7. Взаимодействие  и  - частиц с веществом

Альфа и бета-частицы являясь заряженными частицами, прохо­дя через вещество, взаимодействуя с электронами и электрическим полем ядра, постоянно теряют свою кинетическую энергию следующим образом:

1. На ионизацию среды, т.е. отрыв электронов от атомов (это главный эффект).

2. На возбуждение атомов и молекул.

3. При торможении бета-частицы в электрическом поле ядра она изменяет направление своего движения и испускает тормозное рентгеновское излучение.

с ядром.

Существуют понятия:

Работа ионизации - это средняя энергия, затрачиваемая  или -частицей при движении в веществе на образование одной пары ионов. Для воздуха этот показатель сос­тавляет 35 эВ для альфа-частицы и 34 эВ для бета-частицы.

Полная ионизация I - количество пар ионов, образованных на всем пути частицы, определится как

I = E / W, где

Е - полная энергия частицы;

W - средняя энергия, затраченная на образование 1 пары ионов,

Если сравнить поток альфа и бета частиц, обладающих оди­наковой энергией, то они образуют и одинаковое число пар ионов.

Но Плотность ионизации (удельная ионизация)- число пар ионов на единицу пути частицы в веществе - будет сильно различаться.

Плотность ионизации возрастает с увеличением заряда частицы (частица с больших зарядом сильнее взаимодействует с электроном) и уменьшением скорости частицы (частица с меньшей скоростью боль­ше времени находится вблизи электрона).

Ввоздухе на 1 см пути альфа-частица образует несколько десятков тысяч пар ионов. А бета-частица - 50-100 пар ионов. Уд. ионизация

Проходя через вещество, заряженные частицы постепенно

те­ряют энергию и скорость, в связи с чем плотность ионизации

вдоль пути частицы возрастает и достигает максимума в конце пути.

8. Взаимодействие гамма- излучения с веществом.

Гамма-кванты, проходя через вещество, теряют свою энергию за счёт 3-х эффектов:

- фотоэлектрический эффект (фото-эффект);

-комптоновское рассеяние (Комптон-эффект);

- образование электронно-позитронных пар (образование пар).

1.Фотоэффект это поглощение гамма-кванта сравнительно не­большой энергии ( < 0,2 МэВ). При этом гамма-квант передает свою энергию одному из электронов внутренней оболочки атома (К-слой). Электрон, "выбитый" с орбиты атома, приобретает кинетическую энергию равную энергии гамма-кванта (за минусом энергии связи электрона в атоме). ( За минусом энергии связи электрона в атоме). Этот “выбитый" электрон, действуя как бета-частица, начинает ионизировать атомы и молекулы вещества. На освободившееся место в орбите К-слоя перескакивает электрон L-слоя, на его место М-слоя ит.д. Эти переходы сопровождаются характеристическим рентгеновским излучением.

-квант -квант e e

К L M Рассеянный фотон e+ee

Фотоэффект Комптон-эффект Образование пар

2. При комптоновском рассеянии гамма-квант передает часть своей энергии одному из внешних электронов атома. Этот электрон отдачи, приобретая значительную кинетическую энергию, затрачивает её на ионизацию вещества (это уже вторичная ионизация, т.к.-квант, выбив электрон уже произвёл первичную ионизацию).

-квант после соударения теряет значительную часть энергии и изменяет своё направление движения, т.е. рассеивается.

Эффект Комптона наблюдается в широком интервале энергий гамма-квантов (0,02-20 Мэв).

3. Обраазование пар. Гамма-кванты, проходящие вблизи ядра атома и имеющие энергию не менее 1,02 МэВ, под действием поля атомного ядра превращаются в две частицы алектрон и позитрон. Часть энергии гамма-кванта превращается в экви­валентную массу двух частиц (по соотношению Эйнштейна Е=2me*C²= 1,02 Мэв). Оставшаяся энергия гамма-кванта передается возникшим электрону и позитрону в виде кинетической энергии. Образовавшийся электрон ионизирует атомы и молекулы, а позитрон аннигилирует с каким-либо из электронов среды, образуя два новых гамма-кванта, обладающих энергией по 0,51 МэВ. Вторичные гамма-кванты расходуют свою энергию на комптон-эффект, а затем на фотоэффект. Чем выше энергия гамма-квантов и плотность вещества, тем вероятнее процесс образования пар. Поэтому для защиты от гамма-лучей используют тяжелые металлы, например, свинец.

Рентгеновские лучи взаимодействуют с веществом аналогично за счет этих же трёх эффектов.

9. Характеристическое и тормозное рентгеновское излучение. Отличия и сходства рентгеновского и гамма-излучения. Закон ослабления гамма-излучения.

Характеристическое тормозное излучение возникает в результате возбуждения атома, когда электроны перешедшие на внешнюю орбиту возвращаются на орбиту ближайшую к ядру и отдают при этом избыток энергии в виде характеристического рентгеновского излучения (частота его характерна для каждого химического элемента) . В рентгеновских аппаратах используется характеристическое рентгеновское излучение. При взаимодействии бета-частиц (электронов) с веществом кроме ионизации атомов этого вещества, бета-частицы (электроны) ,взаимодействуя с положительным зарядом ядер, искривляют свою траекторию (тормозятся) и при этом теряют свою энергию в виде тормозного рентгеновского излучения .

Гамма-лучи испускаются из ядер р/а изотопов при их распаде, а рентгеновские лучи возникают при переходах электронов в пределах электронных оболочек атома, Частота гамма-лучей выше частоты рентгеновских лучей, а проникающая способность в веществе и эффекты взаимодействия примерно одинаковы.

Чем толще слой поглотителя, тем больше будет ослаблен проходящий через него поток гамма-лучей.

Для каждого материала экспериментально установлен слой половинного ослабления 1/2 (это толщина любого материала вдвое, ослабляющего гамма-излучение.)

Он равен для воздуха -190м, дерева-25см, биологическая ткань-23см, грунт -14см, бетон -10см, сталь-3см, свинец-2см. (1/2   /23)

Рассуждая аналогично, как и при выводе закона р/а распада, получим:

/1/2 -/1/2 -0,693/1/2

I = Iо / 2 или I = Iо * 2 (другой вид записиI=Iоe )

где: I - интенсивность гамма-лучей после прохождения слоя поглотителя толщиной  ;

Iо - начальная интенсивность гамма-лучей.

10. Задачи дозиметрии и радиометрии. Внешнее и внутреннее облучение организма. Соотношение между активностью и дозой, создаваемой их гамма-излучением. Методы защиты от локальных источников излучений.

Дозиметрия - это количественное и качественное определение величин, характеризующих действия ионизирующего излучения на ве­щество с использованием различных физических методов и примене­нием специальной аппаратуры.

Радиометрия - разрабатывает теорию и практику измерения радио -активности и идентификацию радиоизотопов.

Биологическое действие рентгеновского и ядерных излучений на организм обусловлено ионизацией и возбуждением атомов и моле­кул биолог-ской среды.

  Б.объект

  Ионизация

  пропорциоеально 

n  поглощённой энергии  n

r  излучения  r (рентгеновское излучение)

Доза излучения - это величина энергии ионизирующего излучения, поглощённая в единице объема (массы) облучаемого вещества.

Облучение от внешних р/а источников называют внешним облучением. Облучение от РВ, попавших в организм с воздухом, водой, пищей создаёт внутреннее облучение.

Используя значение К (величина гамма-постояннай приведена в справочниках для всех р/а изотопов) можно определить мощность дозы точечного источника любого изотопа.

Р = К  А / R² ,где

Р - мощность экспозиционной дозы, Р/ч

К- ионизационная постоянная изотопа, Р/ч см² / мКu

А - активность, мКu

R - расстояние, см.

От локальных источников р/а излучений можно защититься экранированием, увеличением расстояния до источника и уменьшением времени его воздействия на организм.

9. Доза и мощности дозы. Единицы измерения экспозиционной, поглощённой, эквивалентной , эффективной дозы.

Доза излучения - это величина энергии ионизирующего излучения, поглощённая в единице объема (массы) облучаемого вещества. В литературе, документах МКРЗ (международная комиссия по радиационной защите), НКРЗ (национальный комитет России) и НКДАР (научный комитет по действию атомной радиации при ООН) различают понятия:

- Экспозиционная доза (ионизирующая способность рентгеновских и гамма лучей в воздухе) в рентгенах; Рентген (Р) - экспозиционная доза рентгеновского или -излучения (т.е. фотонного излучения), создающая в 1 см³ воздуха два миллиарда пар ионов. (В рентгенах измеряют экспозицию источника, поле излучения ,как говорят радиологи падающее излучение).

- Поглощенная доза - энергия ионизирующего излучения, погло­щенная тканями организма в пересчете на единицу массы в Радах и Греях;

Рад (радиацион абсорбет доза - англ.) - поглощенная доза любого вида ионизирующего облучения, при которой в 1 г массы ве­щества поглощается энергия равная 100 эрг. (В 1 г разной по соста­ву биологической ткани поглощается разное количество энергии.)

Доза в радах = дозе в рентгенах, умноженной на к-т , отражающий энергию излучения и род поглощающей ткани. Для воздуха: 1рад = 0,88 рентг;

для воды и мяг­ких тканей 1рад=0,93Р (в практике принимают 1рад=1Р)

для кост­ных тканей 1рад = (2-5)Р

В системе Си принята единица Грей (в 1 кг массы поглощает­ся 1 Дж энергии излучения). 1Гр=100 рад (100Р)

- Эквивалентная доза - поглощенная доза, умноженная на коэф­фициент, отражающий способность данного вида излучения пов­реждать ткани организма в Бэрах и Зивертах. БЭР (биологический эквивалент рентгена)- это доза любого ядерного излучения, при которой в биологической среде создается такой же биологический эффект, как при дозе рентгеновского или гамма-излучения в 1 рентген. Д в бэрах = Д в рентг.*ОБЭ. ОБЭ - коэффициент относительной биологической эффективности или коэффициент качества (КК)

Для ,  и рентг. излучения ОБЭ (КК) = 1; для  и протонов = 10;

медленные нейтроны = 3-5; быстрые нейтроны = 10.

Зиверт (Зв) - это эквивалентная доза любого вида излучения, поглощённая в 1кг биологической ткани, создающая такой же биологический эффект, как и поглощённая доза в 1Гр фотонного излучения. 1Зв = 100 бэр (и = 100Р)

- Эффективная эквивалентная доза - эквивалентная доза, умно­женная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению, в Зивертах.

Коэффициенты радиационного риска для разных тканей (орга­нов) человека, рекомендованные МКРЗ: (например 0,12 - красный костный мозг, 0,15 - молочная железа 0,25 - семенники или яичники;) Коэффициент показывает долю приходящуюся на отдельный орган при равномерном облучении всего тела

В биологическом плане важно знать не просто дозу излучения, полученную каким-либо объектом, а дозу, полученную в единицу времени.

Мощность дозы - это доза излучения, отнесенная к единице времени.

Д = Р / t Например, Р/час, мР/час, мкР/чаc, мкЗв/ч, мБэр/мин, Гр/с и т. д.

О мощности поглощенной дозы го­ворят как о приращении дозы в единицу времени.

12. Характеристика -,-частиц и -излучения.

Свойства разных видов ионизирующих излучений рассмотрим в виде таблицы.

Вид излучений	Что представляет	Заряд	Масса	Энергия МэВ	Скорость	Ионизация в воздухе на 1 см пути	Величина пробега …в: Воздухе Биологич. Металле Ткани
	Поток ядер гелия	Два эл. Положит.заряда 	4 аем	2 – 11	10-20 тысяч км/час	100-150 тысяч пар ионов	2 – 10 см	Доли мм (~0,1мм)	Сотые доли Мм
	Поток Электронов	Элементарный отр. Заряд()	0,000548 аем	0 – 12	0,3-0,99 скорости света (С)	50-100 пар ионов	До 25 метров	До 1 см	Несколько мм.
	Эл-мгн. Излуч. 10^-11м (в.свет 10^-7м)	Не имеет	-квант имеет массу покоя =0	От кэВ до нескольких МэВ	С 300000 км/сек	Слабая	100-150 метров	метры	Десятки см.