Поглощение b-излучения веществом

b -лучи обладают значительно большей проникающей способностью по сравнению с a -лучами. Если a -частица с энергией 3 МэВ в воздухе имеет пробег 1,7 см, то b -частица той же энергии – до 11 м. В зависимости от энергии пробег b -частиц в воздухе изменяется от долей мм до нескольких метров.

В отличие от a -лучей траектория b -частиц не является прямолинейной. b -частицы вследствие своей малой массы отклоняются электрическими полями электронов и ядер, фактический их путь в 1,5–4 раза превышает толщину пройденного слоя. Из-за того, что b -частицы, испускаемые препаратом имеют различные энергии от 0 до Е_max, а также из-за криволинейности движения b -частицы, говорить об определенной длине пробега b -частицы невозможно. По мере продвижения потока b -частиц через вещество количество b -частиц в потоке будет уменьшаться. Для не очень больших толщин поглотителя ослабление потока b -частиц описывается экспоненциальной зависимостью: ослабление на бесконечно малом участке пути пропорционально интенсивности излучения:

; (1.15)

Это уравнение справедливо для начала прохождения b -излучения и неверно вблизи величины максимального пробега. m-линейный коэффициент поглощения, он показывает какая часть b -частиц поглощается на единице толщины поглощающего слоя.

Установлено, что в первом приближении коэффициент m пропорционален плотности среды r; отношение будет почти постоянно. Это отношение называется массовым коэффициентом поглощения. Таким образом, конечное экспоненциальное уравнение:

(1.16)

где R – массовая толщина слоя поглощения, равная R=r×x.

Массовый коэффициент поглощения b -лучей уменьшается с увеличением энергии b -излучения. При Е_max > 0,5 МэВ для определения коэффициента массового поглощения, например алюминия, можно пользоваться эмпирическим уравнением:

или (1.17)

Установлено, что массовый коэффициент поглощения увеличивается с увеличением порядкового номера элемента поглотителя, причем значения коэффициентов а и b уменьшаются с увеличением энергии b -излучения приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 ‒ Значения эмпирических коэффициентов a и b для уравнения расчета массового коэффициента поглощения m/r

Характеристика b -излучения	а	b
Мягкое		0,615
Среднее		0,142
Жесткое	3,66	0,0318

Важной характеристикой поглотителя является – слой полного поглощения – он соответствует толщине слоя, пройденной b -частицей с максимальной энергией при минимальной кривизне траектории. Толщина слоя полного поглощения линейно зависит от энергии b -излучения и ее можно определить с помощью эмпирических уравнений:

для Е_max = 0,15 – 0,8 МэВ.

R_n = 0,407 Е_max, (1.18)

Е_max > 0,8 МэВ.

R_n = 0,542 Е_max – 0,133, (1.19)

где Е_max – максимальная энергия в МэВ; R_n – толщина слоя полного поглощения b -излучения в алюминии.

[У естественных радиоактивных изотопов максимальный пробег b -частиц в алюминии составляет 0,1-1,5 г/см², в воздухе 0,06-13 м ~ 1 г/см²]

Если известна толщина слоя полного поглощения в алюминии, то можно рассчитать толщину слоя полного поглощения в других веществах:

. (1.20)

Иногда для характеристики поглощения b -излучения используется величина слоя полупоглощения, ослабляющего b -излучение в 2 раза.

Связь между слоем полупоглощения (d, мм, см) и m можно установить следующим образом:

I = 1/2 I₀; 1/2 I₀ = I₀ × e^-md; ln2 = md; m = 0,693/d и d = 0,693/m (1.21)

Толщина слоя поглощения в 5-10 раз меньше толщины слоя полного поглощения. Вычислить ее можно с помощью эмпирического уравнения:

Е_max =12,3 R_1/2 + 0,63, (1.22)

где Е_max в МэВ; R – г/см².

Химическое действие b-излучения слабее чем у a-частиц, но оно распространяется в веществе на большую глубину. b-частицы разлагают воду, расщепляют углеводороды и т.п. Высокая интенсивность b-излучения приводит к восстановлению растворенных веществ, например, под действием b-излучения четырехвалентное олово Sn⁴⁺ восстанавливается до двухвалентного Sn²⁺ по реакции:

Sn⁺⁴ + 2e^- → Sn⁺².

Дата добавления: 2014-01-14