Радиометрия скважин. Радиоактивные параметры вещества. Законы радиоактивного превращения, страница 5

Энергия частиц. Энергия частиц выражается в электрон-вольтах (эВ), килоэлектрон-вольтах (кэВ), мегаэлектрон-вольтах (МэВ). Электрон-вольт - энергия, приобретаемая электроном в поле напряженностью 1 вольт.

     1 эВ = 1,6*10^-19 Дж

От величины энергии частиц зависит их проникающая способность и взаимодействие с ядрами элементов облучаемого вещества. Энергия g-квантов изменяется от 0,02 до 5 МэВ и характеризуется: слабых энергий до 1,5 МэВ, мягкого излучения - (0,5 - 1 МэВ), жесткого излучения - более 1 МэВ.

Табл. 2.5. Ширина спектров и энергия излучений

 радиоактивных рядов

Нейтроны по энергии различают: тепловые - менее 0,025 эВ; надтепловые – (0,05 - 1 эВ), ), резонансные - (1 – 10 эВ), медленные - (10 эВ – 1 кэВ), промежуточные - (1 кэВ– 0,5 МэВ), быстрые – более 0,5 МэВ. Указанная классификация приближенная.

Энергия естественного a-излучения колеблется в пределах 2 - 10,6 МэВ,  b-излучения - 1 кэВ- 3,1 МэВ,  g-излучения – 0,01-2,02 МэВ.

2.2  Взаимодействие излучений с веществом

Разные виды излучений при проникновении в вещество высвобождают разное количество энергии.

Проникновение элементов излучения в вещество зависит от многих факторов: массы излучаемой частицы, ее заряда, скорости движения (энергии), а также от вещества, в котором происходит замедление и поглощение излучения. Так, расстояние пробега частиц в веществе соответствует следующему ряду: нейтрино, нейтрон, g-излучение, b-частица, a-частица. Проникающая способность альфа- и бета-частиц невелика, они почти полностью поглощаются листком бумаги. Несмотря на это, они опасны при непосредственном контакте с радиоактивным веществом.

Гамма-излучение. Гамма лучи – это ультракороткое электромагнитное излучение с длиной волны около 0,1 нм. Гамма-излучение относится к сильно проникающему. Для полного его поглощения требуется слой горных пород в десятки сантиметров. В веществе развиваются три процесса: фотоэффект, комптон-эффект, образование электронно-позитронных пар (рис. 2.1).

Фотоэффект: при взаимодействии гамма-кванта малой энергии он поглощается электроном. В веществе появляются быстрые электроны. Вероятность фотоэффекта возрастает с увеличением атомного номера элемента. Взаимодействие происходит с электронами ближайших к ядру атома оболочек.

Рисунок 2.1 Схема основных типов взаимодействия

 гамма-квантов с веществом.

а — фотоэффект; б — эффект образования пар; в — комптон-эффект; 1 — ядро; 2 — электрон; 3 — гамма-квант до взаимодействия; 4 — рассеянный гамма-квант; 5 — электрон или позитрон

Электрон, поглотивший гамма-квант, вылетает из орбиты, поэтому атом возбуждается и, возвращаясь к устойчивому состоянию, испускает рентгеновское излучеие (флюоресценция) с энергией более 100 кэВ. Фотоэффект вызывают гамма-кванты с энергией, равной связи электрона с атомом (до 0,5 МэВ), и с увеличением этой энергии вероятность фотоэффекта резко уменьшается. Вероятность фотоэлектрического поглощения значительно возрастает с увеличением атомного номера поглощающего элемента и уменьшением энергии гамма-кванта. Для тяжелых элементов фотоэффект возможен и при больших энергиях в несколько МэВ.

Комптон-эффект: если энергия гамма-кванта превышает энергию связи электронов в атоме,  g-квант передает электрону часть своей энергии и изменяет направление движения. Имеет место упругое рассеяние g-квантов, которое называется комптоновским. Векторная диаграмма рассеяния вытянута по направлению движения фотона. Энергия рассеяния достигает максимума при рассеянии "назад". Диапазон энергии g-кванта, при котором наблюдается комптон-эффект, находится в пределах 0,5 - 5 МэВ, но ширина диапазона разная для разных элементов (рис.2.2).