Взаимодействие корпускулярного излучения с веществом.

При взаимодействии α-частиц с веществом возникает возбуждение и ионизация атомов в результате неупругих¹ столкновений с орбитальными электронами. При попадании α-частиц в ядро атома вещества возникает ядерная реакция с выделением нейтронов, α-частиц, и др.

При взаимодействии β-частиц с веществом возникают упругие² и неупругие взаимодействия, в результате чего возникает ионизация, возбуждение ядер атомов и тормозное излучение³.

Кривая Брегга. При проникновении заряженных частиц вглубь вещества нарастает количество взаимодействий излучения с атомами и молекулами. При этом скорость частиц уменьшается, соответственно повышается вероятность новых взаимодействий, и частота ионизаций увеличивается. С увеличением пробега удельная ионизация (число ионизаций в единице длины пробега) растет, достигает максимума (пик Брегга), а дальше быстро уменьшается к нулю.

¹Неупругое рассеивание заряженных частиц — это взаимодействие заряженных частиц с электромагнитным полем атомов, в результате которого частицы теряют энергию на выбивание электронов из атомных электронных оболочек (это сопровождается ионизацией или возбуждениемядер атомов), вследствие чего электрон переходит на более отдаленный от ядра атома энергетический уровень.

² Упругое рассеивание заряженных частичек — это взаимодействие заряженных частичек положительно заряженными ядрами атомов по закону Кулона, вследствие чего частичка может изменять направление своего дальнейшего движения относительно начального направления, но не теряет запаса своей кинетической энергии.

³ Тормозное излучение генерируется заряженными частичками, которые испытывают рассеивание и торможение в электрическом поле, наиболее часто в электростатическом поле ядер атомов.

Взаимодействие нейтронов с веществом.

Особенности взаимодействия нейтронов с веществом зависят от их энергии.

По энергии различают:

1. Медленные нейтроны: а) ультрахолодные - 10 ^-7 эВ; б) холодные - до 5 •10^-3 эВ; в) тепловые - до 0,5 эВ; г) сверхтепловые - до 10 эВ.

2. Резонансные нейтроны - 0,5 кэВ.

3. Промежуточные нейтроны - 0,2 МэВ.

4. Быстрые нейтроны - до 20 МэВ.

5. Очень быстрые нейтроны - до 300 МэВ.

6. Сверхбыстрые (релятивистские) нейтроны - свыше 300 МэВ.

Медленные нейтроны захватываются ядрами среды, в результате чего может возникать наведенная радиоактивность, например:

Резонансные нейтроны захватываются только тяжелыми ядрами.

Для промежуточных и быстрых нейтронов типичным является упругое рассеивание и ядерные реакции. При упругом рассеивании нейтроны выталкивают ядра вещества, а поток ядер приводит к ионизации среды (непрямая ионизация нейтронами). Эти ядра называются ядрами отдачи.

Для быстрых нейтронов характерно как упругое, так и неупругое рассеивание.

При этом излучаются протоны, α-частицы, нейтроны, и др., которые способны ионизировать среду (непрямая ионизация нейтронами).

Очень быстрые и релятивистские нейтроны вызывают реакцию «скалывания» при столкновении с большими ядрами, в результате чего образуется поток π-мезонов, нескольких отломков ядра и γ-квантов, которым свойственен ионизирующий эффект.