Лабораторная работа №6. Изучение поглощения ионизирующего

Изучение поглощения ионизирующего

Излучения веществом

Цель и задачи работы: Изучение основных закономерностей радиоактивного распада и взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, исследование зависимости поглощения b - излучения от толщины поглотителя, определение коэффициента поглощения вещества.

Общие сведения

Ионизирующее излучение возникает при распаде радиоактивных веществ, как естественных, так и полученных искусственно в ядерных реакторах и ускорителях заряженных частиц. Кроме того, космические лучи являются также источником ионизирующего излучения.

Методы регистрации ионизирующего излучения основаны на различных видах взаимодействия излучения с веществом.

Можно выделить три основные группы излучения:

1) Заряженные частицы (a - излучение, b - излучение, протоны, дейтроны и др.)

2) Излучение, представляющие поток нейтральных частиц (нейтроны, нейтрино, нейтральные мезоны и др.)

3) Электромагнитное излучение (рентгеновское и g - излучение).

1.1 Взаимодействие a - частиц с веществом

a - распад характерен для тяжелых элементов (урана, тория, полония, плутония и др.). В результате a - распада «материнское» ядро с атомным номером Z и массовым числом А превращается в новое, «дочернее» ядро с атомным номером Z - 2 и с массовым числом А - 4. В качестве примера a - распада приведем распад плутония :

. (1)

a - частицы – это положительно заряженные частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, как ядра гелия Они обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью.

Пробег a - частиц радиоактивных элементов в воздухе не превышает 11 см, а в более плотных средах он еще меньше, так, в мягких тканях человека пробег a - частиц измеряется микронами.

Проходя через слой вещества, a - частицы испытывают упругое рассеяние на ядрах атомов и неупругое взаимодействие с электронами атомов, находящихся на внешних орбитах. Электрическое поле a - частицы, взаимодействуя с внешними электронами атомов и молекул, вызывает ионизацию или возбуждение атомов и молекул, а иногда и диссоциацию молекул. При этом a - частицы теряют свою энергию.

1.2 Взаимодействие b - частиц с веществом

b - излучение состоит из электронов или позитронов, которые испускаются при b - распаде радиоактивных изотопов. К b - распаду относится также электронный захват, т.е. захват атомным ядром одного из электронов окружающей ядро электронной оболочки. Массовое число ядра при b - распаде не изменяется.

а) При электронном - распаде происходит превращение нейтрона в протон, заряд ядра и его порядковый номер увеличиваются на единицу. Электронный распад характерен для ядер с избыточным числом нейтронов. В качестве примера -распада приведем распад ядра стронция :

. (2)

В ядре происходит взаимопревращение нуклонов:

, (3)

где - нейтрон, - протон, - электрон, - антинейтрино.

б) Примером позитронного b⁺ - распада может служить распад изотопа натрия по реакции:

(4)

При этом в ядре происходит превращение протона в нейтрон:

(5)

где - позитрон, - нейтрино.

b - частицы в воздухе на своем пути создают в несколько сот раз меньше ионов, чем a - частицы, b - частицы, испускаемые атомными ядрами при радиоактивных превращениях, имеют различную энергию, поэтому и пробег их в веществе неодинаков. Ослабление потока b - частиц веществом происходит постепенно.

1.3 Взаимодействие g - излучения с веществом

Гамма - излучение (фотонное) сопровождает a - или b - распад ядер, обладает энергией от нескольких тысяч до нескольких миллионов электрон-вольт. Распространяется оно, как и рентгеновское излучение, в воздухе со скоростью света. Ионизирующая способность g - излучения значительно меньше, чем a - и b - частиц. g - излучение – это электромагнитное излучение высокой энергии, обладает большой проникающей способностью. Индивидуальные средства защиты человека от g - излучения не эффективны.

Механизм взаимодействия излучения с веществом зависит как от свойств среды, так и от энергии излучения.

g - излучение наиболее эффективно ослабляется материалами с высокой плотностью.

Поглощение g - лучей в веществе связано со следующими процессами:

а) фотоэффектом; б) с комптоновским рассеянием; в) с рождением пар е^- и е⁺; г) ядерным фотоэффектом.