4. Элементы радиометрии.

1. Виды взаимодействий

2. Взаимодействие α-излучения с веществом.

3. Взаимодействие β-излучения с веществом.

4. Взаимодействие γ-излучения с веществом

5. Взаимодействие n с веществом

Что происходит в детекторах ионизирующих излучений т.е. в приборах, которые обнаруживают эти излучения?

1. Ионизация атомов газов, благодаря чему атомы газов становятся проводниками электрического тока.

2. Возбуждение атомов некоторых прозрачных кристаллов, благодаря чему в них возникают вспышки света.

3. Возбуждение атомов полупроводников, благодаря чему в них появляется электронно-дырочная проводимость.

4. Засвечивание эмульсионного слоя фотопластинки и его почернение.

5. Протекание хим. реакций растворов, превращение излучения в тепло и другие эффекты.

4.2. Взаимодействие α-излучения с веществом.

Когда α-частица летит через вещество, то вероятность её столкновения с ядром очень мала. Оно сильно отталкивает небольшую α-частицу и она взаимодействует с электронной -оболочки.

α -частица отдает часть Е электрона т.е. возбуждает атомы и может вырывать с оболочки, делая таким образом ионизацию атомов.

В ходе ионизации 1-го атома возникает 2 иона:

1. Отрицательный ê;

2. Положительный – оставшаяся часть атома.

Средняя Е (ω), которую теряет α-частица в газах на образование 1-ой пары ионов = в пределах 26-35 эВ ( в воздухе 34 эВ, в аргоне 26 эВ). Число пар ионов (N) которое создает α –частица с Е_α (Е) =

N = Е_α/ ω (4.1)

В воздухе при Е_α= 7 МэВ

N = ~ 200000

Число пар ионов (Nуд), которые создает α-частица в воздухе на пути 1 см = 40000 – удельная ионизация.

Е_α = 40000 * 34 = 1,36 МэВ

Проникающая способность α-частицы характеризуется понятием среднего пробега.

Траектория α-частицы в воздухе прямолинейна, т.к. m_α >> m_ê, и средний пробег ее (т.е. длину траектории в воздухе) можно рассчитать по электрическим формулам:

Rсм = 0,32 * Е если Е ≤ 9 МэВ

R см ~ 0,15 * Е если Е > 9 МэВ (4.2)

Д ля нормальных условий (ť₀ = 288 ̊К, р₀ = 0,1 МПа) график R _см = ƒ(Е,_МэВ) выглядит следующим образом:

Из рисунка следует, что R_см ~ E_{МэВ .}

Для условий Р и Т из формулы Менделеева – Клайперона следует, что :

Поскольку в обычных условиях Т/Т₀ ~ 1, то

(4.3)

Пробег обратно пропорционален давлению воздуха. Теоретически и экспериментально доказано, что линейный пробег α-частиц обратно пропорционален плотности вещества, т.е.



Значит, если величину R_мин умножить на ρ, то получим: величину массового пробега К; который не зависит от ρ и будет мало различаться в любых веществах.

Таким образом, от линейного пробега к массовому можно перейти по формуле:

(4.4)

Пробег α-частиц в других веществах в нормальных условиях через пробег в воздухе определяется по эмпирическим формулам:

(4.5)

А – атомная масса вещества;

R - линейный пробег α-частиц;

R - массовый пробег α-частиц в веществе;

R - линейный пробег α-частиц в веществе, [ м ]

Пример: Найти пробег α-частиц с Е = 10МэВ в хлоре (ρ 3,2 * 10 -3 г/см3 = 3,2 кг/м3) и в аргоне (ρ = 1,8 * 10 -3 г/см3; = 1,8 кг/м3)

Найдем пробег в воздухе:

Rсм = 0,15 * Е^1,8 = 0,15 * 10^1,8 = 9,46 (см) = 0,0996 (м) линейный пробег

(массовый пробег) (линейный пробег)

R в хлоре = 0,56 * Rcm * А^1/3 = 0,17 кг/м2 =› R cl = 0,17/3,2=5,3 см

R в аргоне= 0,56 * Rcm * А^1/3 = 0,18 кг/м2 = R_Аr = 0,18/1,8=10 см