Тип взаимодействия гамма-квантов с веществом зависит от атомного номера элементов. Большинство осадочных пород состоит из легких элементов. Комптон-эффект преобладает для легких элементов в пределах энергий 0,1-10 МэВ, тяжелых – 0,5-5 МэВ.
Образование электронно-позитронных парпроисходит в поле ядра, при энергиях g-кванта более 5 МэВ. Рождается электронно-позитронная пара с суммарной энергией, равной энергии кванта. Процесс образования пар сопровождается мягким гамма-излучением (Е=0,511 МэВ), вызванным рекомбинацией образовавшегося позитрона с одним из свободных электронов среды. Позитрон – частица равная по массе электрону, но имеющая положительный заряд.
 |
Рисунок 2.2 Схема взаимодействия гамма-кванта с атомом
Альфа-излучение. Альфа-частица - это ядро атома гелия, имеет массу 4,0028 а.е.м. и заряд +2. Перемещаясь в пространстве, частица взаимодействует своим электрическим полем с атомами вещества. Из окружающей среды вырывается электрон, а в связи с большой скоростью движения, частицы проходят значительный путь, не успевая присоединить к себе свободные электроны. На пути движения частицы создаются положительные и отрицательные ионы. Замедляясь, частица увеличивает время взаимодействия с каждым электроном, что приводит к увеличению ионизации. В конце пути частица присоединяет электроны и превращается в нейтральный гелий. Длина пути пробега частицы около 1 см в воздухе, в плотных средах до 0,5-1 мм.
Бета-излучение. Бета-частицы – быстрые электроны или позитроны. Энергия b-частиц изменяется от незначительных энергий до десятков МэВ. Каждый изотоп имеет свою максимальную энергию излучения b-частиц и может быть обнаружен по спектру b-излучения. На этом принципе основан спектральный анализ элементов. Скорость движения частиц соизмерима со скоростью света. Путь b-частицы - ломаная линия в результате соударений.
В веществе b-частицы могут проникать вглубь атома и взаимодействовать с электронами внутренних орбит. Переход возбужденного атома в нормальное состояние сопровождается излучением фотонов. Если энергия b-частицы мала, то частица взаимодействует с электронами внешних орбит и может выбить электрон из атома, передав ему часть энергии. При этом и b-частица и выбитый электрон продолжают совершать ионизацию.
Пробег b-частицы в веществе зависит от ее энергии и плотности вещества. Изменение энергии от 0,01 до 20 МэВ увеличивает длину пробега для алюминия от 0,0006 до 39 мм, воды – 0,002 - 123 мм, воздуха – 0,13 - 7800 мм, в свинце до 5,5 мм.
Нейтронное излучение. Нейтроны лишены заряда, поэтому легко проникают сквозь электронные оболочки атомов и взаимодействуют с ядрами. Происходит рассеяние и далее поглощение нейтронов, которое сопровождается ядерными реакциями с испусканием a-частицы и g-квантов. Каждый изотоп имеет свой характерный спектр g-излучения, что дает возможность определять состав вещества.
Неупругое рассеяние происходит при высоких энергиях нейтрона. Возбуждается ядро и испускает гамма-квант. Спектр гамма излучения дает возможность определить вид химического элемента.
Упругое рассеяние – нейтрон отдает часть своей энергии, отклоняется от первоначального направления движения. Упругое рассеяние происходит при надтепловой энергии нейтрона.
Захват ядром нейтрона происходит при меньших энергиях. Средняя энергия тепловых нейтронов составляет 0,025 эВ, скорость – 2200 м/сек.
Рис. 2.3 Схема взаимодействия нейтронов с атомами
Таким образом, в веществе нейтрон, постепенно замедляясь, проходит стадии рассеяния, двигаясь при этом по сложной ломаной линии, а затем происходит поглощениее. Поглощение нейтрона сопровождается испусканием гамма-квантов (рис.2.3). Максимальной замедляющей способностью обладают водородсодержащие вещества: вода, нефть, парафин, так как масса водорода близка к массе нейтрона. На расстоянии более 80 см все нейтроны поглощаются водосодержащей средой (или Cl, Br) и гамма-излучение уменьшается. При малом содержании водорода в горных породах длина пробега нейтронов больше и гамма-излучение на детекторе будет выше.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.