Основы радиационной безопасности, страница 5

При неупругом взаимодействии заряженных частиц их кинетическая энергия может уменьшаться из-за взаимодей­ствия с электрическим полем ядра. Такое уменьшение энер­гии называют радиационными потерями. Однако 90—99 % энергии при неупругом взаимодействии идет на ионизацию и возбуждение атомов среды. Результаты взаимодействия ИИ с веществом зависят: от массы, заряда и энергии частиц; от вида фотонов и их энергий, внутримолекулярных сил. Значения различных видов энергии следующие: энергия хи­мических превращений — 2—5 эВ; связь внешних электро­нов в атоме — 6—10 эВ; связь внутренних электронов — 0,1 МэВ, альфа-, бета- и гамма-излучений — 1—10 МэВ; удельная энергия связи для всех ядер — 8 МэВ. Установлено, что заряженные частицы, проходящие через вещество, взаи­модействуют как с орбитальными электронами атома, так и с его ядром. Взаимодействуя с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она не менее 35 эВ, и на возбуждение атомов (перевод элек­трона с ближней орбиты на более удаленную), если она ме­нее 35 эВ, - это ионизационные потери (неупругое столкно­вение). В процессе ионизации атома образуются заряжен­ные частицы (свободные электроны), а атомы, потерявшие один или несколько электронов, превращаются в положи­тельно заряженные ионы. При этом, взаимодействуя с яд­ром, заряженная частица может тормозиться электрическим полем ядра и менять свое направление движения или погло­щаться ядром. В первом случае происходит испускание тор­мозного излучения, во втором — заряженная частица погло­щается ядром с выбросом альфа-, бета-частиц, протона, нейтрона или гамма-излучения.

Процесс взаимодействия, при котором исчезают перво­начальные и появляются новые частицы, называется реак­цией. Поглощение частицы ядром обычно происходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ и более.

ВзаимодействиеИИсвеществом

Взаимодействие гамма-излучения с веществом. Гамма-из­лучение образуется при переходе ядра в более низкие энер­гетические состояния. Гамма-кванты, обладая нулевой мас­сой покоя, не могут замедляться в среде, поэтому они или поглощаются, или рассеиваются. При прохождении гамма-квантов через вещество их энергия не меняется, а интенсив­ность уменьшается по закону

J = J_oe^-μx,                                      (3.5)

где J_o - интенсивность квантов до прохождения через по­глотитель; μ — коэффициент поглощения; х - толщина поглотителя, см.

Величиной Jпользоваться неудобно, поэтому введено понятие "толщина слоя половинного ослабления" — это та­кая величина материала, при которой интенсивность умень­шается в 2 раза. Следовательно, с учетом (3.5) получим: ln2 = μd, где d= 0,693 — толщина слоя половинного ослаб­ления гамма-излучения. Упрощенно: (d— таблич­ная величина), где К_осл — коэффициент ослабления, обычно задается. Гамма-кванты, распространяясь на большие расстояния, могут насквозь пронизывать человека. При их про­хождении через вещество образуется фотоэффект, комптоновское рассеяние и электронно-позитронные пары. Вид эффекта зависит от энергии гамма-кванта , где h— постоянная Планка; — частота излучения. При радиоак­тивном распаде Е составляет от 10 кэВ до 5 МэВ, при ядерных взрывах до 20 МэВ. Фотоэффект возникает при Е_у равной от 10 эВ до 1 МэВ. В этом случае вся энергия гамма-кванта передается орбитальному электрону, и он вы­бивается из орбиты. С ростом энергии Е_у явление фотоэф­фекта становится все меньше, а при Е_у =100—200 кэВ на­чинает преобладать Комптон-эффект. В этом случае элек­трону передается лишь часть энергии гамма-кванта, при этом он меняет свое направление движения и уменьшается частота, а электрон, получив достаточную кинетическую энергию, покидает атом (упругое взаимодействие).