Дозиметрические характеристики поля излучения. Дозовые характеристики, однозначно характеризующие радиационный эффект, страница 4

При прохождении через вещество частицы и g - излучение взаимодействуют с атомами, из которых оно состоит, т.е. с электронами и атомными ядрами. Известны три  вида взаимодействия, в которых могут участвовать частицы и g - излучение:

n электромагнитное;

n сильное;

n слабое.

Наличие перечисленных процессов не позволяет рассматривать их вместе. Поэтому прохождение ионизирующих излучений через вещество должно рассматриваться раздельно для тяжелых заряженных частиц, g - квантов, b - частиц и нейтронов.

При взаимодействии со средой любого излучения, протекают следующие физические процессы:

n рассеяние излучения или частиц;

n поглощение;

n отражение;

n деление;

n прохождение без взаимодействия.

Вид взаимодействия определяется сортом частиц, видом излучения, энергией и средой.

Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны. Электромагнитное взаимодействие актуально для заряженных частиц, фотонов и в некоторой степени для нуклонов (т.к. есть магнитный момент). Переносчиками сильного взаимодействия являются p-мезоны.

Закон ослабления. Все виды излучения при прохождении через среду экспоненциально ослабляются. В геометрии узкого пучка:

, где S - макроскопическое сечение процесса - доля частиц, которая прошла элемент пути Dx:

, где   -  средняя длина пробега частиц. На данной толщине излучение ослабляется  в е раз.

Микроскопическое сечение.

 , где s - микроскопическое сечение;

         N - число всех взаимодействующих частиц;

F - флюенс частиц;

         n - число частиц - мишеней.

Мишени: атом, электрон, ядро.

Электронные и атомные сечения.

, где r - плотность;

      А - массовое число.

.

Массовое сечение:

         [см³ / (гЧсм)] = [см² / г].

Связь между этими коэффициентами определяется соотношением:

 

Взаимодействие заряженных частиц с веществом

Заряженная частица – это прямоионизирующая частица, которая, двигаясь в веществе, теряет энергию на:

n возбуждение;

n ионизацию;

n торможение в кулоновском поле (ядра);

n упругое взаимодействие.

Особенности данных типов взаимодействия:

Упругое взаимодействие - т.е. взаимодействие, при котором сумма кинетических энергий взаимодействующих частиц до взаимодействия и после сохраняется неизменной - в дозиметрии не учитывается в виду малого его вклада (1-2%).

Возбуждение - взаимодействие, вызывающее переход электронов атома на возбужденный уровень - в дальнейшем приводит к процессу релаксации атома с испусканием вторичных фотонов, что важно учитывать.

Ионизация - процесс отрыва электрона от атома - характеризуется средней энергией ионообразования (т.е. энергией, необходимой для образования одной пары ионов), которая различна для каждого газа и вида излучения.

Торможение - процесс потери энергии частиц за счет испускания тормозного излучения.

Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным спектром, возникающее при изменении кинетической энергии заряженных частиц.

Интенсивность тормозного излучения:

, где Z - заряд мишени;

      m - масса заряженной частицы;

      r - прицельное расстояние.

Интенсивность тормозного излучения зависит от массы заряженной частицы. У протона тормозные потери в 3Ч10⁶ раз меньше, чем у электрона.

Полные потери энергии заряженной частицы равны сумме ионизационных и радиационных потерь:

.

Для заряженных частиц также характерны черенковское излучение, синхротронное излучение и переходное излучение.

Специфика взаимодействия тяжелых заряженных частиц

Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом рассмотрим на примере a-частиц. Энергия a-частиц, испускаемых естественными и искусственными радионуклидами, колеблется в пределах 4,0 – 9,0 МэВ, и как правило моноэнергетично. При прохождении через вещество энергия  a-частицы в основном расходуется на ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды.

Возбуждение атомов требует меньше энергии, чем ионизация, и летящая заряженная частица способна возбуждать атомы, расположенные на большем расстоянии от её траектории, чем при ионизации. На каждый акт ионизации приходится два – три акта возбуждения.