Реферати українською » Физика » Іонізуючі випромінювання, їх характеристики та методи вимірювань


Реферат Іонізуючі випромінювання, їх характеристики та методи вимірювань

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>Ионизирующие випромінювання, їх характеристики і нові методи вимірів

 


Коротка характеристика іонізуючого випромінювання здійснюватиме

 

>Ионизирующее випромінювання (ІІ) – це випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення у середовищі іонів різних знаків. Випромінення вважається іонізуючим, коли вона здатне розривати хімічні зв'язку молекул.Ионизирующее випромінювання ділять на корпускулярне іфотонное.

Радіохвилі, світлові хвилі, теплова енергія Сонця не ставляться до іонізуючим випромінюванням, оскільки де вони призводять до пошкодження організму шляхом іонізації.

>Корпускулярное – це потік часток отримують за масою відмінній від нуля (електрони, протони, нейтрони, альфа-частинки).

>Фотонное – це електромагнітне випромінювання, побічно іонізуюче випромінювання (гама випромінювання, характеристичний випромінювання, гальмівне випромінювання, рентгенівське випромінювання,аннигиляционное випромінювання).

>Альфа-излучение – це потік альфа-частинок (ядер атомів гелію),испускаемих при радіоактивному розпаді, і навіть при ядерних реакціях і перетвореннях.Альфа-частици мають сильної іонізуючої здатністю і незначною проникаючої здатністю. У повітрі вони проникають на глибину кілька сантиметрів, в біологічної тканини – на глибину частки міліметра, затримується листом папери, тканиною одягу.Альфа-излучение особливо небезпечно потрапляючи його джерела всередину організму з їжею чи з вдихуваним повітрям.

>Бета-излучение – це потік електронів чи позитронів,испускаемих ядрами радіоактивних елементів прибета-распаде. Їх іонізуюча здатність менше, ніж в альфа-частинок, але яка проникає здатність в багато разів більше, і як десятки сантиметрів. У біологічної тканини вони проникають на глибину до 2 див, одягом затримується лише частково.Бета-излучение небезпечний здоров'я, як із зовнішньому, і при внутрішнього опромінення.

>Протонное випромінювання – це потік протонів, що є основою космічного випромінювання, і навіть можна побачити при ядерних вибухи. Їх пробіг повітря і яка проникає здатність займають проміжне становище між альфа ібета-излучением.

>Нейтронное випромінювання – потік нейтронів, можна побачити при ядерних вибухи, особливо нейтронних боєприпасів і ядерного реактора. Наслідки його на довкілля залежить від початковій енергії нейтрона, яка не може змінюватися не більше 0,025 –300МеВ.

Гамма-випромінювання – електромагнітне випромінювання (довжина хвилі 10–10–10–14 м), що у окремих випадках при альфа ібета-распаде, анігіляції частинок і за порушенні атомів та його ядер, гальмуванні частинок в електричному полі.Проникающая здатність гамма-випромінення значно більше, ніж в перелічених вище видів випромінювань. Глибина поширеннягамма-квантов повітря може становити сотень і тисяч метрів.Ионизирующая здатність (непряма) значно менше, ніж в перелічених вище видів випромінювань. Більшістьгамма-квантов проходить через біологічну тканину, і лише незначна кількість поглинається тілом людини.

Гальмівний випромінювання –фотонное випромінювання з безперервним енергетичним спектром,испускаемое при зменшенні кінетичної енергії заряджених частинок. Вплив на довкілля таке, як й гамма-випромінювання.

>Характеристическое випромінювання –фотонное випромінювання з дискретним енергетичним спектром, виникає за зміни енергетичного стану електронів атома. Вплив на біологічну тканину аналогічногамма-излучению.

>Аннигиляционное випромінювання –фотонное випромінювання, що у результаті анігіляції частинки й античастинки (наприклад, позитрона й електрону). Вплив на біологічну тканину аналогічногамма-излучению.

>Рентгеновское випромінювання –фотонное випромінювання (довжина хвилі 10–-9–10–-12 м), що складається з гальмівного і (чи) характеристичного випромінювання, генерованого рентгенівськими апаратами, виникає при деяких ядерних реакціях. На відміну від гамма-випромінення воно має такими властивостями відбитка і переломлення.

Взаємодія іонізуючого випромінювання здійснюватиме з речовиною

>Альфа-частици, бета-частинки, викинуті з ядра, мають значної кінетичній енергією і, впливаючи на речовина, з одного боку виробляють його іонізацію, з другого проникають на певну глибину. Взаємодіючи з речовиною, вона втрачає цю енергію, переважно, внаслідок пружних взаємодій з ядрами атомів чи електронами, віддаючи все чи частину свого енергії, викликаючи іонізацію чи порушення атомів (тобто. переклад електрона з ближчою більш найвіддаленіші від ядра орбіту).Ионизация також проникнення на певну глибину мають принципове значення з метою оцінки впливу іонізуючого випромінювання на біологічну тканину різних видів випромінювань. Знаючи властивості різних видів випромінювань проникати через різні матеріали, останні можна використовувати як захисту людини, і деяких об'єктів, приладів та т.д.

Результати взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною залежать: від безлічі, заряду потоку частинок та його енергій; від виду фотонів та його енергій; від типу, і щільності речовини; від значення енергійвнутримолекулярних силоблучаемого речовини.

Взаємодія іонізуючого випромінювання з речовиною залежить від співвідношення мас і енергій частинок і може мати пружний чинеупругий характер.

З урахуванням вище сказаного можна зробити деякі висновки:

· заряджені частки, які відбуваються через речовина, взаємодіють і з орбітальними електронами атома, і з його ядром;

· при взаємодії з орбітальними електронами, енергія частинок витрачається на іонізацію атомів, якщо вона менш 35еВ і порушення атомів (переклад електрона з ближньої орбіти більш найвіддаленіші), якщо вона менш 35еВ;

· у процесі іонізації атома утворюються заряджені частки (вільні електрони), а атоми, втративши чи кілька електронів, перетворюються на позитивно заряджені іони;

· при взаємодії з ядром заряджена частка може або гальмуватися електричним полем ядра і "змінювати свій напрям руху очей чи поглинатися ядром. У першому випадку відбувається випущення гальмівного випромінювання, у другий випадок заряджена частка (за досить великий енергії) поглинається ядром, у своїй викидаються елементарні частинки й фотони. Поглиненна частки ядром зазвичай відбувається, якщо енергія частки перевищує 1,02МеВ.

Процес взаємодії, у якому зникають початкові і нові частки, називають ядерної реакцією. Розглянемо взаємодія різних видів випромінювань з речовиною.

Гамма-випромінювання

Взаємодіягамма-квантов з речовиною може супроводжуватися >фотоеффектом, >комптоновским розсіюванням й утворенням >електрон-позитронних пар. Вигляд ефекту залежить від енергіїгамма-кванта:

 

Єдо =h – Єі, (1)

де: h – стала Планка; > – частота випромінювання; Єі – енергія іонізації відповідної атомної оболонки (енергія зв'язку вибитого електрона з атома).

>Фотоеффект виникає при Є = 10еВ–1МеВ, тобто за щодо малих значеннях енергій. І тут вся енергіягамма-кванта передається орбітальному електрону, і він вибивається з орбіти (рис.3).

>Вибитий електрон називаєтьсяфотоелектроном. У результаті його відриву в атомі з'являється вільний рівень, який заповнюється однією з зовнішніх електронів. У цьому, або випускається вторинне м'яке характеристична випромінювання (процес флюоресценції), або енергія передається одного з електронів, який залишає атом (електронОже).Флюоресцентное випромінювання спостерігають в матеріалах з великим атомним номером. У матеріалах з низьким атомним номером переважає освіту електронівОже. Можливість фотоефекту збільшується зі зростанням атомного номери матеріалу і зменшується зі зростанням енергії фотона.

Зі збільшенням енергіїгамма-квантов явище фотоефекту стає дедалі більше, а при енергії 100–200кеВ починає виявляти перевагу До>омптон ефект.

>Комптоновским розсіюванням називається процес взаємодії фотонного випромінювання з речовиною, у якому фотон внаслідок пружного сутички з орбітальним електроном втрачає частину свого енергії і змінює напрям свого початкового руху, та якщо з атома вибивається електрон віддачі (>комптоновский електрон) (рис.4).

Енергіякомптоновского електрона дорівнює:

 

Є = >h>h (2)

 

Освітаелектронно-позитронних пар. Якщо енергія гама кванта перевищує 1,02МеВ, він поглинається ядром, та якщо з останнього одночасно вилітають електрон і позитрон (див. мал.5). Отже, гама кванти здатні побічно іонізуйте речовина. Виниклою парі передається вся енергія гама кванта з відрахуванням енергії спокою пари, рівної 1,022МеВ.

Слід зазначити, що позитрон нестабільний у присутності електронів середовища. Він швидко зникає з допомогою анігіляції одним із електронів. І тут випускається 2 фотона з енергією по 0,511МеВ.

Розглянемо, проникаючу здатністьгамма-квантов.

Як зазначалося, гамма-квант утворюється під час переході ядра на більш низькі енергетичні стану. Без маси, вони можуть сповільнюватися серед, а лише поглинаються чи розсіюються.

· Під час проходження через речовина їхня енергія не змінюється, але зменшується інтенсивність випромінювання з такого закону (див. мал.6):


I = Iпро е–- >µх (2)

де: I = Є>n/>t; n/>t – числогамма-квантов, падаючих на одиницю поверхні в одиницю часу (щільність потокугамма-квантов); >m коефіцієнт поглинання; x – товщина поглинача (речовини), див; Iпро інтенсивність квантів до проходження поглинача,МеВ/с.

У формулі (2) величину можна знайти у таблицях, але вона несе прямий інформації про рівень поглинання гама променів речовиною.

У практичних розрахунках зручно користуватися й такий табличній величиною, як "товщина шару половинного ослаблення". Товщина шару половинного ослаблення – це такий товщина шару матеріалу, проходячи яку інтенсивність випромінюваннягамма-квантов зменшується вдвічі. Запишемо рівняння (2) як:

 

Iпро /I = е–µх (3)

Вважаючи Iпро/I = 2 ілогарифмируя праву і ліву частини рівняння (3), одержимо:ln2 =md,d =0,693/m.

Тоді, формула (3) набуде вигляду:

 

I = Iпро е–0,693х/>d (4)

Товщина шару половинного ослаблення >d береться з таблиць, але вони відсутні, ця величина то, можливо обчислена наближено за щільністю матеріалу >: >d = 13/>r, (5) де: 13 див – шар води, слабшання гамма-випромінювання вдвічі; >r щільність матеріалу,г/см3. Для деяких матеріалів величини >d представлені у таблицях.


>Рис. 6. До оцінці ослаблення гамма-проміння речовиною

 

Вислів (4) можна перетворити так:

 

До>осл = I0/I =ехр (>0,693х/>d), (6)

де До>осл – коефіцієнт ослаблення гамма-випромінення який струменіє через перепону завтовшки x і значенням шару половинного ослаблення для цього матеріалу >d (див. мал.6). Вислів (6) можна спростити, вважаючи, що 0,693 =Ln2, одержимо:

 

До>осл = 2x/>d (7)

Розрахунки вчених показують, що яка проникає здатність гамма-випромінення повітря – десятки і сотні метрів, твердих тілах – багато сантиметри, в біологічної тканини людини частинагамма-квантов проходять через людини наскрізь, інші поглинаються.

>Бета-излучение

На відміну від фотонів заряджені частки втрачають свою енергію в конденсованої фазі порівняно невеликими порціями внаслідок багатократних сутичок з електронами середовища.

Проходженнябета-частиц через речовина супроводжується пружними інеупругимисоударениями з ядрами і електронами гальмуватиме середовища.

>Упругое розсіюваннябета-частиц на ядрах імовірніше здійснюється при щодо низьких енергії електронів Є> < 0,5МеВ (див. мал.7).Упругое розсіюваннябета-частиц на електронах в Z раз (Z – розмір заряду ядра) менше, мабуть, ніж ядрах (див. мал.8). Можливий в окремих випадках і зрушення ядер атомів кристалічною грати (див. мал.9).

При енергіїбета-частиц вище енергії зв'язку електрона з ядром (до 1МеВ) основним механізмом втрат енергії єнеупругое розсіювання на пов'язаних електронах, що веде до іонізації і порушення атомів (>рис.10).

При великих енергії електронів головний механізм втрат енергії є радіаційне гальмування, за якого створюється гальмівне випромінювання.


Однією з варіантів непружного взаємодії єК–захват.

Отже, процеси взаємодіїбета-частиц з середовищем характеризуються радіаційним гальмуванням і щодо великими збитками енергії чи значною зміною напрями їх руху на елементарному акті. У результаті взаємодії інтенсивність пучкабета-частиц зменшується майже з експоненті зі зростанням товщини яка поглинає шару x, тобто. длябета-частиц справедлива формула (3).

Шляхбета-частиц в речовині представляє ламану лінію, а пробігбета-частиц однакових енергій має значний розкид. Це з тим, що масабета-частиц вкрай низька, тому ймовірність пружного розсіювання на ядрах більше, ніж в важких частинок. У таблиці 2 показано середня глибина пробігубета-частиц повітря, біологічної тканини й у прикладу в алюмінії.

· Отже, бета-частинки немає точної глибини проникнення, оскільки у них безперервним енергетичним спектром. Для грубої оцінки глибини пробігубета-частиц користуються наближеними формулами. Один із них:

 

Rпорівн/R>возд = >r>возд/>rпорівн (7)

де: Rпорівн – довжина пробігу серед; R>возд – довжина пробігу повітря, R>возд = 450 Eb;r>возд іrпорівн – щільність повітря та середовища відповідно; Eb – енергіябета-частиц.

>Альфа-излучение

· Енергія альфа-частинок у межах 4–10МеВ, швидкість приблизно 20000 км/с. Маючи велику масу чуток і значну енергію, вони її витрачають здебільшогонеупругое розсіювання на електронах атомів. Отже, альфа-частинки мають великий іонізуючої здатністю. У окремих випадках альфа-частка може поринути у ядро і може викликати ядерну реакцію. Повна іонізація, створювана альфа-частинками по всьому шляху до середовищі, становить приблизно 120–150 тисяч пар іонів.

 

Таблиця 2 >Пробегибета-частиц

Максимальна енергіябета-частиц, Є,МеВ Повітря, див Біологічна тканину, мм Алюміній, мм
0,01 0,13 0,002 0,0006
0,02 0,52 0,008 0,0026
0,03 1,12 0,018 0,0056
0.04 1,94 0,030 0,0096
0,05 2,91 0,046 0,0144
0,06 4,03 0,063 0.0200
0.07 5,29 0,083 0,0263
0,08 6,93 0,109 0,0344
0,09 8,20 0,129 0,0407
0,1 10,1 0,158 0,050
0,5 119 1,87 0,593
1,0 306 4,80 1,52
1,5 494 7,80 2,47
2,0 710 11,1 3,51
2,5 910 14,3 4,52
3,0 1100 17,4 5,50
5,0 1900 29,8 9,42
10 3900 60,8 19,2

>Удельная іонізація змінюється від 25 до 60 тисяч пар іонів на 1 див шляху до повітрі.Удельная іонізація збільшується до кінця пробігу альфа-частинок. Це з тим, що з проходженні крізь речовина енергія альфа-частинки, отже, і його швидкість зменшується. Через війну збільшується можливість прямої її взаємодії з електронами атома. Це спричиняє збільшення іонізації речовини, досягаючи максимуму наприкінці пробігу.

>Альфа-частици, маючи подвійний електричний заряд ще більшу масу буквально "продираються" через атоми речовини. У результаті сильних втрат енергії альфа-частинки проникають на незначну глибину.

На відміну від фотонів ібета-частиц довжина пробігу альфа-частинок експонентному закону не підпорядковується. Тому користуютьсяимперическими формулами. Приміром, для повітря при 0°С і тиску 760 мм рт. ст. (>0,1Па), довжина пробігу альфа-частинок з енергією від 3 до 8МеВ то, можливо розрахована по формуліГейгера:

 

Ra = (Ea2/3) /3, (див) (8)

Довжина пробігу R> альфа-частинок повітря за нормальної температури 15 °С і тиску 0,1 >Па визначається по формулам:

Ra = 0,318 Ea2/3 , (див) – якщо Ea = (4–7)МеВ; (9)

Ra = 0,56 Ea2/3 , (див) – якщо Ea < 4МеВ. (10)

де: Ea – енергія альфа-частинок.

Пробіг альфа-частинок в речовині, відмінному від повітря визначають по формулі Брегга:

 

Ra = 10–4(M Ea3)1/2 />r, див (11)

де: М – атомна маса; >r – щільність речовини,г/см3.

Розрахунок наведеними формулам показує, що пробіг альфа-частинок повітря вбирається у 10 див, а біологічної тканини 120мкм, тобто. реальну загрозу альфа частки представляють потрапляючи їх до будинку організму.

У таблиці 3 показано довжина пробігу альфа-частинок повітря, біологічної тканини і алюмінії. Алюміній узятий у як приклад, оскільки саме метали найчастіше застосовуються за захистом чоловіки й електронних схем від іонізуючого випромінювання здійснюватиме.

· Порівняльна характеристика здібності проникнення випромінювань

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація