Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом

Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии

Ядерная физика занимается изучением атомных ядер. Ядра состоят из протонов и нейтронов , называемых нуклонами.

Размер (диаметр) атома d_a ~ , размер ядра d_я ~ .

Символика обозначения ядра: , где

Z – число протонов в ядре (порядковый номер элемента в таблице Менделеева);

A – массовое число (количество нуклонов в ядре): A=Z+N;

N – количество нейтронов в ядре: N=A – Z..

Изотопы – ядрасодинаковым количеством протонов (Z) и различным количеством нейтронов (N).

Массы ядер принято измерять в атомных единицах массы (а.е.м.), выбранных таким образом, что масса изотопа углерода в точности равна 12.000 а.е.м.

протон q = 1,6^.10^-19 Кл m_p = 1,007 а.е.м.

нейтрон q =0 Кл m_n = 1,008 а.е.м.

Энергия связи ядра – энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на нуклоны:

Энергия связи ядра измеряется в МэВ (мегаэлектронвольтах):

1 МэВ = 10⁶ эВ = 10^6.1,6 ^. 10 ^{– 19} Дж = 1,6 ^. 10 ^{– 13} Дж.

Дефект массы ():

Радиоактивность – способность некоторых ядер самопроизвольно распадаться с испусканием других ядер и элементарных частиц.

Основные типы радиоактивности

1. - распад – распад ядер, который сопровождается испусканием -частиц (ядер атома гелия ):

Пример: .

2. - распад – самопроизвольное превращение протонов и нейтронов внутри ядра.

a) электронный ():

(антинейтрино)

Пример: .

б) позитронный ():

(нейтрино)

Пример: .

в) е – захват – захват электрона с ближайшей орбиты:

.

Пример: .

3. - излучение – это фотон очень высокой энергии (коротковолновое электромагнитное излучение с длинной волны м).

-квант энергии возникает при переходе ядра из возбужденного состояния (энергия Е₂) в невозбужденное (энергия Е₁):

.

Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность

Закон радиоактивного распада выражает зависимость нераспавшихся ядер от времени:

N – количество нераспавшихся ядер в

момент времени t;

N₀ – количество ядер в начальный момент времени;

– постоянная радиоактивного распада

График закона радиоактивного распада

Период полураспада (Т) – время, в течении которого распадается половина ядер радиоактивного образца.

Если t = Т, то .

Пример: Таблица 2

Изотоп	Период полураспада	Изотоп	Период полураспада
полоний	4 . 10 - 6 секунд	йод	8 суток
литий	0,9 секунд	кальций	165 суток
углерод	20 минут	кобальт	5,3 лет
	5600 лет	уран	7,1 . 108 лет

Активность (А) – скорость радиоактивного распада (количество распадов за единицу времени).

А= .

Единицы измерения: СИ [А] = Бк (беккерель);

внесистемная [А] = Ки (кюри). 1 Ки = 3,7 ^. 10¹⁰ Бк.

Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом

Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом характеризуется ионизирующей и проникающей способностью.

Ионизирующая способность – способность радиоактивного излучения образовывать пары ионов при прохождении в веществе.

Характеристика ионизирующей способности: линейная плотность ионизации ():

, ;

– число пар ионов одного знака, образованных ионизирующей частицей на элементарном пути .

Проникающая способность:

– для и - излучений – это расстояние, которое проходит частица в веществе до того момента, когда ее энергия станет равной средней энергии теплового движения частиц вещества;

– для - излучения – это расстояние, после прохождения которого поток -излучения уменьшается в определенное число раз (е, 10 раз).

Характеристики проникающей способности:

а) средний линейный пробег () – среднее расстояние, которое проходит ионизирующая частица в веществе до полной остановки:

[L] = м;

б) линейная тормозная способность(S):

, [S] = ,

dE – энергия, теряемая заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути в веществе.

Пример: длина пробега до остановки

в биологической ткане:

– до 0,1 мм; – до 6 см; – проходит через тело человека;

в воздухе:

– от 3 до 9 см; – до 40 м; – приблизительно 200 м.

Чем больше заряд и масса частицы, тем выше ее ионизирующая и меньше проникающая способность. Эти величины зависят от плотности облучаемого вещества.

Основные эффекты действия радиоактивного излучения на вещество:

1. Упругое рассеяние (изменение направления излучения).

2. Возбуждение атомов.

3. Фотоэффект, который приводит к ионизации атомов.

4. Ядерные реакции (ведут к изменению проводимости, образованию ядерных осколков, дочерних ядер).

5. Выделение тепла.

Самое опасное – ионизация атомов, так как нарушается структура молекул.