Реферат: Ионизирующие излучения, их характеристики и методы измерений
Е = hν – hν \ (2)
Образование электронно-позитронных пар . Если энергия гамма кванта превышает 1,02 МэВ , то он поглощается ядром, а из последнего одновременно вылетают электрон и позитрон (рис.5). Таким образом, гамма кванты способны косвенно ионизировать вещество. Возникшей паре передается вся энергия гамма кванта за вычетом энергии покоя пары, равной 1,022 МэВ.
Следует отметить, что позитрон нестабилен в присутствии электронов среды. Он быстро исчезает за счет аннигиляции с одним из электронов. В этом случае испускается 2 фотона с энергией по 0,511 МэВ.
Рассмотрим, проникающую способность гамма-квантов.
Как уже отмечалось, гамма-квант образуется при переходе ядра в более низкие энергетические состояния. Не имея массы, они не могут замедляться в среде, а лишь поглощаются или рассеиваются.
· При прохождении через вещество их энергия не меняется, но уменьшается интенсивность излучения по следующему закону (рис.6):
I = Iо е–- µх (2)
где: I = Еγ n / t ; n/ t – число гамма-квантов, падающих на единицу поверхности в единицу времени (плотность потока гамма-квантов); m – коэффициент поглощения; х – толщина поглотителя (вещества), см; Iо – интенсивность квантов до прохождения поглотителя, МэВ/с.
В формуле (2) величину µ можно найти в таблицах, ноона не несет прямой информации о степени поглощения гамма лучей веществом.
В практических расчетах удобно пользоваться и такой табличной величиной, как "толщина слоя половинного ослабления". Толщина слоя половинного ослабления – это такая толщина слоя материала, проходя которую интенсивность излучения гамма-квантов уменьшается в 2 раза. Запишем уравнение (2) в виде:
Iо /I = е– µх (3)
Полагая Iо /I = 2 и логарифмируя правую и левую части уравнения (3), получим: ln2 = md, d = 0,693/m.
Тогда, формула (3) примет вид:
I = Iо е– 0,693х/ d (4)
Толщина слоя половинного ослабления d берется из таблиц, но если они отсутствуют, то эта величина может быть вычислена приближенно по плотности материала ρ : d = 13/ r , (5) где: 13 см – слой воды, ослабляющий гамма-излучение в 2 раза; r – плотность материала, г/см3 . Для некоторых материалов величины d представлены в таблицах.
Рис. 6. К оценке ослабления гамма-излучений веществом
Выражение (4) можно преобразовать следующим образом:
Косл = I 0 / I = ехр (0,693х/ d ), (6)
где Косл – коэффициент ослабления гамма-излучения проходящего через преграду толщиной х и значением слоя половинного ослабления для данного материала d (рис.6). Выражение (6) можно упростить, полагая, что 0,693 = Ln2, получим:
Косл = 2х/ d (7)
Расчеты показывают, что проникающая способность гамма-излучения в воздухе – десятки и сотни метров, в твердых телах – многие сантиметры, в биологической ткани человека часть гамма-квантов проходят через человека насквозь, другие поглощаются.
Бета-излучение
В отличие от фотонов заряженные частицы теряют свою энергию в конденсированной фазе сравнительно небольшими порциями в результате многократных столкновений с электронами среды.
Прохождение бета-частиц через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями с ядрами и электронами тормозящей среды.
Упругое рассеяние бета-частиц на ядрах более вероятно и осуществляется при относительно низких энергиях электронов Е β < 0,5 МэВ ( рис.7). Упругое рассеяние бета-частиц на электронах в Z раз (Z – величина заряда ядра) менее вероятно, чем на ядрах (рис.8). Возможен в редких случаях и сдвиг ядер атомов кристаллической решетки (рис.9).
При энергии бета-частиц выше энергии связи электрона c ядром (до ≈ 1 МэВ) основным механизмом потерь энергии является неупругое рассеяние на связанных электронах, приводящее к ионизации и возбуждению атомов (рис.10).