Радиоактивные излучения и дозиметрия. Балабина Г.В - 3 стр.

излучением. Потери на излучение возрастают с увеличением энергии электрона и атомного номера
вещества поглотителя.
                                      Поглощение γ-излучения
Электромагнитное излучение очень высокой частоты, испускаемое атомными ядрами, называется γ-
излучением. Для различных радионуклидов энергия γ-кванта (фотона) составляет примерно от 10 кэВ
до нескольких МэВ, что существенно больше, чем для света (∼2 эВ). У γ-квантов ярко выражены
корпускулярные свойства, которые проявляются при взаимодействии с веществом. Основными
взаимодействиями являются следующие.
а) Атомный фотоэффект - фотон высокой энергии поглощается, передавая энергию одному из
атомных электронов, обычно расположенному близко к ядру, и выбивает его из атома. Энергия
вылетевшего электрона равна разности энергий фотона и энергии связи электрона в атоме.
б) Эффект Комптона - упругое рассеяние фотона высокой энергии на свободном или слабо связанном
атомном электроне, сопровождающееся уменьшением энергии фотона, так как часть энергии
получает электрон. Применяя законы сохранения энергии и импульса в релятивистской форме, можно
показать, что фотон с энергией Е после рассеяния на угол θ имеет энергию
                                               E                     
                           E   '
                                   = E / 1 +           (1   − cos θ )
                                             m 0c 2                  
где тос2 = 0,51 МэВ - энергия покоя электрона. Угол θ с разной вероятностью может быть любым.
Средняя доля энергии, передаваемой электрону, изменяется от η = 0,05 при Е = 50 кэВ до η = 0,45 при
1,2 МэВ.
в) Рождение электронно-позитронной пары - в электрическом поле атомного ядра фотон, исчезая,
может превратиться в частицу и античастицу - электрон и позитрон: γ→e-+e+. При этом энергия
фотона должна превышать суммарную энергию покоя рождаемых частиц, равную примерно 1 МэВ.
В отличие от ионизационного торможения заряженных частиц, которые теряют энергию мелкими
порциями, γ-квант теряет ее либо полностью в одном взаимодействии, либо крупными порциями (при
комптоновском эффекте), γ -квант может пролететь значительное расстояние, не испытав ни одного
взаимодействия (например, сотни метров в воздухе). Энергия, переданная квантом электрону, быстро
тратится на ионизацию.
В веществе интенсивность I узкого пучка γ-квантов одинаковой энергии уменьшается с увеличением
толщины поглотителя x по экспоненциальному закону :
                                                     µx),
                                            I=I0exp(-µ                                           (3)
где I0 - интенсивность перед поглотителем, µ - линейный коэффициент ослабления γ - лучей (он
измеряется в м -1 или см -1). В слое толщиной 1/µ пучок ослабляется в е = 2,72 раза. Слой
половинного ослабления равен ln2/µ . Для фотонов с энергией 1 MэВ излучение ослабляется в два
раза слоем воды толщиной примерно 10 см или свинца - 1 см.
Коэффициент ослабления можно представить как сумму соответствующих коэффициентов для
фотоэффекта τ , рассеяния σ и рождения пар π :
                                          µ = τ + σ + π.
На рис. 2 представлены зависимости от энергии γ-квантов коэффициента ослабления для свинца и
алюминия (сплошные кривые) и их парциальные составляющие. В свинце рассеяние преобладает в
области средних энергий, фотоэффект - для малых энергий, а образование пар - для высоких энергий.
Для алюминия и других веществ из легких атомов роль фотоэффекта и образования пар
незначительна.
                                         Дозы излучения
Энергия излучения, поглощенная веществом в расчете на единицу массы, называется поглощенной
дозой: D =Е /т. Единица поглощенной дозы – г р е й : 1Гр = 1 Дж/кг. Сотая доля грея называется
р а д: I рад = 0,01 Гр.
Однако биологические эффекты зависят не только от поглощенной дозы, но и от вида излучения,
точнее, от числа ионов на единицу длины трека частицы. Например, α-излучение наносит такой же
вред, как в 20 раз большая доза β–излучения. Этот факт можно учесть, если поглощенную дозу
умножить на некоторый коэффициент К , называемый коэффициентом качества излучения: H= КD .
Величина Н называется эквивалентной дозой. Для β- и γ-излучений К= 1, a для α-излучения К=20.
Единица эквивалентной дозы называется з и в е р т, Зв. Для рентгеновского, γ- и β-излучений
эквивалентная доза равна 1 Зв при поглощенной дозе 1 Гр, а для α-излучения - 20 Зв при той же
поглощенной дозе. Специальная единица эквивалентной дозы называется б э р: 1 бэр = 0,01 Зв.