1МэВ Wmax

Рис. 6

Для согласования непрерывности спектра с дискретностью уровней ядер необходимо допустить, что вместе с электроном ^o_-1e из ядра вылетает еще одна

~

частица – электронное антинейтрино ⁰₀ν_e. Полная энергия, теряемая ядром при

распаде, равна W_max, но она различным образом распределена между электроном и антинейтрино.

b-радиоктивны те ядра, у которых избыток нейтронов. K-захват был предсказан в 1935 году Х.Юкавой, С.Санатой и открыт в 1937 Л.Альваресом.

4.7. g-излучение (жесткое электромагнитное излучение)

g- излучение не является самостоятельным типом радиоактивности. Оно сопровождает a и b-распад и не вызывает изменения заряда и массового числа. g-излучение испускается при переходах ядер из возбужденных энергетических состояний в основное или менее возбужденное. Длина волны не превышает 10^-2 нм (0,1А^о).

g-лучи имеют дискретный спектр и испускаются дочерним ядром. Гамма-лучи оказывают сильное воздействие на вещество, в частности, на биологические объекты.

Основные понятия дозиметрии ионизирующих излучений.

-19

Ионизирующее излучение – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Оно состоит из фотонов, заряженных и незаряженных частиц. Энергию ионизирующего излучения измеряют в электрон-вольтах:

1

-13

эВ=1,6·10 Дж,

1МэВ=1,6·10 Дж.

Ультрафиолетовое излучение и видимый свет не относят к ионизирующим излучениям.

α-излучение-ионизирующее излучение, состоящее из ядер гелия, испускаемых при ядерных превращениях . Длина пробега порядка нескольких сантиметров в воздухе и не более 0,1мм в биологических тканях. α-излучение опасно при загрязнении кожи, слизистой оболочки глаз, при попадании в лёгкие и желудочно-кишечный тракт.

β-излучение - электронное ( и позитронное ) ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при ядерных превращениях. Длина пробега порядка нескольких метров в воздухе и несколько сантиметров в биологических тканях. β-частицы с энергией 0,1-2МэВ опасны при их воздействии на кожу, слизистую оболочку глаз, желудочно-кишечный тракт. β-частицы с энергией более 2МэВ опасны для хрусталика глаза.

γ- излучение – фотонное ( электромагнитное ) косвенно ионизирующее излучение, испускаемое при ядерных превращениях или аннигиляции частиц. Обладает высокой проникающей способностью ( средний пробег фотонов в воздухе составляет около ста метров, а в биологических тканях до 10-15 см ). Представляет основную опасность как источник внешнего облучения.

Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при изменении скорости заряженных частиц. Возникает в рентгеновской трубке, ускорителе электронов, в среде, окружающей источник β-излучения.

1

Рентгеновское излучение – совокупность тормозного и характеристического фотонного излучения, генерируемого рентгеновскими аппаратами.

0

Нейтроны – незаряженные частицы n , возникающие в ядерных реакциях. Различают три основные группы нейтронов: тепловые,

быстрые. Средний пробег тепловых нейтронов около 10-20 м в воздухе и 2,8 см в биологических тканях, быстрых – соответственно 110-130 м и 10 см.

Внешнее облучение – облучение тела от находящихся вне его источников ионизирующего излучения.

Внутреннее облучение – облучение тела от находящихся внутри него источников ионизирующего излучения.

Активностью радионуклида называется величина

А=λ

N =

Э

-1

та мера радиоактивности равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений ∆N в этом источнике за малый промежуток времени ∆t к этому промежутку ∆t

[

10

А]=1с =1Бк (беккерель),

1

-9

Кu (кюри) = 3,7·10 Бк,

1нКu (нанокюри) = 10 Кu = 37 Бк

На практике используют:

-удельную активность

, [ m]= 1Бк/кг , [ m]= 1Кu/кг,

-

3

3

объёмную активность

, [ V] = 1Бк/м , [ V]= 1Кu/ м ,

-поверхностную активность

2

2

, [ S] = 1Бк/м , [ S]= 1Кu/кг ,

Поглощённая доза – основная дозиметрическая величина, являющаяся мерой энергии, переданной ионизирующим излучением заряженным частицам в данной точке облучаемого объёма и называемая керма (английская аббревиатура kinetic energy released in matter).

N

Керма есть отношение суммы первоначальных кинетических энергий ∆Е всех заряженных частиц, появившихся под действием косвенно ионизирующего излучения в элементарном объёме специального вещества к массе ∆m вещества в этом объёме В СИ единица кермы

[К]=1Дж/кг =1Гр (грей),

1Гр=100 рад,

1рад≈1,14 Р (рентген)

Эквивалентная доза Н –основная дозиметрическая величина в области радиационной безопасности, введенная для оценки возможного ущерба

з

¯

дорового человека от хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава при значении эквивалентной дозы за календарный год не более 5 предельно допустимых доз (ППД), т.е. не превышающих 250 мЗв в год (миллизиверт в год).

¯

Н=kK,

Где k – средний коэффициент качества ионизирующего излучения в данном элементе объёма биологической ткани

ì

≥1- рентгеновское и γ-излучение,

í

-

1- электроны, позитроны, β-излучение,

î

k = 20- α-излучение с энергией меньше 10 МэВ,

10- нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ,

3- нейтроны с энергией меньше 20 кэВ.

1 Зв = 100 бэр

-

Бэр – внесистемный единица эквивалентной дозы – биологический эквивалент рада

1 бэр = 1 рад × k

При этом принимается следующий состав мягкой биологической ткани:

Водорода – 10,1%,

Углерода – 11,1 %,

Азота – 2,6 %,

Кислорода – 76,2 %

Экспозиционная доза рентгеновского и g - излучения X – отношение суммарного заряда Q всех ионов одного знака, созданных в воздухе, когда все электроны и позитроны, освобождённые фотонами в элементарном объёме воздухе, полностью остановились в воздухе, к массе m воздухе в указарром объёме.

-4

X=

[

·

х]= 1Р = 2,58× 10 Кл/кг = 0,88 рад

М

·

ощность эквивалентной дозы ( МЭЗ ) H=

[Н] = 1Зв/с = 100 бэр/с

Используют производные единицы мкЗв/ч, мЗв/ч

Радиациоррый уровень, соответствующий естественному фону

0,1 – 0,2 мкЗв/ч - считается нормальным,

0,2 – 0,6 мкЗв/ч – считается допустимым,

0,6 – 1,2 мЗв/ч –считается повышенным.

См. Б.В.Поленов Дозиметрические приборы для населения. – М.:Энергоатомиздат, 1991., 61с.

Предельно допуссстимая доза ( ПДД ) – основной дозовый предел для категории А (лица, постоянно или временно работающие с ионизирующими излучениями) – 50 мЗв (5бэр). ПДД – такое наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при котором равномерное облучение за 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемые современными методами. ПДД не включает в себя дозы естественного фона и медицинского облучения.

Предел дозы ( ПД ) – основной дозовый предел для категории Б (лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения) – такое наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, прикотором равномерное облучение в течение 70 лет не может не может вызвать в состаянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Вероятность излучения g-кванта зависит не от способа возбуждения, а от

DE = E_нач – E_кон .

Наиболее вероятные процессы взаимодействия g с веществом (E ~ 0,01 ¸ 10 МэВ):

• фотоэлектрическое поглощение mυ²

------- = hu - A;

2

• комптоновское рассеяние;

• образование электрон-позитронной пары

g ® ⁰_-1e + ⁰₊₁e . (33а)

По поводу этой реакции акад. С.И.Вавилов заметил: “Мелодия превращается в скрипку!”

Минимальная энергия, необходимая для образования пары:

2m₀ c² = hu = 1,022 МэВ. (33б)

Явление образования электрона и позитрона из гамма-кванта было открыто Ф. и И.Жолио-Кюри, К.Андерсоном, Н.Блэкеттом, Дж.Оккиалини и объяснено в 1933г. Р.Оппенгеймером. Обратный процесс аннигиляции электронов и позитронов

⁰_-1e + ⁰₊₁e ® 2g. (33в)

была предсказана в 1931г. П.Дираком и экспериментально доказана Ф.Жолио-Кюри и Ж.Тибо в 1933г.