7. Взаємодія γ-випромінювання з речовиною.

Гамма-промені мають найбільшу проникність з усіх видів радіації. Відповідно, від них найважче захиститися. Взаємодія фотонів великих енергій з речовиною слабка. Поглинаючись чи розсіюючись в речовині, гамма-промені передають велику енергію зарядженим частинкам, які відповідають за народження великого числа радіаційних дефектів. Існує три види взаємодії гамма-квантів з речовиною: фотоефект, комптонівське розсіювання і народження електрон-позитронних пар.

Явище фотоефекту залежить від взаємодії електромагнітної хвилі з електронами в складі атомів. Велика енергія, а, отже, частота, гамма-квантів призводить до зменшення ефективності такої взаємодії, оскільки електрони стають надто інертними, щоб реагувати на швидкі зміни напруженості електричного поля хвилі. Тому фотоефект, який є основним типом взаємодії гамма-квантів малих енергій з речовиною, дає зі збільшенням енергії гамма-квантів дедалі менший вклад у процес їхнього поглинання.

При великих енергіях гамма-квантів основним каналом поглинання стає народження електрон-позитронних пар. Гамма-квант може утворити електрон-позитронну пару, якщо його енергія принаймні вдвічі більша за масу спокою електрона. В порожньому просторі утворення електрон-позитронної пари неможливо через вимогу одночасного виконання законів збереження енергії та імпульсу. Для утворення електрон-позитронної пари потрібне ще одне тіло, яке могло б взяти на себе зайвий імпульс, тому народження пар відбувається лише в речовині. При проміжних енергіях гамма-квантів основним каналом їхньої взаємодії з речовиною є комптонівське розсіювання. Воно відрізняється від інших типів взаємодії тим, що, розсіюючись на заряджених частинках, гамма-квант не зникає, а віддає лише частину енергії.

Резонансне поглинаннями гамма-квантів ядрами загалом не відбувається, оскільки енергія гамма-кванта, який випромінюється атомами, дещо відрізняється від різниці енергій ядерних рівнів.\

8. Взаємодія нейтронного випромінювання з речовиною.

Що стосується взаємодії нейтронного випромінювання з речовиною, то слід відмітити, що у зв’язку з відсутністю заряду первинна іонізуюча здатність потоку нейтронів низька, проникна – відповідно висока. В результаті взаємодії нейтронів з ядрами атомів утворюються заряджені частини і - випромінювання. Іонізуючий ефект від дії нейтронів на речовину є наслідком вторинних процесів. При співударі нейтронів з ядрами атомів може проходити пружне розсіювання і захоплення нейтронів ядром (радіаційне захоплення). При пружному співударі, особливо з ядрами легких елементів, нейтрони передають частину кінетичної енергії. Ядро, яке називається ядром віддачі, за рахунок одержаної енергії викликає вторинну іонізацію. Так як тканини організму містять багато води, то нейтрони можуть викликати значну іонізацію в тканинах організму.

9. Взаємодія речовини і іонізуючого випромінювання, одиниці вимірювання.

Іонізуюче випромінювання - це випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення електричних зарядів (іонів) різних знаків. Джерелом іонізуючого випромінювання є природні та штучні радіоактивні речовини та елементи (уран, радій, цезій, стронцій та ін.). Джерела іонізуючого випромінювання широко використовуються в атомній енергетиці, медицині (для діагностики та лікування) та в різних галузях промисловості (для дефектоскопії металів, контролю якості зварних з'єднань, визначення рівня агресивних середовищ у замкнутих об'ємах, боротьби з розрядами статичної електрики і т. ін.).

Іонізуюче випромінювання поділяється на електромагнітне (фотонне) та корпускулярне. До останнього належать випромінювання, що складаються із потоку частинок, маса спокою яких не дорівнює нулю (альфа- і бета-частинок, протонів, нейтронів та ін.). До електромагнітного випромінювання належать гамма - та рентгенівські випромінювання.

Альфа-випромінювання - це потік позитивно заряджених частинок (ядер атомів гелію), що рухаються зі швидкістю 20 000 км/с.

Бета-випромінювання - це потік електронів та позитронів, швидкість яких наближається до швидкості світла.

Гамма-випромінювання - це короткохвильове електромагнітне випромінювання, яке за своїми властивостями подібне до рентгенівського, однак має значно більшу швидкість (приблизно дорівнює швидкості світла) та енергію.

Іонізуюче випромінювання характеризується двома основними властивостями: здатністю проникати через середовище, що опромінюється, та іонізувати повітря і живі клітини організму. Причому обидві ці властивості іонізуючого випромінювання зв'язані між собою обернено пропорційною залежністю.

Найбільшу проникну здатність мають гамма - та рентгенівське випромінювання. Альфа- та бета-частинки, а також інші, що належать до корпускулярного іонізуючого випромінювання, швидко втрачають свою енергію на іонізацію, тому в них порівняно низька проникна здатність.

Дія іонізуючого випромінювання оцінюється дозою випромінювання. Розрізняють поглинуту, еквівалентну та експозиційну дози.

Поглинута доза І) - це відношення середньої енергії Е, що передається випромінюванням речовині в деякому елементарному об'ємі, до маси оіт у цьому об'ємі:

Одиницею поглинутої дози в системі одиниць СІ є грей (Гр), а позасистемною - рад; 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.Оскільки різні види іонізуючого випромінювання навіть при однакових значеннях поглинутої дози спричинюють різний біологічний ефект, введено поняття еквівалентної дози Я, що визначається як добуток поглинутої дози та коефіцієнта якості даного випромінювання Кя:

Коефіцієнт якості показує у скільки разів радіаційна небезпека даного виду випромінювання вище радіаційної небезпеки рентгенівського випромінювання при однаковій поглинутій дозі. У табл. 2.15 наведені значення коефіцієнта якості для деяких видів випромінювання:

Таблиця 2.15. Значення коефіцієнта якості для деяких видів випромінювання

Значення коефіцієнта якості для деяких видів випромінювання

Одиницею еквівалентної дози опромінення в системі СІ є зіверт (Зв): 1 Зв = 100 бер. Бер (біологічний еквівалент рада) - позасистемна одиниця Н.

Для кількісної оцінки іонізуючої дії рентгенівського та гамма-випромінювання в сухому атмосферному повітрі використовується експозиційна доза, яка являє собою відношення повного заряду іонів одного знаку АхЯ, що виникають у малому об'ємі повітря, до маси повітря в цьому об'ємі йт, За одиницю експозиційної дози приймають кулон на кілограм (Кл/кг). Застосовується також позасистемна одиниця - рентген (Р); 1 Р = 2,58 o 10"4 Кл/кг. Поглинута, еквівалентна та експозиційна дози за одиницю часу (1с) називаються потужностями відповідних доз.