4.1 solutions

7.Эффективный атомный номер вещества

8.Химический метод дозиметрии ионизирующих излучений

9.Конденсаторные камеры в поле непрерывного излучения

10.Характеристики ионизационной камеры в поле непрерывного фотонного излучения

11.Основные процессы взаимодействия нейтронов с тканеэквивалентной средой

Нейтроны являются одними из частиц, находящихся в ядрах атомов и могут быть испущены при их делении или при ядерных реакциях. Все свободные нейтроны начинают жизнь как быстрые нейтроны, с энергиями больше 0.10 МэВ. Быстрые нейтроны замедляются, и их энергия уменьшается при столкновениях с ядрами атомов поглотителя. Затем нейтроны переопределяются как промежуточные (диапазон энергий от 0.025 эВ до 0.10 МэВ) или тепловые (ниже 0.025 эВ). (Отметим, что определения промежуточных и быстрых нейтронов неточные, и Вы можете обнаружить, что различные книги приводят различные диапазоны энергий. Эти различия не является важными при описании взаимодействий, приведенных в этом модуле.) Нейтроны взаимодействуют с веществом тремя способами:

Упругое рассеяние

Неупругое рассеяние

Поглощение нейтронов

Упругое и неупругое рассеяние являются процессами, в ходе которых быстрые и промежуточные нейтроны замедляются. Когда нейтроны достигают тепловых энергий, они поглощаются в процессе нейтронного захвата.

Упругое рассеяние

Упругое рассеяние – это название процесса, посредством которого быстрые или промежуточные нейтроны испытывают упругие столкновения на ядрах атомов поглотителя и нейтрон отклоняется или рассеивается. Упругое столкновение является столкновением, при котором суммарная кинетическая энергия частиц сохраняется, то есть она одинакова после и перед соударением. При упругом столкновении быстрый или промежуточный нейтрон соударяется с ядром поглотителя и теряет часть своей первоначальной энергии. Эта энергия передается ядру-мишени в виде кинетической энергии и ядро-мишень как бы отскакивает. Затем нейтрон отклоняется или рассеивается. Отметим, что направление, в котором отскакивает бомбардируемая частица, и величина рассеивания нейтрона зависит от переданной энергии.

Важно помнить, что отскакивающие в результате упругого рассеяния нейтронов ядра являются тяжелой заряженной частицей. Они теряют свою энергию с высокой скоростью, взаимодействуя с атомами среды таким же образом, как альфа-частицы и, следовательно, классифицируются как ионизирующее излучение с высокой ионизирующей способностью. По этой

причине, учитывая, что упругое рассеяние является наиболее вероятным взаимодействием для быстрых нейтронов в биологической ткани, нейтроны могут быть особенно опасны при облучении тела человека.

Неупругое рассеяние

Более сложное взаимодействие может иметь место, когда быстрые или промежуточные нейтроны сталкиваются с мишенью, которая намного больше, чем они сами, и не отскакивает (как в случае упругого рассеяния), а временно поглощается ядром-мишенью. После короткого времени нейтрон переиспускается с уменьшенной энергией, а ядро-мишень остается в возбужденном состоянии. Затем ядро снимает возбуждение путем испускания гамма-излучения. Поскольку суммарная кинетическая энергия не сохраняется при этом столкновении (потому что часть энергии идет на образование гаммаизлучения), этот тип столкновения называется неупругим столкновением. А сам тип взаимодействия называется неупругим рассеянием.

Вероятность неупругого рассеяния зависит от энергии нейтрона, возрастая по мерероста энергии нейтрона. Там, где возможен этот тип взаимодействия, при защите от нейтронов следует принимать во внимание испускание гаммаизлучения.

Поглощение нейтронов

Когда быстрые и промежуточные нейтроны замедлены в результате упругих и неупругих столкновениях, они становятся тепловыми нейтронами с энергиями порядка 0.025 эВ. Большинство тепловых нейтронов поглощаются и становятся частью ядер атомов поглотителя. Затем эти ядра должны избавиться от избыточной энергии, обычно путем испускания гамма-излучения.

Поглощение нейтрона может также быть результатом следующих реакций:

Для некоторых легких ядер поглощение нейтрона ведет к испусканию протона.

Поглощение нейтрона в боре или литии ведет к испусканию альфа-излучения.

Поглощение нейтрона тяжелым ядром, таким как уран или плутоний, может привести к ядерному делению.

При поглощении нейтронов могут образовываться радиоактивные изотопы, процесс известный как нейтронная активация. Примером нейтронной активации является облучение нейтронами стабильного иридия с образованием иридия-192. (Этот изотоп является гамма/бета излучателем, который используется в промышленной гамма-радиографии.)

Резюме по взаимодействию нейтронов с веществом

Взаимодействие нейтронов с веществом

	Упругое	Неупругое	Поглощение
	рассеяние	рассеяние	нейтрона
Энергия	Быстрый	Быстрый	Тепловой
нейтрона
Зависимость	Низкая	Высокая	Зависит от
от Z поглотител			сечения захвата.
я

Проблемы	Ядро отдачи является		Ядро отдачи является	Возможно
	сильно		сильно ионизирующим.	образование
	ионизирующим.		Испускается гамма-	высокоэнергетическо
	Наиболее		излучение и его следует	го гамма-излучения.
	распространенное		принимать во внимание
	взаимодействие	в	при проектировании
	биологической ткани.		защиты.

12.Энергетическая зависимость чувствительности дозиметрических детекторов в поле фотонного излучения.

12.Энергетическая зависимость чувствительности дозиметрических детекторов в поле фотонного излучения

13.Кривая высвечивания термолюминесцентных дозиметров

В дозиметрии ионизирующих излучений находят широкое применение термолюминесцентные дозиметры. ТЛ основано на испускании света при нагревании предварительно облученного неорганического кристалла, называемого термолюминофором. При поглощении энергии излучения как центрами люминесценции, так и основным веществом люминофора появляются свободные электроны, захватываемые электронными ловушками, а центры люминесценции ионизируются. Этот процесс называется запасением светосуммы. Освобождение электронов из ловушек при нагревании кристалла приводит к рекомбинации свободных электронов с дырками на центрах люминесценции. Энергия, выделившаяся при рекомбинации, переводит центр в возбужденное состояния, при этом возникает термолюминесценция.

Термолюминесцентные фосфоры характеризуются Кривой термического высвечивания (КТВ) с максимальным пиком при определенной температуре и несколькими менее выраженными пиками, устранить которые не всегда удается.