No Image

Характеристика ионизирующего излучения

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВЕЩЕСТВОМ

Ионизирующее излучение –это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в этой среде ионов разных знаков. Ионизирующее излучение делят на корпускулярное и фотонное.

Примечание: видимый свет и ультрафиолетовое излучение не относят к ионизирующим излучениям.

Корпускулярное— это поток частиц с массой отличной от нуля (электроны, протоны, нейтроны, альфа-частицы).

Фотонное — это электромагнитное излучение, косвенно ионизирующее излучение (гамма излучение, характеристическое излучение, тормозное из­лучение, рентгеновское излучение, аннигиляционное излучение).

Альфа-излучение — это поток альфа-частиц (ядер атомов гелия), испускаемых при радиоактивном распаде, а также при ядерных реакциях и превращениях. Он обладает сильной ионизирующей способностью и незначительной проникающей способностью. В биологической ткани оно проникает на доли миллиметра, задерживается листом бумаги, тканью одежды. Альфа-излучение особо пасно при попадании внутрь организма с пищей или с вдыхаемым воздухом радиоактивных частиц, обладающих альфа-активностью.

Бета-излучение — это поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при их бета-распаде. Их ионизирующая способность меньше, чем у альфа-частиц, но проникающая способность во много раз больше. В биологической ткани проникает на глубину до 2 см, одеждой задерживается. Только частично. Бета-излучение опасно для здоровья человека, как при внешнем, так и при внутреннем облучении.

Протонное излучение — это поток протонов, наблюдаемых только при ядерных взрывах и являющееся основным в космическом излучении. Их пробег в воздухе и проникающая способность занимают промежуточное положение между альфа и бета-излучением.

Нейтронное излучение — поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах, особенно нейтронных боеприпасов, и работе ядерного реактора. Последствия его воздействия на окружающую среду зависят от их начальной энергии нейтрона, которая может менятся в пределах 0,025 – 300 МэВ.

Гамма-излучение — электромагнитное излучение (длина волны 10 -10 -10 -14 м) , возникающее в некоторых случаях при альфа и бета-распаде и аннигиляции частиц. Проникающая способность гамма-излучения значительно больше, чем у выше перечисленных видов излучений. Глубина распространения гамма-квантов в воздухе может достигать сотен и тысяч метров. Ионизирующая способность (косвенная) значительно меньше, чем у выше перечисленных видов излучений. Большинство гамма-квантов проходит через биологическую ткань, и только незначительное количество поглощается телом человека.

Тормозное излучение — фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Воздействие на окружающую среду аналогично воздействию гамма-излучению.

Характеристическое излучение — фотонное излучение с дискретным энер­гетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома. Воздействие на биологическую ткань аналогично гамма-излучению.

Аннигиляционное излучение — фотонное излучение, возникающее в резу­льтате аннигиляции частицы и античастицы (например, позитрона и электро­на). Воздействие на биологическую ткань аналогично гамма-излучению.

Рентгеновское излучение — фотонное излучение (длина волны 10 -9 — 10 -12 ), состоящее из тормозно­го и (или) характеристического излучения, генерируемого рентгеновскими аппаратами и возникающее при некоторых ядерных реакциях. В отличие от гамма-излучения оно обладает такими свойствами как отражение и преломление.

1.2.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ

Альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны, протоны обладают значительной энергией, и воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию или возбуждение атома, а с другой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих и неупругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами. Отдавая им всю или часть своей энергии на возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту), а также на ионизацию атомов или молекул среды. И ионизация атома или молекулы и проникновение на определенную глубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излучения на биологическую ткань различных видов излучений, а зная свойства различных видов излучений проникать в различные виды материалов их можно использовать как для защиты человека, так и некоторых объектов.

Результаты взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависят: от массы, заряда потока частиц и их энергий; от вида фотонов и их энергий; от типа и плотности вещества; от значения энергий внутримолекулярных сил облучаемого вещества.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом можно объяснить следующим образом: в зависимости от соотношения масс и энергии частиц взаимодействие с облучаемым веществом может носить упругий или неупругий характер.

Упругое взаимодействие (столкновение, рассеяние) микрочастиц — это процесс взаимодействия частиц, при котором их внутренние состояния остаются неизменными, а меняются лишь импульсы, т.е. переносимая энергия.

Неупругое взаимодействие (столкновение, рассеяние) микрочастиц – это процесс сопровождающейся изменением их внутреннего состояния, превращением в другие частицы или дополнительным образованием новых частиц.

Упругое взаимодействие аналогично столкновению бильярдных шаров и характерно для нейтральных частиц (нейтронов) и фотонов, не имеющих заряда. При этом нейтрон, взаимодействуя с атомами, может в соответствии с законами классической механики передать часть энергии пропорционально массам соударяющихся частиц. Если это тяжелый атом, то передается только часть энергии. При этом нейтрон замедляется до тепловых энергий, а далее вступает в ядерные реакции. Ударяя в атом, нейтрон может передать такое количество энергии, которой достаточно, чтобы ядро "выскочило" из электронной оболочки. В этом случае образуется заряженная частица, обладающая значительной скоростью, которая способна осуществлять ионизацию среды. Результатом упругого взаимодействия может быть и смещение атомов с узлов кристаллической решетки.

Читайте также:  К какому врачу обращаться если болит голова

Аналогично взаимодействие с веществом и фотонов. Фотон самостоятельно не способен ионизировать среду, но выбивает электроны из атома, которые и производят ионизацию среды. Нейтроны и фотоны относятся к косвенно ионизирующим излучениям.

Итак, при упругом взаимодействии не изменяется природа частиц, и их суммарная энергия остается постоянной до и после взаимодействия, происходит только перераспределение энергии между взаимодействующими частицами. Возможен и такой случай упругого взаимодействия, когда не изменяется энергия каждой из взаимодействующих частиц, а происходит только изменение направления их движения.

При неупругом взаимодействии часть энергии может затрачиваться на возбуждение атомов или молекул, ионизацию и т.д. В процессе взаимодействия может происходить и изменение природы частиц в результате протекания ядерных реакций, рождения и аннигиляции частиц.

Неупругое взаимодействие характерно для заряженных частиц. Они способны ионизировать среду за счет взаимодействия с электрическим полем атома. Попадая в зону действия электрического поля, положительно заряженные частицы тормозятся, и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение. Заряженные частицы могут за счет неупругих взаимодействий передавать атомам среды количество энергии, недостаточное для ионизации. В этом случае образуются атомы в возбужденном состоянии, которые передают эту энергию другим атомам, либо испускают кванты характеристического излучения, либо соударяясь с другими возбужденными атомами, могут получить энергию, достаточную для ионизации атомов.

С учетом выше сказанного можно сделать некоторые выводы:

— заряженные частицы, проходящие через вещество, взаимодействуют как с орбитальными электронами атома, так и с его ядром;

— взаимодействуя с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она не менее 35 эВ и на возбуждение атомов (перевод электрона с ближней на более удаленную), если она менее 35 эВ;

— в процессе ионизации атома образуются заряженные частицы — это свободные электроны, а атомы, потерявшие один или несколько электронов в положительно заряженные ионы;

— при взаимодействии с ядром заряженная частица может или тормозиться электрическим полем ядра и менять свое направление движения или поглощаться ядром. В первом случае происходит испускание тормозного излучения, во втором случае заряженная частица /при достаточно большой энергии/ поглощается ядром, при этом выбрасываются элементарные частицы и фотоны. Поглощение частицы ядром обычно происходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ.

Процесс взаимодействия, при котором исчезают первоначальные и появляются новые частицы, называют реакцией. Если при взаимодействии возникают ядра с новыми свойствами, то такая реакция называется ядерной. Рассмотрим взаимодействие различных видов излучений с веществом.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Понятие ионизирующих излучений

Ионизирующими называют излучения, которые при взаимодействии со средой образуют электрические заряды разных знаков.

Радиоактивные вещества обладают ионизирующим излучением.

Источники ионизирующих излучений широко используют в сельском хозяйстве, медицине, химии, технике и других областях.

Например, они используются при радиационной терапии злокачественных опухолей, полимеризации пластмасс, антистатистической обработке тканей, измерении толщины стержней, труб и листов, обнаружении течей в газопроводах, измерении плотности почв и др. при этом не стоит забывать, что источники ионизирующего излучения являются существенной угрозой для здоровья и жизни людей, которые их используют. При ионизирующих излучениях у человека развивается лучевая болезнь.

  • К корпускулярному излучению, которое состоит из частиц с ненулевой массой покоя относится нейтронное излучение, $alpha$- и $eta$-излучение.
  • К электромагнитному излучению, которое имеет очень малую длину волны, относится рентгеновское и $gamma$-излучение.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

$alpha$-излучение

$alpha$-излучение является потоком ядер гелия, которые обладают большой скоростью. У ядер заряд +2 и масса 4. Образуются ядра при ядерных реакциях или при радиоактивном распаде ядер.

$alpha$-частицы имеют энергию не более нескольких МэВ (мега-электрон-вольт). Скорость $alpha$-частиц около 20 000 км/с и движутся они практически прямолинейно.

Длина пробега $alpha$-частиц в воздухе в основном меньше 10 см. Так как $alpha$-частицы имеют большую массу, то при взаимодействии с веществом они быстро теряют собственную энергию. Поэтому они имеют низкую проникающую способность, но у них высокая удельная ионизация.

$eta$-излучение

$eta$-излучение является потоком позитронов или электронов, которые возникают при радиоактивном распаде.

$eta$-частицы имеют массу, которая в десятки тысяч раз меньше массы $alpha$-частиц. $eta$-частицы зависимо от природы источника $eta$-излучений имеют скорость от 0,3 до 0,99 от скорости света. Энергия $gamma$-частиц не более нескольких МэВ, в воздухе длина пробега составляет около 1800 см, а в мягких тканях тела человека – около 2,5 см. $eta$-частицы имеют проникающую способность больше, чем $alpha$-частиц (вследствие меньшего заряда и массы).

Читайте также:  Как пить фуросемид с аспаркамом от отеков

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Нейтронное излучение

Является потоком ядерных частиц, которые не имеют электрического заряда. Масса у нейтрона почти в 4 раза меньше от массы $alpha$-частицы. Нейтроны бывают медленные (их энергия меньше 1 КэВ), промежуточных энергий (с энергией 1–500 КэВ) и быстрые (более 500 КэВ). В результате неупругого взаимодействия нейтронов и ядер атомов среды появляется вторичное излучение, которое состоит из заряженных частиц и $gamma$-квантов ($gamma$-излучение).

В процессе упругих взаимодействий нейтронов и ядер может происходить обычная ионизация вещества. От энергии нейтронов зависит их проникающая способность, которая существенно больше от $alpha$- или $eta$-частиц. У нейтронного излучения высокая проникающая способность и оно представляет наибольшую опасность для человека в сравнении со всеми видами корпускулярного излучения.

$gamma$-излучение

Это электромагнитное излучение, у которого высокая энергия и малая длина волны. $gamma$-излучение появляется при взаимодействии частиц или при ядерных превращениях. Так как оно обладает высокой энергией (от 0,01 до 3 МэВ) и малой длиной волны, то имеет большую проникающую способность. $gamma$-лучи не отклоняются в магнитных и электрических полях. $gamma$-излучения меньшая ионизирующая способностью, чем у $alpha$- и $eta$-излучения.

Рентгеновское излучение

Получается в среде, которая окружает источник-излучения, в ускорителях электронов, специальных рентгеновских трубах и др. Оно является одним из видов электромагнитного излучения. У рентгеновского излучения энергия обычно не больше 1 МэВ, малая ионизирующая способность (как и $gamma$-излучения) и большая глубина проникновения.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Ионизирующие излучения, их характеристики и методы измерений

Краткая характеристика ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение (ИИ) – это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в этой среде ионов разных знаков. Излучение считается ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул. Ионизирующее излучение делят на корпускулярное и фотонное.

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия Солнца не относятся к ионизирующим излучениям, так как они не вызывают повреждения организма путем ионизации.

Корпускулярное – это поток частиц с массой отличной от нуля (электроны, протоны, нейтроны, альфа-частицы).

Фотонное – это электромагнитное излучение, косвенно ионизирующее излучение (гамма излучение, характеристическое излучение, тормозное излучение, рентгеновское излучение, аннигиляционное излучение).

Альфа-излучение – это поток альфа-частиц (ядер атомов гелия), испускаемых при радиоактивном распаде, а также при ядерных реакциях и превращениях. Альфа-частицы обладают сильной ионизирующей способностью и незначительной проникающей способностью. В воздухе они проникают на глубину несколько сантиметров, в биологической ткани – на глубину доли миллиметра, задерживается листом бумаги, тканью одежды. Альфа-излучение особо опасно при попадании его источника внутрь организма с пищей или с вдыхаемым воздухом.

Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при бета-распаде. Их ионизирующая способность меньше, чем у альфа-частиц, но проникающая способность во много раз больше, и составляет десятки сантиметров. В биологической ткани они проникают на глубину до 2 см, одеждой задерживается только частично. Бета-излучение опасно для здоровья человека, как при внешнем, так и при внутреннем облучении.

Протонное излучение – это поток протонов, составляющих основу космического излучения, а также наблюдаемых при ядерных взрывах. Их пробег в воздухе и проникающая способность занимают промежуточное положение между альфа и бета-излучением.

Нейтронное излучение – поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах, особенно нейтронных боеприпасов и работе ядерного реактора. Последствия его воздействия на окружающую среду зависят от начальной энергии нейтрона, которая может меняться в пределах 0,025 –300 МэВ.

Гамма-излучение – электромагнитное излучение (длина волны 10 –10 –10 –14 м), возникающее в некоторых случаях при альфа и бета-распаде, аннигиляции частиц и при возбуждении атомов и их ядер, торможении частиц в электрическом поле. Проникающая способность гамма-излучения значительно больше, чем у вышеперечисленных видов излучений. Глубина распространения гамма-квантов в воздухе может достигать сотен и тысяч метров. Ионизирующая способность (косвенная) значительно меньше, чем у вышеперечисленных видов излучений. Большинство гамма-квантов проходит через биологическую ткань, и только незначительное количество поглощается телом человека.

Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Воздействие на окружающую среду такое, как и гамма-излучения.

Характеристическое излучение – фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома. Воздействие на биологическую ткань аналогично гамма-излучению.

Аннигиляционное излучение – фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы и античастицы (например, позитрона и электрона). Воздействие на биологическую ткань аналогично гамма-излучению.

Рентгеновское излучение – фотонное излучение (длина волны 10 –-9 –10 –-12 м), состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения, генерируемого рентгеновскими аппаратами, и возникающее при некоторых ядерных реакциях. В отличие от гамма-излучения оно обладает такими свойствами как отражение и преломление.

Читайте также:  Красные пятна на ногах при варикозе лечение

Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

Альфа-частицы, бета-частицы, выброшенные из ядра, обладают значительной кинетической энергией и, воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию, а с другой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию, в основном, в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию или возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту). Ионизация и проникновение на определенную глубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излучения на биологическую ткань различных видов излучений. Зная свойства различных видов излучений проникать через разные материалы, последние можно использовать как для защиты человека, так и некоторых объектов, приборов и т.д.

Результаты взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависят: от массы, заряда потока частиц и их энергий; от вида фотонов и их энергий; от типа и плотности вещества; от значения энергий внутримолекулярных сил облучаемого вещества.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом зависит от соотношения масс и энергий частиц и может носить упругий или неупругий характер.

С учетом выше сказанного можно сделать некоторые выводы:

· заряженные частицы, проходящие через вещество, взаимодействуют как с орбитальными электронами атома, так и с его ядром;

· при взаимодействии с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она не менее 35 эВ и на возбуждение атомов (перевод электрона с ближней орбиты на более удаленную), если она менее 35 эВ;

· в процессе ионизации атома образуются заряженные частицы (свободные электроны), а атомы, потерявшие один или несколько электронов, превращаются в положительно заряженные ионы;

· при взаимодействии с ядром заряженная частица может или тормозиться электрическим полем ядра и менять свое направление движения или поглощаться ядром. В первом случае происходит испускание тормозного излучения, во втором случае заряженная частица (при достаточно большой энергии) поглощается ядром, при этом выбрасываются элементарные частицы и фотоны. Поглощение частицы ядром обычно происходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ.

Процесс взаимодействия, при котором исчезают первоначальные и появляются новые частицы, называют ядерной реакцией. Рассмотрим взаимодействие различных видов излучений с веществом.

Гамма-излучение

Взаимодействие гамма-квантов с веществом может сопровождаться фотоэффектом , комптоновским рассеянием и образованием электрон-позитронных пар . Вид эффекта зависит от энергии гамма-кванта:

где: h – постоянная Планка; ν – частота излучения; Еи – энергия ионизации соответствующей атомной оболочки (энергия связи выбитого электрона из атома).

Фотоэффект возникает при Е = 10 эВ–1 МэВ, то есть при относительно малых значениях энергий. В этом случае вся энергия гамма-кванта передается орбитальному электрону, и он выбивается из орбиты (рис.3).

Выбитый электрон называется фотоэлектроном. В результате его отрыва в атоме появляется свободный уровень, который заполняется одним из наружных электронов. При этом, либо испускается вторичное мягкое характеристическое излучение (процесс флюоресценции), либо энергия передается одному из электронов, который покидает атом (электрон Оже ). Флюоресцентное излучение наблюдают в материалах с большим атомным номером. В материалах с низким атомным номером преобладает образование электронов Оже. Вероятность фотоэффекта увеличивается с ростом атомного номера материала и уменьшается с ростом энергии фотона.

С ростом энергии гамма-квантов явление фотоэффекта становится все меньше, а при энергии 100–200 кэВ начинает преобладать К омптон эффект.

Комптоновским рассеиванием называется процесс взаимодействия фотонного излучения с веществом, в котором фотон в результате упругого столкновения с орбитальным электроном теряет часть своей энергии и изменяет направление своего первоначального движения, а из атома выбивается электрон отдачи (комптоновский электрон) (рис.4).

Энергия комптоновского электрона равна:

Образование электронно-позитронных пар . Если энергия гамма кванта превышает 1,02 МэВ , то он поглощается ядром, а из последнего одновременно вылетают электрон и позитрон (рис.5). Таким образом, гамма кванты способны косвенно ионизировать вещество. Возникшей паре передается вся энергия гамма кванта за вычетом энергии покоя пары, равной 1,022 МэВ.

Следует отметить, что позитрон нестабилен в присутствии электронов среды. Он быстро исчезает за счет аннигиляции с одним из электронов. В этом случае испускается 2 фотона с энергией по 0,511 МэВ.

Рассмотрим, проникающую способность гамма-квантов.

Как уже отмечалось, гамма-квант образуется при переходе ядра в более низкие энергетические состояния. Не имея массы, они не могут замедляться в среде, а лишь поглощаются или рассеиваются.

· При прохождении через вещество их энергия не меняется, но уменьшается интенсивность излучения по следующему закону (рис.6):

где: I = Еγ n / t ; n/ t – число гамма-квантов, падающих на единицу поверхности в единицу времени (плотность потока гамма-квантов); m коэффициент поглощения; х – толщина поглотителя (вещества), см; Iо интенсивность квантов до прохождения поглотителя, МэВ/с.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Медицина
0 комментариев
No Image Медицина
0 комментариев
Adblock detector