Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

- частицы покидают материнские ядра с большой скоростью. При прохождении через вещество, их движение замедляется и прекращается из-за взаимодействия с электронами атомов вещества. - частицы и протоны подвергаются также частым столкновениям с атомными электронами. Они передают электронам некоторую энергию, а также действуют на электроны электрическим полем. В результате радиоактивные частицы возбуждают и ионизируют атомы вещества. При одиночном столкновении -частица передает только небольшую часть своей энергии. Пока частица остановится, происходит много столкновений. В результате в веществе остается след, который состоит из нескольких десятков тысяч ионов. При уменьшении кинетической энергии радиоактивной частицы она приобретает два электрона и становится нейтральным атомом гелия.

Поскольку -частица намного больше, чем электрон, она практически не отклоняется при столкновениях, и ее путь представляет собой почти прямую линию. Этот путь -частиц и протонов в веществе очень короткий. Средний диапазон пройденного до остановки расстояния изменяется обратно пропорционально плотности среды. Проникающая способность -частиц небольшая. Они проходят только около 4 см в воздухе и не проникают через лист бумаги и верхние слои клеток кожи человека.

-частицы. Электроны и позитроны вылетают из материнских ядер с значительно большими скоростями, чем - частицы. Однако, в отличие от -частиц, скорости -частиц значительно различаются. -частицы проникают намного глубже в вещество. Они также вступают в конкуренцию с электронами атомов среды и теряют энергию, главным образом, возбуждая и ионизируя атомы. Кинетическая энергия электрона значительно меньше, чем у -частицы. Ее величина достаточна, чтобы ионизировать только несколько десятков атомов. Из-за небольшой массы, -частицы сильно отклоняются при каждом столкновении с электронами атомов вещества. Следовательно, электроны распространяются в веществе не по прямой линии, а произвольно. Диапазон пробега электронов в воздухе составляет несколько десятков сантиметров. Они могут быть остановлены несколькими сантиметрами дерева.

Диапазон пробега позитронов является приблизительно такими же, как и у электронов. В конечном счете позитрон замедляется, и взаимодействуя с электроном, уничтожается с испусканием -лучей.

- лучи ионизируют вещество, теряя энергию, передавая ее электронам атомов вещества. Они обладают широким диапазоном длин пробега в веществе и могут пройти даже через тело человека. Для защиты от -лучей, в зависимости от их энергии, требуется толстый экран, сделанный из тяжелого вещества, например, свинца. -лучи передают энергию электронам в ходе трех процессов:

a). Фотоэлектрический эффект проявляется, если -лучи обладают сравнительно небольшой энергией, а также при взаимодействии с веществом рентгеновских лучей. Фотон -луча поглощается атомом, в результате чего освобождается электрон. Этот процесс наиболее вероятен для атомов с большими зарядовыми числами.

б). Если энергия фотонов -лучей больше, чем энергия ионизации атомов вещества, то доминирует эффект Комптона. Фотон передает некоторую (но не всю) энергию электрону атома и может ионизировать еще некоторое число атомов.

c). Создание пары электрон-позитрон. Если энергия -фотона больше, чем в вышеуказанных процессах, она поглощается атомным ядром, и образуется пара частиц (электрон и позитрон).

Вероятность поглощения -лучей уменьшается при нарастании их энергии, поскольку при увеличении энергии -лучей они становятся более проникающими.

Нейтроны

Нейтроны являются незаряженными частицами и производят ионизацию косвенно, взаимодействуя первоначально с атомными ядрами, а не с электронами. Они обладают широким диапазоном длины пробега в веществе. Нейтроны содержатся в ядрах всех атомов, кроме водорода. Свободные нейтроны получают в ядерных реакциях. Они вылетают из атомного ядра с различными скоростями и энергией. Нейтроны замедляются при столкновениях с ядрами атомов вещества, при этом происходит передача энергии. Возбужденное ядро вещества испускает протон и -лучи. Когда энергия нейтрона уменьшается, он захватывается атомным ядром.