Характеристика рентгеновского и гамма-излучения, их взаимодействие с веществом

Основной характеристикой для электромагнитных излучений (гамма, рентгеновское) являются энергия излучений.

Характеристика электромагнитных видов излучения и особенностей их взаимодействия с веществом:

1) гамма-излучение - представляет собой поток гамма-квантов

- имеет длину волны 10^-10-10^-14 м

- образуется при ядерных превращениях

- обладает высокой проникающей способностью, которая зависит как от энергии гамма-квантов, так и от свойств вещества, длина пробега в воздухе достигает сотен метров

В процессе прохождения через вещество g-кванты (фотоны) взаимодействуют с электронами атомов, электрическим полем ядра, а также с нейтронами и протонами, входящими в состав ядра, в результате чего происходит ослабление плотности потока излучения благодаря рассеянию g-квантов и передачи их энергии атомам среды.

Гамма-кванты относятся к косвенно ионизирующему излучению. Данное излучение в среде любой толщины полностью не поглощается, а лишь ослабляется в заданное число раз за счет различных эффектов взаимодействия:

а) фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект) - фотоны (g-кванты) поглощаются и полностью передают свою энергию электронам внутренней орбитали атома. Данная энергия равна энергии орбитали, расходуется на отрыв электрона и сообщение ему кинетической энергии. В результате электрон вырывается из поля атома и производит в дальнейшем ионизацию вещества. Место выбитого фотоэлектрона занимает другой электрон с более высокой орбитали, что сопровождается испусканием низкоэнергетического характеристического рентгеновского излучения или Оже-электронов.

Чем больше энергия связи электрона, чем ближе он находится к ядру, тем больше вероятность передачи ему всей энергии g-кванта. С ростом номера элемента или его заряда вероятность фотоэффекта возрастает, а с увеличением энергии излучения она быстро падает.

Возникновение фотоэффекта наиболее характерно для мягкого g-излучения (до 0,5 Мэв). Т.к. для биологических тканей энергия выбивания электрона не превышает 0,5 Мэв, данный эффект наиболее вероятен при поглощении мягкого g-излучения.

б) комптоновское рассеивание (Комптон-эффекта) - фотон (g-квант) передает электрону лишь часть своей энергии, а сам меняет направление своего движения. Выбитый электрон производит в дальнейшем ионизацию. Затем вторичный фотон может вновь претерпевать эффект Комптона и т.д.

В отличие от фотоэффекта такое рассеивание происходит, в основном, на электронах внешних оболочек атомов с минимальной энергией связи. С ростом энергии излучения вероятность такого взаимодействия снижается, но медленнее, чем при фотоэффекте.

Комптон-эффект наиболее вероятен при энергии g-квантов 0,5-1 МэВ.

в) образовании пары "электрон-позитрон" - при значительной энергии g-кванта (>1 МэВ) он взаимодействует с атомным ядром и в его поле преобразуется в пару частиц - электрон и позитрон, которые и производят в дальнейшем ионизацию. Позитрон, встречая на своем пути электрон, может соединиться с ним и превратиться в 2 фотона (эффект аннигиляции). Образующиеся фотоны поглощаются средой в результате эффекта Комптона или фотоэффекта.

2) рентгеновское излучение:

- имеет длину волны 10^-9-10^-12 м; чем меньше длина волны, тем выше энергия излучения и больше его проникающая способность

- образуется за счет изменения энергетического состояния электрона при его переходе на энергетически более выгодную орбиталь (характеристическое рентгеновское излучение) или при столкновении заряженных частиц с частицами вещества, через которое они проходят (тормозное рентгеновское излучение)

Защитные материалы для электромагнитных видов излучения - тяжелые металлы, бетон, грунт.