Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом
Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии
Ядерная физика занимается изучением атомных ядер. Ядра состоят из протонов и нейтронов
, называемых нуклонами.
Размер (диаметр) атома da ~ , размер ядра dя ~
.
Символика обозначения ядра: , где
Z – число протонов в ядре (порядковый номер элемента в таблице Менделеева);
A – массовое число (количество нуклонов в ядре): A=Z+N;
N – количество нейтронов в ядре: N=A – Z . .
Изотопы – ядрасодинаковым количеством протонов (Z) и различным количеством нейтронов (N).
Массы ядер принято измерять в атомных единицах массы (а.е.м.), выбранных таким образом, что масса изотопа углерода в точности равна 12.000 а.е.м.
протон q = 1,6.10-19 Кл mp = 1,007 а.е.м.
нейтрон q =0 Кл mn = 1,008 а.е.м.
Энергия связи ядра – энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на нуклоны:
Энергия связи ядра измеряется в МэВ (мегаэлектронвольтах):
1 МэВ = 106 эВ = 106 .1,6 . 10 – 19 Дж = 1,6 . 10 – 13 Дж.
Дефект массы ( ):
Радиоактивность–способность некоторых ядер самопроизвольно распадаться с испусканием других ядер и элементарных частиц.
Основные типы радиоактивности
1. -распад – распад ядер, который сопровождается испусканием
-частиц (ядер атома гелия
):
Пример: .
2. - распад–самопроизвольное превращение протонов и нейтронов внутри ядра.
a) электронный (
):
(антинейтрино)
Пример:
.
б) позитронный (
):
(нейтрино)
Пример:
.
в) е – захват – захват электрона с ближайшей орбиты:
.
Пример: .
3. -излучение – это фотон очень высокой энергии (коротковолновое электромагнитное излучение с длинной волны
м).
-квант энергии возникает при переходе ядра из возбужденного состояния (энергия Е2) в невозбужденное (энергия Е1):
.
Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность
Закон радиоактивного распада выражает зависимость нераспавшихся ядер от времени:
N – количество нераспавшихся ядер в
момент времени t;
N0 – количество ядер в начальный момент времени;
– постоянная радиоактивного распада
График закона радиоактивного распада
Период полураспада (Т) – время, в течении которого распадается половина ядер радиоактивного образца.
Если t = Т, то .
Пример: Таблица 2
Изотоп | Период полураспада | Изотоп | Период полураспада |
полоний ![]() | 4 . 10 - 6 секунд | йод ![]() | 8 суток |
литий ![]() | 0,9 секунд | кальций ![]() | 165 суток |
углерод ![]() | 20 минут | кобальт ![]() | 5,3 лет |
![]() | 5600 лет | уран ![]() | 7,1 . 108 лет |
Активность (А) – скорость радиоактивного распада (количество распадов за единицу времени).
А= .
Единицы измерения: СИ [А] = Бк (беккерель);
внесистемная [А] = Ки (кюри). 1 Ки = 3,7 . 1010 Бк.
Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом
Взаимодействие радиоактивного излучения с веществом характеризуется ионизирующей и проникающей способностью.
Ионизирующая способность – способность радиоактивного излучения образовывать пары ионов при прохождении в веществе.
Характеристика ионизирующей способности: линейная плотность ионизации ( ):
,
;
– число пар ионов одного знака, образованных ионизирующей частицей на элементарном пути
.
Проникающая способность:
– для и
- излучений – это расстояние, которое проходит частица в веществе до того момента, когда ее энергия станет равной средней энергии теплового движения частиц вещества;
– для - излучения – это расстояние, после прохождения которого поток
-излучения уменьшается в определенное число раз (е, 10 раз).
Характеристики проникающей способности:
а) средний линейный пробег ( ) – среднее расстояние, которое проходит ионизирующая частица в веществе до полной остановки:
[L] = м;
б) линейная тормозная способность(S):
, [S] =
,
dE – энергия, теряемая заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути в веществе.
Пример: длина пробега до остановки
в биологической ткане:
– до 0,1 мм;
– до 6 см;
– проходит через тело человека;
в воздухе:
– от 3 до 9 см;
– до 40 м;
– приблизительно 200 м.
Чем больше заряд и масса частицы, тем выше ее ионизирующая и меньше проникающая способность. Эти величины зависят от плотности облучаемого вещества.
Основные эффекты действия радиоактивного излучения на вещество:
1. Упругое рассеяние (изменение направления излучения).
2. Возбуждение атомов.
3. Фотоэффект, который приводит к ионизации атомов.
4. Ядерные реакции (ведут к изменению проводимости, образованию ядерных осколков, дочерних ядер).
5. Выделение тепла.
Самое опасное – ионизация атомов, так как нарушается структура молекул.