 |
Взаимодействие с веществом b- излучения
|
|
|
|
Вопрос.
Акти́вность радиоактивного источника — ожидаемое число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.
Производные величины
Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу массы вещества источника.
Объёмная активность — активность, приходящаяся на единицу объёма источника. Удельная и объёмная активности используются, как правило, в случае, когда радиоактивное вещество распределено по объёму источника.
Поверхностная активность — активность, приходящаяся на единицу площади источника. Эта величина применяется для случаев, когда радиоактивное вещество распределено по поверхности источника.
Единицы измерения активности
В системе СИ единицей активности является беккерель (Бк, Bq); 1 Бк = с−1. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.
Внесистемными единицами активности являются:
- кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3,7×1010 Бк.
- резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 106 Бк (используется редко).
Удельная активность измеряется в беккерелях на килограмм (Бк/кг, Bq/kg), иногда Ки/кг и т. д.
Системная единица объёмной активности — Бк/м³, часто используются также Бк/л. Системная единица поверхностной активности — Бк/м², часто используются также Ки/км² (1 Ки/км² = 37 кБк/м²).
Существуют также устаревшие внесистемные единицы измерения объёмной активности (применяются только для альфа-активных нуклидов, обычно газообразных, в частности для радона):
- махе; 1 махе = 13,5 кБк/м3;
- эман; 1 эман = 0,1 нКи/л = 3,7 Бк/л = 3700 Бк/м3.
Вопрос
Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию ионов разных знаков.
Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение.
|
|
|
Непосредственно ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества.
Косвенно ионизирующее излучение представляет собой поток незаряженных частиц (нейтронов, фотонов), которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения при взаимодействии со средой.
Ионизирующее излучение, представляющее собой частицы с ненулевой массой покоя, называют корпускулярным.
К фотонному ионизирующему излучению относится гамма-излучение и рентгеновское излучение.
Энергией ионизирующего излучения называют суммарную энергию ионизирующих частиц (без учета энергии покоя), испущенную, переданную или поглощенную. Единицей энергии ионизирующего излучения в СИ является джоуль (Дж). Кроме того, рекомендуется применять уже упоминавшуюся внесистемную единицу электрон-вольт и десятичные кратные ей единицы для измерения энергии отдельных ионизирующих частиц.
Корпускулярное и фотонное излучения, испускаемые атомным ядром, могут быть обнаружены только по их взаимодействию с веществом. Если это взаимодействие незначительно, то обнаружение такого излучения, например излучения нейтрино, представляет собой чрезвычайно трудную задачу.
Излучение взаимодействует преимущественно с электронами атомов. При этом может происходить происходит возбуждение атомов, но в основном идет процесс ионизации атомов, который состоит в отрыве от атома по крайней мере одного электрона:
М ®М++е-
(стрелкой здесь обозначено воздействие ионизирующего излучения).
Взаимодействие излучения с атомными ядрами используют только для обнаружения незаряженных, нейтронов, не обладающих ионизирующим действием: при упругих столкновениях нейтронов с ядрами водорода образуются протоны отдачи, которые могут быть обнаружены как заряженные частицы.
|
|
|
Проникающую способность различных видов излучения принято характеризовать толщиной слоя вещества, при котором интенсивность излучения уменьшается наполовину, причем толщину обычно выражают массой вещества на единицу поверхности, г/см2 или мг/см2 (масса на единицу поверхности равна плотности, умноженной на толщину слоя.)
Взаимодействие с веществом a - излучения
a-частицы сильно взаимодействуют с различными веществами, т. е. легко поглощаются ими (табл. 3.1). Тонкий лист бумаги или слой воздуха толщиной несколько сантиметров достаточны для того, чтобы полностью поглотить a-частицы.
Таблица 1. Пробег a-частиц 214Ро (Еa=7,69 МэВ) в различных веществах
| Вещество | Средний пробег, мг/см2 |
| Воздух | 8,5 |
| Слюда | 10,1 |
| Алюминий | 11,0 |
| Медь | 16,3 |
| Золото | 27,0 |
При прохождении через вещество a-частицы почти полностью отдают свою энергию в результате электростатического взаимодействия с электронами оболочек атомов.
Энергия a-частиц идет на ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды (ионизационные потери). Этот процесс может рассматриваться как упругое столкновение a-частицы с электронами, при котором a-частица теряет часть своей энергии.
Поток a-частиц - это сильно ионизирующее излучение.
Энергия образования одной пары ионов в воздухе составляет около 35 эВ, так что при прохождении a-частицы с энергией Еa=4,2 МэВ (238U) до момента ее поглощения образуется около 105 пар ионов. В конце пробега, когда энергия а-частицы уменьшается и становится недостаточной, чтобы производить ионизацию, она, присоединив к себе два электрона, превращается в атом гелия.
Соударения с электронами практически не изменяют траекторию движения тяжелой a-частицы (масса равна 4 а.е.м.), поэтому можно считать, что она движется практически прямолинейно.
Подобно a-частицам. взаимодействуют с веществом протоны и тяжелые ионы.
Взаимодействие с веществом b- излучения
b-частицы - это электроны (или позитроны), испускаемые ядрами радонуклидов при b-распаде.
b-частицы обладают сплошным энергетическим спектром.
В зависимости от энергии б-частиц различают:
- мягкое b-излучение (нескольких десятков кэВ);
- жесткое b-излучение (до нескольких единиц МэВ).
Вероятность взаимодействия b-частиц с веществом меньше, чем для a-частиц, так как b-частицы имеют в два раза меньший заряд и приблизительно в 7300 раз меньшую массу.
|
|
|
Удельная ионизация для b-частицы составляет 4 - 8 пар ионов на 1 мм пути, т.е. пробег b-частиц намного больше пробега a-частиц с той же энергией. Максимальные пробеги b-частиц с энергией 1 МэВ составляет в воздухе около 4 м, в воде - 4,4 м, в алюминии - 2 мм.
При взаимодействии b-частиц с электронами атомов массы соударяемых частиц можно считать одинаковыми, поэтому b-частицы при столкновении отклоняются гораздо сильнее, в результате чего при торможении траектория движения b-частиц имеет вид ломаной линии.
Скорость b-частиц сравнима со скоростью света.
Взаимодействие электронов и позитронов с веществом качественно одинаково и складывается из трех основных процессов:
- упругого рассеяния на атомных ядрах;
- рассеяния на орбитальных электронах;
- неупругих столкновений с атомным ядром.
Упругое рассеяние b-частиц происходит в основном на ядрах, но могут также происходить и на атомных оболочках. Вследствие малой массы, b-частицы могут отклоняться на большие углы. Чем меньше энергия b-частиц, тем больше (в среднем) отклонение, которое она испытывает.
Поэтому при радиометрических измерениях неюбходимо учитывать эффект обратного рассеяния, который может привести к увеличению счета.
Рассеяние b-частиц на орбитальных электронах среды является наиболее важным процессом для регистрации b-частиц. Потерянная при столкновении энергия b-частицы передается орбитальному электрону, что ведет к возбуждению или ионизации атома.
При ионизации b-частицы выбивают орбитальные электроны, которые могут производить вторичную ионизацию. Полная ионизация равна сумме первичной и вторичной ионизации. На 1 мкм пути в веществе b-частица создает несколько сотен пар ионов.
При неупругом столкновении электронов с ядрами атомов происходит торможение электронов в поле ядра. Уменьшение энергии электронов в результате торможения приводит к испусканию тормозного рентгеновского излучения.
|
|
|
Потери энергии тем больше, чем больше энергия b-частицы и атомный номер элемента поглотителя. Поэтому для снижения тормозного излучения защиту для b-источников выполняют из материалов с малым атомным номером - алюминий, органическое стекло и др.
В случае применения тяжелых материалов возникает тормозное (вторичное) излучение, которое является рентгеновским и обладает большой проникающей способностью.
|
|
|
