10. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

1. Взаимодействие альфа-частиц с веществом. При этом энергия альфа-частиц расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Эти процессы происходят в ре­зультате неупругих столкновений частиц с орбитальными электронами атомов. В отдельных (довольно редких) случаях альфа-частица может проникать в ядро, вызывая ядерную реакцию. Длина пробега альфа-частиц в веществе зависит от их началь­ной энергии, а также от порядкового номера, атомной массы и плотности материала. Длина пробега альфа-частиц определяется из экспериментальных формул.

В начале пробега альфа-частицы удельная ионизация остается посто­янной, а по мере снижения энергии частицы она резко возрас­тает, достигая максимума в конце пути.

Обладая относительно большой массой и зарядом, альфа-части­цы имеют незначительную проникающую способность. Так, для альфа-частиц с энергией 4 МэВ длина пробега в воздухе составляет 2,5 см, в биологической ткани — 31 мкм, в алюми­нии — 16 мкм. Вместе с тем для альфа-частиц характерны высокие показатели ЛПЭ.

2. Взаимодействие бета-частиц с веществом. При прохождении бета-частиц через вещество возможны упругие и неупругие взаи­модействия с атомами поглощающей среды. Упругие взаимо­действия заключаются в том, что сумма кинетических энергий взаимодействующих частиц после взаимодействия остается не­изменной. При неупругом взаимодействии часть энергии взаи­модействующих частиц передается образовавшимся свобод­ным частицам или квантам (неупругое рассеяние, ионизация и возбуждение атомов, возбуждение ядер, тормозное излучение).

Линейная передача энергии бета-частиц при их взаимодействии с веществом пропорциональна плотности атомов в 1 см³ вещест­ва и порядковому номеру вещества.

Для определения пробега бета-частиц в различных средах ис­пользуется эмпирическая формула. Удельная плотность ионизации, создаваемая бета-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем для альфа-частиц той же энергии.

Для бета-частиц с энергией 4 МэВ длина пробега в воздухе составляет 17,8 м, в воде — 2,6 см, в алюминии — 9,8 мм.

При расчете защиты от бета-излучения малых энергий, для ко­торых ионизационные потери несущественны, необходимо, чтобы толщина защитного экрана была равна или больше мак­симального пробега частицы в данном материале. При этом следует использовать материалы с малым порядковым номером. При высоких энергиях бета-частиц часто необходимо осуществлять защиту от тормозного рентгеновского излучения.

3) Взаимодействие рентгеновского и гамма-излучений с веществом

В результате взаимодействия пучка рентгеновско­го или гамма-излучения (квантов) с веществом каждый фотон выбывает из пучка в результате одиночного акта. Число выбывающих из пучка фотонов пропорционально проходимому ими слою вещества и числу падающих фотонов, при этом изменение интенсивности излучения выражают не через коэффициент ослабления, а через слой половинного ослабления	Слой половинного ослабления è такая толщина поглощающей среды, при прохождении которой интенсивность излучения уменьшается в 2 раза.
При энергии квантов от 60 кэВ до 50 МэВ имеют место следующие процессы их взаимодействия с веществом:
фотоэлектрический эффект; рассеяние атомными электронами, в результате которого фотон отклоняется от своего первоначального направления с потерей или без потери энергии; образование пар, при котором фотон в поле ядра атома или электрона исчезает и рождается пара электрон-позитрон.	Указанные три процесса могут происходить независимо друг от друга, поэтому полный коэффициент ослабления можно разбить на три части: для фотоэлектрического эффекта, для рассеяния, для образования пар.
Слоем половинного ос­лабления называется такая толщина поглощающей среды, при прохождении которой интенсивность излучения уменьша­ется в 2 раза
Коэффициент ослабления равен сумме указанных коэффициентов