2.1. Ионнизационные потери

При столкновении заряженных частиц с атомами поглотителя последним может быть передана энергия, достаточная для перехода электронов на более высокие энергетические уровни (возбуждение атомов) и даже отрыва электронов от атомов (ионизация). Эти потери называются ионизационными. Энергия - частицы при таких взаимодействиях теряется относительно малыми порциями. Так, средний потенциал возбуждения атомов и молекул воздуха составляет 35 эВ. При прохождении - частицы в воздухе процесс ионизации идет до тех пор, пока ее энергия не станет меньше потенциала ионизации молекул вещества. После этого -частица, захватив два электрона, превращается в нейтральный атом гелия. Вслед за альфа-частицей образуется колонка (цепочка) ионов, плотность которых к концу пути возрастает. Общее количество пар ионов можно оценить, разделив начальную энергию -частицы (4-8 МэВ) на средний потенциал возбуждения (35 эВ). Для воздуха число таких пар составляет . В связи с этим радиационное поражение живого организма -радиоактивными препаратами представляет значительную опасность.

2.2. Потери энергии на образование ядер отдачи

В результате взаимодействия положительно заряженных -частиц с ядрами вещества поглотителя возможно и упругое столкновение. В этом случае изменяется скорость частицы по направлению и по величине, а ядра поглотителя смещаются от положения равновесия. Возникают так называемые ядра отдачи. Если вещество поглотителя представляет собой идеальный кристалл, то после прохождения -частицы в нем возникают точечные дефекты кристаллической решетки. Для -частиц, которые движутся в воздухе, потерями энергии на образование атомов и ядер отдачи можно пренебречь по сравнению с ионизационными, поскольку вероятность столкновения -частицы с ядрами весьма мала.

2.3. Радиационные потери

Как известно, ускоренное движение заряда сопровождается электромагнитным излучением, называемым тормозным излучением. Потери энергии частицы на формирование электромагнитного излучения (радиационные потери энергии) для - частиц в воздухе, как показывают опыт и теоретические расчеты, пренебрежимо малы по сравнению с ионизационными.

Таким образом, для -частицы, движущейся в воздухе, потери энергии определяются процессами возбуждения и ионизации атомов и молекул. Вследствие того, что масса - частицы превосходит массу электронов почти в 10000 раз, ее траекторию в воздухе можно считать практически прямолинейной. Она может отклониться лишь при взаимодействии с ядрами вещества - поглотителя (редкие события).

3. Кривая поглощения -частицы в веществе

Путь, пройденный - частицей при замедлении ее до тепловых скоростей (100 м/с), принято называть полным пробегом. Однако даже при равных начальных скоростях (энергиях) наблюдаются отличия в полных пробегах отдельных частиц. Это обусловлено как флуктуацией концентрации атомов вещества - поглотителя на пути частицы, так и флуктуацией энергетических потерь в каждом отдельном акте ионизации атомов. В связи с этим для описания поглощения частиц в веществе вводят несколько иные параметры, имеющие размерность длины.

Средним пробегом называют толщину слоя вещества, в котором поглощается ровно половина всех частиц. Его определяют с помощью кривой поглощения частиц в веществе. Так называют график зависимости количества моноэнергетических частиц, фиксируемых счетным устройством за некоторое время t, как функцию толщины слоя (рис. 2).

Определение среднего пробега как расстояния, пройденного частицами до точки, в которой интенсивность пучка уменьшается в два раза, возможно лишь для коллимированного пучка моноэнергетических частиц. В случае нарушения этого условия заданные уменьшения интенсивности наблюдаются при меньших значениях , что приводит к заниженным значениям .

Поэтому для неколлимированного пучка определяют так называемый экстраполированный пробег (рис. 2). Его значение получают проведением касательной в точке наиболее крутого наклона кривой зависимости от х до пересечения с осью x. Практически при нулевом уровне фона за экстраполированный пробег можно принять такое расстояние от источника, при котором число зарегистрированных частиц обращается в нуль.

Рис. 2. Кривая поглощения альфа частиц в веществе:

х–расстояние от источника до счетчика; -средний пробег;

- экстраполированный пробег

Эмпирическая зависимость экстраполированного пробега - частиц от ее энергии в воздухе представлена на рис.3.

Рис. 3. Зависимость экстраполированного пробега

-частиц в воздухе от ее энергии

Для определения ее энергии достаточно найти экстраполированный пробег R₁ по кривой поглощения, приведенной на рис. 2, и с помощью графика (рис. 3) по найденному значению найти величину энергии . Затем с помощью формулы (1) можно оценить время жизни данного изотопа, используемого в настоящей работе.