бета-частиц, тем более жестким будет тормозное излучение (используется в рентгеновских трубках), частиц при продвижении в веществе отклоняются на большие углы, траектория их очень извилиста (в связи с малой массой), проникающая способность у бета-частиц больше, чем у альфа-частиц (длина пробега в воздухе несколько метров, в биологической ткани - сантиметры), элементарная защита - тонкий слой легкого металла (алюминиевая фольга), пластмасса, стекло.
|
|
|
3) нейтроны: заряд 0 (за счет этого беспрепятственно проникают вглубь атомов, взаимодействуя непосредственно с ядрами), масса 1 а.е.м., энергия от 0,025 эВ до 300 и более МэВ; в зависимости от энергии выделяют медленные (энергия до 1 МэВ) и быстрые (энергия выше 1 МэВ) нейтроны, защитные материалы: для быстрых нейтронов - вода, парафин, бетон, пластмассы; для медленных нейтронов - бораль, борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом. Возможны следующие эффекты взаимодействия нейтронного излучения с веществом: а) упругое рассеяние - n передаёт ядру часть своей энергии и отклоняется от первоначального направления; ядро, с которым взаимодействует нейтрон (ядро отдачи), начинает двигаться и ионизировать другие атомы и молекулы. б) неупругое рассеяние - часть кинетической энергии нейтрона тратится на возбуждение ядра отдачи, которое затем переходит в стабильное состояние, излучая гамма-квант. в) поглощение (радиационный захват) - при взаимодействии нейтрона с ядром оно переходит в возбуждённое состояние и испускает гамма-квант или частицы (протон, нейтрон, альфа-частицу). В результате радиационного захвата многие вещества становятся радиоактивными с образованием так называемой "наведенной" активности. Данный эффект наиболее характерен для медленных нейтронов, их лучшими поглотителями являются кадмий и бор.
|
|
|
Основная часть энергии заряженных частиц, взаимодействующих с веществом, идёт на его: 1) ионизацию - отрыв электрона от атома или молекулы, в результате чего они преобразуются в положительно заряженные ионы. 2) возбуждение - переход электрона на удаленную от ядра орбиталь; происходит, когда энергии излучения недостаточно для полного отрыва электрона.
Выделяют излучения:
а) прямо ионизирующие - ионизацию непосредственно производят заряженные частицы (альфа- и бета-); механизм потери энергии этих частиц в поглотителе в основном обусловлен кулоновским взаимодействием с орбитальными электронами атомов вещества.
б) косвенно ионизирующие - электрически нейтральные излучения (гамма, рентгеновское, нейтронное) ионизируют атомы среды в результате вторичных процессов.
Степень ионизации зависит как от свойств самого излучения (энергия, заряд частиц), так и от структуры облучаемого объекта. Основными свойствами излучений являются:
1) линейная плотность ионизации (удельная ионизация) - это число пар ионов, образованных заряженной частицей на микрометр пробега в веществе.
2) линейная передача энергии (ЛПЭ) - средняя энергия, теряемая заряженной частицей на единице длины её пробега в веществе. Единица измерения - килоэлектрон-вольт на микрометр пути (кэВ/мкм).
Для электрически нейтральных видов излучения ЛПЭ не применяется, но используется значение ЛПЭ вторичных заряженных частиц, образующихся в веществе.
В зависимости от ЛПЭ все излучения делятся на: а) редкоионизирующие (ЛПЭ менее 10 кэВ/мкм) - бета-, гамма- и РИ. б) плотноионизирующие (ЛПЭ более 10 кэВ/мкм) - альфа- и нейтронное излучения. ЛПЭ заряженных частиц возрастает по мере снижения их скорости, поэтому в конце пробега отдача энергии заряженной частицей максимальна.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 809; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!