Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
 МегаЛекции

Воздействие радиации на ткани живого организма




РАДИАЦИЯ

Web - версия учебного пособия О.И. Василенко, Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Ж.М. Селиверстова, А.В. Шумаков "РАДИАЦИЯ", М., Изд-во Московского университета. 1996.
Публикацию подготовил А. Курилик при участии Э. Кэбина, задачи для самопроверки - М. Яхно.

Любой источник энергии, ядерный или обычный, создает опасность для человека и угрожает окружающей среде. Тот, кто считает, что любой риск для человека и окружающей его среды недопустим, живет в нереальном мире. Всякий аспект жизни в обществе с высокоразвитой технологией сопряжен с каким-нибудь риском. В конечном счете общество должно определить тот уровень жизни, который оно хотело бы иметь и решать - будет ли он совместим с сохранением качества окружающей среды" (Э.Холл. Радиация и жизнь).

Содержание

Введение

Радиация

Корпускулярное излучение

Электромагнитное излучение

Передача энергии радиации веществу

Тяжелые заряженные частицы - протоны, альфа частицы, продукты деления и другие

Электроны, позитроны

Нейтроны

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом

Воздействие радиации на ткани живого организма

Дозы излучения и единицы измерения

Предельно допустимые дозы облучения

Естественные источники радиации

Космическое излучение

Космогенные радионуклиды

Внешнее облучение от радионуклидов земного происхождения

Внутреннее облучение от радионуклидов земного происхождения

Радиация от источников, созданных человеком

Испытания ядерного оружия

Атомная энергетика

Воздействие радиации на человека

Меры защиты

Заключение

Примеры решения задач

Задачи для самопроверки

Рекомендуемая литература

 

Введение

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским ученым Анри Беккерелем, В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.
В массовом сознании населения доминирует настороженное отношение к производствам, деятельность которых приводит к образованию радиоактивных изотопов и в первую очередь к предприятиям ядерного цикла. Этому способствуют как объективные (крупные аварии), так и субъективные (некомпетентность, искаженная картина в средствах массовой информации) факторы. При этом не принимаются во внимание два обстоятельства.
Первое - это необходимость сравнительного подхода. Например, ценой за использование автомобиля являются десятки тысяч людей, ежегодно погибающих в авариях, еще большее количество получает травмы. Происходит загрязнение окружающей среды выхлопными газами автомобилей, особенно в густонаселенных городах. И это далеко не полный перечень негативных последствий от использования автомобильного транспорта.
Второе обстоятельство — это экономическая и технологическая необходимость использования атомной энергии в современном мире.
Привлекательность использования АЭС связана с ограниченностью и постоянным ростом стоимости энергоносителей для тепловых электростанций, меньшими радиоактивными и значительно более низкими химическими загрязнениями окружающей среды, гораздо меньшими объемами транспортных перевозок у предприятий ядерного цикла, отнесенными к единице производимой в конечном счете электроэнергии, по сравнению с аналогичными показателями для предприятий топливного цикла.
Альтернативы использованию АЭС в глобальной экономике в настоящее время нет, а в обозримом будущем она может появиться только со стороны термоядерных установок.
Первая в мире опытно-промышленная АЭС мощностью в 5 МВт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. В последующий период производство электроэнергии на АЭС быстро росло и в настоящее время в развитых странах они превратились в основного поставщика электроэнергии.
Работа предприятий ядерного цикла в режиме нормальной эксплуатации не наносит человеку сколько-нибудь заметного вреда и значительно безопаснее последствий других видов деятельности. Аварии на АЭС значительно увеличивают экологическую угрозу, но не в большей степени, чем аварии на крупных химических производствах, бесконтрольное использование пестицидов и минеральных удобрений, аварии на транспорте и т.д.
Следует также иметь в виду, что радиация, связанная с нормальным развитием ядерной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека. Значительно большие дозы мы получаем от других источников, вызывающих меньше нареканий. Применение рентгеновских лучей в медицине, сжигание угля, использование воздушного транспорта, пребывание в хорошо герметизированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения.
Отметим, что и зарождение жизни на Земле и ее последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации.
Хорошее знание свойств радиации и ее воздействия позволяет свести к минимуму связанный с ее использованием риск и по достоинству оценить те огромные блага, которые приносит человеку применение достижений ядерной физики в различных сферах.

 
2. Радиация Радиация - обобщенное понятие. Оно включает различные виды излучений, часть которых встречается природе, другие получаются искусственным путем. Прежде всего следует различать корпускулярное излучение состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять как из заряженных, так и из нейтральных частиц.

 

2.1. Корпускулярное излучение Альфа-излучение- представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях. Бета-излучение - это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых. Космическое излучение. Приходит на Землю из космоса. В его состав входят преимущественно протоны и ядра гелия. Более тяжелые элементы составляют менее 1%. Проникая вглубь атмосферы, космическое излучение взаимодействует с ядрами, входящими состав атмосферы, и образует потоки вторичных частиц (мезоны, гамма-кванты, нейтроны и др.). Нейтроны. Образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах и в других промышленных и исследовательских установках, а также при ядерных взрывах). Продукты деления. Содержатся в радиоактивных отходах переработанного топлива ядерных реакторов. Протоны, ионы. В основном получаются на ускорителях.

 

2.2. Электромагнитное излучение Электромагнитное излучение имеет широкий спектр энергий и различные источники: гамма-излучение атомных ядер и тормозное излучение ускоренных электронов, радиоволны (табл.1). Таблица 1.
Характеристики электромагнитных излучений.
Энергия, эВ Длина волны, м Частота, Гц Источник излучения
109 10-16 1024 Тормозное излучение
105 10-12 1020 Гамма излучение ядер
103 10-10 1018 Рентгеновское излучение
101 10-8 1016 Ультрафиолетовое излучение
10-1 10-6 1014 Видимый свет
10-3 10-4 1012 Инфракрасное излучение
10-5 10-2 1010 Микроволновое излучение
10-7 100 108 СВЧ
10-9 102 106 Радиоволны ВЧ
10-11 104 104 Радиоволны НЧ

 
3. Передача энергии радиации веществу Различные виды радиации по разному взаимодействуют с веществом в зависимости от типа испускаемых частиц, их заряда, массы и энергии. Заряженные частицы ионизируют атомы вещества, взаимодействуя с атомными электронами. Нейтроны и гамма-кванты, сталкиваясь с заряженными частицами в веществе, передают им свою энергию, в случае гамма-квантов возможно также рождение электрон-позитронных пар. Эти вторичные заряженные частицы, тормозясь в веществе, вызывают его ионизацию. Воздействие излучения на вещество на промежуточном этапе приводит к образованию быстрых заряженных частиц и ионов. Радиационные повреждения вызываются в основном этими вторичными частицами, так как они взаимодействуют с большим количеством атомов, чем частицы первичного излучения. В конечном итоге энергия первичной частицы трансформируется в кинетическую энергию большого количества атомов среды и приводит к ее разогреву и ионизации.

 

3.1. Тяжелые заряженные частицы - протоны, альфа-частицы, продукты деления и другие Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют главным образом с электронами атомных оболочек, вызывая ионизацию атомов. Максимальная энергия, которая может быть передана в одном акте взаимодействия тяжелой частицей, движущейся со скоростью v << с, неподвижному электрону, равна Емакс = 2mev2. Проходя через вещество, заряженная частица совершает десятки тысяч соударений, постепенно теряя энергию. Тормозная способность вещества может быть охарактеризована величиной удельных потерь dE/dx. Удельные ионизационные потери представляют собой отношение энергии Е заряженной частицы, теряемой на ионизацию среды при прохождении отрезка х, к длине этого отрезка. Удельные потери энергии возрастают с уменьшением энергии частицы (рис.1) и особенно резко перед остановкой в веществе (пик Брэгга). Этот эффект используется в терапии рака, где очень важно обеспечить максимальное выделение энергии в глубоко расположенной опухоли, причиняя при этом минимальный вред окружающей здоровой ткани.
Рис. 1. Зависимость тормозной способности биологической ткани для протонов с начальной энергией 400 Мэв от глубины проникновения протонов в слой вещества. Численные значения над кривой - энергия протона (в МэВ) на различной глубине проникновения. В конце пробега - пик Брэгга.

Для определенной среды и частицы с данным зарядом Z величина dE/dx является функцией только кинетической энергии: dE/dx = (E). Проинтегрировав это выражение по всем значениям Е от 0 до Еmax, можно получить полный пробег частицы, то есть полный путь (R), который заряженная частица проходит до остановки и полной потери кинетической энергии:

Удельные ионизационные потери энергии для тяжелых заряженных частиц при энергиях
Е << (М/me)Мс2

где
М - масса заряженной частицы;
mе - масса электрона (mес2=511 кэВ - энергия покоя электрона);
с - скорость света; v - скорость частицы; = v/c;
Z - заряд частицы в единицах заряда позитрона;
nе - плотность электронов в веществе;
- средний ионизационный потенциал атомов вещества среды, через которую проходит частица.
= 13.5 эB*Z', где Z' - заряд ядер вещества среды в единицах заряда позитрона;
rо = е2/mес2 = 2.8·10-13 см, классический радиус электрона.
Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжелой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм) или длины, умноженной на плотность (г/см2). Пробеги протонов и альфа-частиц в некоторых средах приведены в табл.2 и 3.

Таблица 2.

Пробеги протонов в алюминии.
Энергия: протонов, МэВ                
Пробег, см 1.3·10-3 7.8·10-3 1.8·10-2 6.2·10-2 2.7·10-1 7.0·10-1 3.6  
Пробег, мг/см2 3.45         1.9·103 9.8·103 400·103

Таблица 3.

Пробеги альфа-частиц в воздухе, биологической ткани, алюминии.
Энергия -частиц, МэВ        
воздух, см 2.5 4.6 7.4 10.6
Биологическая ткань, мкм        
алюминий, мкм        

 

3.2. Электроны, позитроны Прохождение электронов и позитронов через вещество отличается от прохождения тяжелых заряженных частиц. Главная причина - малые массы покоя электрона и позитрона. Это приводит к относительно большому изменению импульса при каждом столкновении, что вызывает заметное изменение направления движения электрона или позитрона и как результат - электромагнитное радиационное излучение. Ионизационные потери электронов преобладают в области относительно небольших энергий. С ростом энергии электрона Е растут радиационные потери. Отношение (К) удельных радиационных и ионизационных потерь энергии определяется зависимостью: К=(dЕ/dх)рад/(dE/dx)иониз=1.26*10-3 ZE где Е выражается в Мегаэлектронвольтах, Z - средний заряд ядер атомов среды. Энергия электронов Екрит, при которой величина удельных радиационных потерь равна величине удельных ионизационных потерь - называется критической. Критические энергии для различных веществ приведены в табл.4. Таблица 4.
Критические энергии электронов Екрит и радиационные длины Lr для различных веществ.
Вещество Критическая энергия, Екрит (Мэв) Радиационная длина, Lr
г/см2 см
Н   63.1 7 105
С   42.7 19.4
Воздух   36.2 3 104
А1     8.9
Fe   13.8 1.77
Сu 21.5 12.9 1.4
Рb 6.9 6.4 0.5

При энергиях электрона выше критической радиационные потери преобладают над ионизационными. Так для электронов с энергией 100 Мэв радиационные потери в железе и свинце превышают ионизационные соответственно в 3 и 10 раз. В области энергий, в которой преобладают радиационные потери, энергия электронов экспоненциально убывает при прохождении через вещество:

E = E0exp(x/Lr)

где Ео - начальная энергия электрона,
Е - энергия электрона после прохождения длины х,
Lr - радиационная длина.
Прохождение позитронов в веществе описывается теми же соотношениями. Дополнительно необходимо учесть эффекты аннигиляции налетающего позитрона с электроном вещества. Сечение аннигиляции анниг ~ 1/v, поэтому позитроны аннигилируют, практически потеряв всю свою энергию.
Масса электронов значительно меньше массы тяжелых частиц, что сказывается на характере их движения в веществе. При столкновении с атомными электронами и ядрами электроны значительно отклоняются от первоначального направления движения и двигаются по извилистой траектории. Для электронов вводится эффективный пробег, определяемый минимальной толщиной вещества, измеряемой в направлении исходной скорости пучка и соответствующей полному поглощению электронов.
Эффективные пробеги в (г/см2) электронов с энергией Е (МэВ) в алюминии можно определить по формулам:

R(А1) = 0.4 E1.4, при 0.15 < Е < 0.8,
R(A1) = 0.54 Е - 0.133, при 0.8 < Е < 3,

Эффективный пробег электронов в веществе с зарядом Z и массовым числом А связан с эффективным пробегом в алюминии следующим образом:

R(A,Z) = R(А1) · (Z/A)Al / (Z/A)

Эффективные пробеги электронов в различных веществах приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Эффективные пробеги (в см) электронов в различных веществах в зависимости от их энергии.
Вещество Энергия электрона, МэВ
0.05 0.5      
Воздух 4.1   2·103 1.7·104 6.3·104
Вода 4.7·10-3 0.19 2.6    
Алюминий 2·10-3 0.056 0.95 4.3 8.6
Свинец 5·10-4 0.02 0.30 1.25 2.5

 

Удельные потери электронов с кинетической энергией (Е) складываются из суммы ионизационных и радиационных потерь: А. Ионизационные потери Б. Радиационные потери при E << mec2 при mec2 << E << 137 mec2 Z-1/3 при E >> 137 mec2 Z-1/3 здесь me - масса электрона (mec2 = 511 кэВ - энергия покоя электрона); с - скорость света; v - скорость электрона; = v/c; Z - заряд ядер вещества в единицах заряда позитрона; - средний ионизационный потенциал атомов вещества среды, через которую проходит частица. = 13.5 эВ * Z; nе - плотность электронов в веществе; rо = е2/mес2 = 2.8 * 10-13 см - классический радиус электрона. Радиационные потери можно описать с помощью следующего простого соотношения: , где Lr радиационная длина

 

3.3.Нейтроны В связи с отсутствием у нейтронов электрического заряда они проходят в веществе без взаимодействий сравнительно большие расстояния, измеряемые сантиметрами. Эффективные сечения взаимодействия нейтронов с электронами атома малы ( 10-22 см2) по сравнению с сечением взаимодействия заряженной частицы с атомом ( 10-16СМ2). Нейтроны сталкиваются главным образом с ядрами атомов, входящих в состав вещества. Явления, происходящие при взаимодействии нейтронов с ядрами, зависят от кинетической энергии нейтронов. Поэтому обычно нейтроны делят на отдельные энергетические группы - тепловые, медленные и быстрые нейтроны. Границы этих энергетических групп условны (табл.6). Таблица 6.
Классификация нейтронов по энергии.
Энергия нейтронов Типы нейтронов
<0.05 эВ (=580 К°) Тепловые нейтроны
0.05 эВ - 1 кэВ Медленные нейтроны
> 1 кэВ Быстрые нейтроны

Быстрые нейтроны передают энергию главным образом в результате прямых столкновений с атомными ядрами. Энергия, переданная от нейтрона ядру (Е ядра), зависит от массы ядра и угла рассеяния.
В среде из легких ядер нейтроны могут передавать практически всю свою энергию в результате одного столкновения, если столкновение лобовое. Для быстрых нейтронов наиболее важным результатом взаимодействия являются упругие (n,n) и неупругие (n,n') столкновения с атомными ядрами. В зависимости от типа ядра и энергии налетающего нейтрона величина сечения изменяется в интервале нескольких барн.

где M, m - масса ядра и масса нейтрона, Еn - начальная энергия нейтрона, - угол между первоначальным направлением движения нейтрона и направлением движения ядра отдачи в лабораторной системе координат.
Для медленных нейтронов наблюдаются максимумы в сечении взаимодействия при определенных значениях энергий нейтронов Еn, характерных для данного вещества. Основные процессы - рассеяние и замедление нейтронов до тепловых скоростей.
Энергии тепловых нейтронов не превышают энергии связи атомов в водородосодержащих молекулах. Поэтому в случае, если не происходит ядерной реакции, тепловые нейтроны могут вызвать лишь возбуждения колебательных степеней свободы, что приводит к разогреву вещества.
Наиболее характерными реакциями при взаимодействии тепловых нейтронов с веществом являются реакции радиационного захвата (n, ). При уменьшении энергии нейтронов сечение упругого рассеяния (n,n) остается примерно постоянным на уровне нескольких барн, а сечение (n, ) растет по закону 1/v, где v -скорость налетающего нейтрона. Поэтому для очень медленных нейтронов возрастает не только абсолютная, но и относительная роль реакций радиационного захвата.
Наиболее существенные реакции, идущие под действием тепловых нейтронов, следующие:
n + 3Hе -> 3H + р + 0.76 МэВ ( = 5400 барн),
n + 14N -> 14C + р + 0.63 МэВ ( = 1.75 барн),
n + 6Li -> 3H + + 4.78 МэВ ( = 950 барн),
n + 10B -> 7Li + + 2.79 МэВ ( = 3840 барн).
В области тяжелых ядер начинают проявлять себя реакции деления (n,f). Однако для живой материи, состоящей преимущественно из легких элементов, эти реакции несущественны.

 

Ослабление узкого коллимированного пучка нейтронов тонким слоем вещества происходит по экспоненциальному закону: I(x) = I0exp(-N x) где I0 и I(х) - значения плотности потока до и после прохождения слоя вещества х, N - число ядер в единице объема вещества, а- полное сечение взаимодействия нейтронов с веществом. Величина = N имеет размерность обратной длины (см-1) и называется - линейный коэффициент ослабления потока нейтронов в веществе. Величина = 1/ имеет размерность длины и называется - длина свободного пробега нейтрона в веществе. Средняя длина пробега по отношению к поглощению a - это расстояние, при прохождении которого плотность потока нейтронов из-за поглощения уменьшается в e раз. Плотность потока нейтронов N(R) на расстоянии R от точечного источника, испускающего N0 моноэнергетических нейтронов в единицу времени, определяется соотношением: Для защиты от нейтронных источников высокой интенсивности наиболее употребительным материалом в промышленности является бетон. На рис.2 приведены в полулогарифмическом масштабе кривые ослабления γ-лучей, быстрых и тепловых нейтронов в бетоне. Данные о длине свободного пробега быстрых нейтронов в различных материалах приведены в табл.7. В лабораторных условиях для защиты от быстрых нейтронов обычно используют комбинированную защиту, состоящую из парафина (воды), кадмия (бора) и свинца. В такой защите последовательно происходит замедление быстрых нейтронов (парафин, вода), поглощение нейтронов в результате (n,γ) реакции (кадмий, бор) и ослабление интенсивности образующихся γ-квантов (свинец).
Мощность дозы, относительные единицы Рис.2. Кривые ослабления в бетоне гамма-лучей (1), быстрых нейтронов (2), общего потока нейтронов (3), медленных нейтронов (4) и тепловых нейтронов (5).

Таблица 7.

Длина свободного пробега быстрых нейтронов () в различных
Материал Химическая формула Плотность г/см3 (см) при энергии:
4 МэВ 14.9 МэВ
Полиэтилен (СН2)4 0.92 5.5 13.9
Плексиглас С5Н802 1.18 6.3 15.2
Карбид бора В4С 1.67 12.0 17.2
Графит С 1.6Т 11.4 24.0
Алюминий А1 2.7 14.1 15.9
Железо Fe 7.89 7.6 8.3
Свинец Рb 11.34 15.0 15.5

 

3.4. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом При прохождении через вещество фотоны (гамма-кванты) взаимодействуют с атомами, электронами и ядрами, в результате их интенсивность уменьшается. В области энергий до 10 Мэв наиболее существенными процессами являются фотоэффект, эффект Комптона и образование злектрон-позитронных пар. При энергии гамма-квантов больше 10 Мэв превышается порог фотоядерных реакций и в результате взаимодействия фотонов с ядрами становятся возможны реакции типа (,р), (,n), (,a). Сечения фотоядерных реакций в области энергий до 100 Мэв составляют 1% полного сечения взаимодействия гамма-квантов с атомом. Однако фотоядерные реакции необходимо учитывать в процессах преобразования фотонного излучения в веществе, так как вторичные заряженные частицы, такие как протоны и альфа-частицы, могут создавать высокую плотность ионизации. При фотоэффекте фотон поглощается атомом и высвобождается электрон. Энергетические соотношения при этом выглядят следующим образом: - Ее + Ei где - энергия первичного фотона, Ei энергия связи электрона в атоме, Ее - кинетическая энергия вылетевшего электрона. После вылета фотоэлектрона в атомной оболочке образуется вакансия. Переход менее связанных электронов на вакантные уровни сопровождается выделением энергии, которая может передаваться одному из электронов верхних оболочек атома, что приводит к его вылету из атома (эффект Оже) или трансформироваться в энергию характеристического рентгеновского излучения. Таким образом, при фотоэффекте часть энергии первичного гамма-кванта преобразуется в энергию электронов (фотоэлектроны и электроны Оже), а часть выделяется в виде характеристического излучения, Линейный коэффициент фотопоглощения можно записать в виде: = k + s где k - характеризует часть коэффициента поглощения, приводящую к преобразованию первичной энергии фотона в кинетическю кинетическую энергию электрона. s - характеризует преобразование энергии первичных фотонов в энергию характеристического излучения. Линейный коэффициент фотоэлектрического поглощения пропорционален отношению: = Z5 / 3.5 Величина резко уменьшается с ростом энергии и при > 10 Мэв фотоэлектроны практически не образуются. Ослабление интенсивности (I) падающего пучка фотонов в зависимости от толщины слоя вещества описывается соотношением: I(x) = I0 e- x где = + + и - линейный коэффициент ослабления в случае фотоэффекта, - линейный коэффициент ослабления для комптон эффекта, - линейный коэффициент ослабления в случае эффекта образования пар.
- эффект Комптона
- эффект образования пар
- фотоэффект

В случае эффекта Комптона, часть энергии -кванта преобразуется в кинетическую энергию электронов отдачи, а часть энергии уносит рассеянный фотон. Аналогично фотоэффекту линейный коэффициент комптоновского взаимодействия можно представить в виде:

ε = εk + εs

где εk и εs имеют тот же смысл, что и k, s в случае фотоэффекта.
Вероятность рассеяния -квантов в случае эффекта Комптона зависит от плотности атомных электронов
ne - Z. Линейный коэффициент комптоновского рассеяния - Z / . Поэтому с увеличением энергии число рассеянных -квантов уменьшается.
В случае тяжелых ядер комптон-эффект начинает преобладать над фотоэффектом в области энергий
> Mэв. Комптон-эффект слабее зависит от энергии по сравнению с фотоэффектом. Поэтому им можно пренебречь лишь в области энергий >10Мэв, где становится существенным эффект образования электрон-позитронных пар.
В случае образования электрон-позитронных пар баланс энергии имеет следующий вид:

= 2mec2 + Ee- + Ee+

где Ее- и Ee+ кинетические энергии электрона и позитрона.
В случае эффекта образования электрон-позитронных пар энергия первичного фотона преобразуется в кинетическую энергию электрона и позитрона и в энергию аннгиляционного излучения.
Если через обозначить линейный коэффициент эффекта образования пар, то часть коэффициента к, характеризующая преобразование энергии первичного фотона в кинетическую энергию электрона и позитрона, определяется соотношением:

к = ( - 1.022) /

Линейный коэффициент эффекта образования пар - Z2 ln
В области энергий >10 Мэв основную роль в ослаблении пучка -квантов играет эффект образования пар.
Таким образом, во всех трех процессах взаимодействия первичного фотона с веществом часть энергии преобразуется в кинетические энергии электронов и позитронов, а часть - в энергию вторичного фотонного излучения.
Поэтому коэффициент линейного ослабления потока фотонов можно записать в виде:
= k + s
k - линейный коэффициент передачи энергии излучения. Он определяет долю энергии -излучения, переданную электронам и позитронам в слое вещества. Значения и k в различных средах даны в таблице 8.
s - линейный коэффициент рассеяния, Он определяет долю энергии -излучения, преобразованную в энергию вторичного -излучения.

Таблица 8.

Линейные коэффициенты передачи μk и линейные коэффициенты ослабления μ, в различных средах, см-1
Энергия -квантов МэВ Вода Алюминий Свинец
μk μ μk μ μk μ
0.1 0.0253 0.171 0.1002 0.444 24.494 60.0
0.2 0.0299 0.137 0.0742 0.323 6.645 11.8
0.5 0.0330 0.097 0.0775 0.228 1.022 1.72
1.0 0.0310 0.0706 0.0726 0.166 0.435 0.79
2.0 0.0260 0.0493 0.0613 0.117 0.218 0.51
5.0 0.0189 0.0302 0.0486 0.075 0.308 0.49
10.0 0.0154 0.0221 0.0451 0.062 0.372 0.60

Величина зависит от плотности , заряда ядер вещества Z и энергии -квантов :

= (, Z, ).

Можно ввести массовый коэффициент ослабления m = / .
Т
Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...