Основные свойства различных видов ядерных излучений

Ионизация и поглощение энергии

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Лабораторная работа № 8

Энергия заряженной частицы рассеивается в среде главным образом в результате потерь на соударения, которые приводят к ионизации атомов и возбуждению молекул. Только при очень высоких энергиях частиц (для электронов 5 МэВ и выше) становятся заметными потери на излучение. В жидких средах (тело человека в первом приближении можно считать жидкой средой) энергия, которая теряется вторичными электронами в процессах соударения, делится приблизительно поровну между ионизацией и возбуждением. Однако эти две формы рассеяния энергии могут быть неравноценными с точки зрения химического и биологического воздействия. В настоящее время считается, что биологическое воздействие почти полностью обусловлено ионизацией.

Методы дозиметрии основаны на измерении ионизации газа (обычно воздуха) под воздействием ионизирующего излучения, поскольку ионизация является важнейшей величиной в медицинской радиологии. Воздух (смесь газов N₂-75%; O₂ -23%; С0₂-0,05%; Ar, Ne, Xe, Кг, Н₂0-1,85%) и мягкие ткани человеческого тела состоят главным образом из элементов с малыми атомными массами. Поэтому эффективные средние атомные массы воздуха, воды и человеческого тела мало отличаются, и поглощение ионизирующего излучения на единицу массы воздуха в весьма широких пределах значений энергии почти такое же, как в единице массы ткани и воды. Ионизацию воздуха можно достаточно точно и просто измерить с помощью ионизационной камеры. Существует большое количество разработок дозиметров на базе ионизационных камер для различных интенсивностей и видов излучения. Научные исследования показывают возможность имитации ткани человеческого тела (тканевый эквивалент) с помощью пластических сцинтилляторов. Оказалось возможным создать пластмассовые и жидкостные сцинтилляторы, имитирующие поглощающую способность тканей различных органов (почки, печень, желудок и т. д.).

· α- Излучение. Каждый α- активный изотоп испускает α- частицы, имеющие определенные энергии.

Энергия α- частиц, испускаемых различными изотопами, лежит в пределе от 4 до 11 МэВ.

В первом приближении пробег a- частиц в воздухе (см) связан с ее энергией (МэВ) степенной функцией вида

. (1)

Пробег α- частиц в воздухе составляет 3-11 см, в алюминии 0.08-0.4 мм. Сложенный пополам обычный лист писчей бумаги полностью поглощает α- частицы с энергией 5 МэВ (он эквивалентен 5 см воздуха). Внешний покров тела человека также полностью поглощает α- частицы, и внешнее облучение α- частицами не представляет опасности для внутренних органов человека. В воздухе при 15° C и давлении 760 мм рт. ст. α- частица образует 1.5×10⁴-2.5×10⁴ пар ионов (в зависимости от начальной энергии α- частицы). Плотность ионизации, создаваемая α- частицей, велика (примерно 3×10³ пар ионов на каждый сантиметр пути), поэтому α- частицы активных веществ весьма опасны при попадании их внутрь организма и вызывают долго незаживающие ожоги на поверхности тела при непосредственном контакте с мощными α- источниками.

· β- Излучение. Проникающая способность β- излучения значительно больше, чем α- частиц. Пробег β- частиц в воздухе зависит от их энергии и для частиц, обладающих энергией 3 МэВ, составляет около 3 м. Одежда и кожный покров человеческого тела поглощает примерно 75% β- частиц и только 20 - 25% проникает внутрь человеческого организма на глубину 2 мм. Наибольшую опасность представляет попадание β- частиц в глаза, так как внешняя поверхность глаза не имеет защитного покрова,

Удельная ионизация, создаваемая β- частицей, значительно меньше, чем α - частицей той же энергии. Это объясняется меньшим электрическим зарядом и большей скоростью движения β- частиц, уменьшающей вероятность взаимодействия с атомом. Средняя удельная ионизация, вызываемая β- излучением в воздухе, составляет 60 пар ионов на 1 см пути β- частицы.

Рассеяние для легких β- частиц играет большую роль, чем для тяжелых α- частиц. В результате значительного отклонения β- частиц под влиянием электрических полей, создаваемых атомами, электронами ядрами, фактический путь β- частиц (14 м) значительно превышает зону действия излучения (1-3 м).

Полное поглощение β- частиц с энергией 1 МэВ происходит в слое алюминия ~ 1.5 мм.

· γ- Излучение обладает наибольшей проникающей способностью по сравнению с α- и β- излучениями. В воздухе γ- излучение может преодолевать значительные расстояния, не испытывая существенного ослабления. Свинец, сталь, бетон, грунт, вода и другие плотные материалы при определенных толщинах вызывают существенное ослабление γ- излучения. Большая проникающая способность делает γ- излучение особенно опасным при внешних облучениях. Никакой защитный костюм не может ослабить γ- излучение.

Например, чтобы ослабить действие γ- излучения на человека только в 2 раза, потребовался бы свинцовый комбинезон весом 1274 Н. Линейная плотность ионизации, создаваемая γ- излучением, значительно меньше, чем при облучении α- и β- частицами. На 1 см пути в воздухе γ- кванты создают несколько пар ионов с учетом как первичного [1], так и вторичного [2] излучений.

При прохождении γ- квантов через среду ионизация производится электронами, выбиваемыми из атомов в результате взаимодействия с γ- квантами. Интенсивность потока γ - излучения после прохождения через слой толщины x равна

, (2)

где μ - полный линейный коэффициент ослабления γ- излучения, определяемый свойствами вещества ослабляющего слоя и энергией γ- квантов.

Защитные свойства характеризуются толщиной слоя половинного ослабления, т. е. слоя, после прохождения, которого интенсивность γ- излучения уменьшается вдвое. Связь коэффициента ослабления γ- излучения и слоя половинного ослабления х_1/2 выражается следующей формулой:

. (3)

Дата добавления: 2014-11-25