Химическая энциклопедия - ионизирующие излучения

,

потоки фотонов или частиц, взаимод. к-рых со средой приводит к ионизации ее атомов или молекул. Различают фотонное (электромагнитное) и корпускулярное И. и. К фотонному И. и. относят вакуумное УФ и характеристическое рентгеновское излучения, а также излучения, возникающие при радиоактивном распаде и др. ядерных р-циях (гл. обр.

g-излучение) и при торможении заряженных частиц в электрич. или магн. поле тормозное рентгеновское излучение, синхротронное излучение. К корпускулярному И. и. относят потоки aи b-частиц, ускоренных ионов и электронов, нейтронов, осколков деления тяжелых ядер и др. Заряженные частицы ионизируют атомы или молекулы среды непосредственно при столкновении с ними (первичная ионизация).

Если выбиваемые при этом электроны обладают достаточной кинетич. энергией, они также могут ионизировать атомы или молекулы среды при столкновениях (вторичная ионизация); такие электроны наз. d-электронами. Фотонное излучение может ионизировать среду как непосредственно (прямая ионизация), так и через генерированные в среде электроны (косвенная ионизация); вклад каждого из этих путей ионизации определяется энергией квантов и атомным составом среды.

Потоки нейтронов ионизируют среду лишь косвенно, преим. ядрами отдачи. Пространственно-временное распределение заряженных частиц или квантов, составляющих И. и., наз. его полем. Осн. характеристики И. и.: поток И. и. Ф n = dN>/dt, где dN - число частиц, падающих на данную пов-сть за интервал времени dt; плотность потока jn = dФ n/dS, где dФ n поток, приходящийся на площадь поперечного сечения dS поглощающего объема; поток энергии Ф = dE/dt, где dE - суммарная энергия излучения (за исключением энергии массы покоя); энергетический спектр И.

и. распределение составляющих его частиц и фотонов по энергиям. Кол-во энергии, переданной И. и. единице массы среды, наз. поглощенной дозой излучения (см. Доза). Все виды И. и. характеризуются т. наз. линейной передачей энергии (ЛПЭ) энергией, переданной среде ионизирующей частицей в заданной окрестности ее траектории на единицу длины.

ЛПЭ может принимать значения от 0,2 (высокоэнергетич. фотоны и электроны) до 10⁴ эВ/нм (осколки деления тяжелых ядер).

Взаимодействие излучения со средой. При прохождении И. и. в среде возможны упругое рассеяние частиц, составляющих излучение, и неупругие процессы. При упругом рассеянии кинетич. энергия относит. движения частиц остается постоянной, но меняется направление их движения, т.

е. поток И. и. рассеивается; при неупругих процессах кинетич. энергия И. и. расходуется на ионизацию и возбуждение частиц среды. Для потока электронов характерны упругое рассеяние на ядрах атомов среды и неупругие процессы -ионизация и возбуждение атомов и молекул при взаимод. с их электронными оболочками (ионизационные потери) и генерация тормозного излучения при взаимод.

с атомными ядрами (радиационные потери). Если энергия электронов не превышает 10 МэВ, во всех средах преобладают ионизац. потери. Для потока ускоренных ионов ионизац. потери доминируют при всех энергиях. Энергия, передаваемая заряженной частицей данному в-ву на единице длины ее пути, наз. тормозной способностью в-ва (dE - энергия, теряемая частицей при прохождении элементарного пути dl).

Значение (m/r)^.rx, где хтолщина слоя в-вa, Ф ⁰n и Ф n падающий и прошедший потоки соответственно. При прохождении потока фотонов через среду часть их рассеивается, часть поглощается, поэтому различают массовые коэф. ослабления и поглощения; второй коэф. численно меньше первого. Каждый вид взаимод.

излучения со средой характеризуется своими массовыми коэф., зависящими от энергии фотонов и ат. номера элемента, из к-рого состоит в-во среды. Нейтронное излучение взаимод. только с атомными ядрами среды. По энергии нейтроны (в сравнении со средней энергией теплового движения kT, где k - постоянная Больцмана, Т абс. т-ра) подразделяют на холодные (Е< kT), тепловые (Е~ kT), медленные (kT < E <10³ эВ), промежуточные (10³ <E< 5.

10⁵ эВ) и быстрые (E> 5.10⁵ эВ). Нейтроны в в-ве испытывают упругое и неупругое рассеяние. При достаточной энергии нейтроны могут выбивать частично ионизир. атомы из среды (т. наз. ядра отдачи). При захвате нейтронов атомными ядрами могут происходить ядерные реакции, последствием к-рых является испускание g-квантов, aи b-частиц, осколков деления ядра и др.

Ослабление потока нейтронов происходит по экспоненциальному закону Ф n = Ф ⁰n е ^-Nsa, где N - число атомов данного вида в единице объема, s т. наз. сечение захвата. Значение s убывает обратно пропорционально скорости нейтронов, но на этой зависимости имеются максимумы (резонансные области захвата), в к-рых сечение характеристично для каждого нуклида и может принимать значения от 2.

Рис. 1. Зависимость массового коэффициента ослабления m/r g-излучения в воде от энергии квантов: 1 фотоэффект; 2 и 3 ионизационная и рассеивательная составляющие эффекта Комптона соответственно; 4 эффект рождения пары электрон-позитрон.