4.3. Взаимодействие β-частиц с веществом.

А) β-частицы (как и α-частицы) тратят энергию на ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Но удельная ионизация их на 3 порядка меньше, чем у α, поскольку эта частица имеет в 2 раза меньший заряд и мизерную массу, т.е. передают электронам много энергии. Так при энергии β-частиц 3 МэВ в воздухе удельная ионизация = 45 пар/см.

При столкновении с электроном β-частица может сильно менять направление.

Пролетая вблизи ядра, β-частица сначала ускоряется, затем тормозится и меняет направление полета. При торможении энергия β-частицы скачком уменьшается на величину ∆Е_β и передается возникающему при этом γ-кванту.

Такое γ-излучение называется тормозным, а потери энергии β-частицы называются рациональными. Но эти потери очень малы по сравнению с ионизационными и проявляются при высоких энергиях, равных

Е > 800/Z (4.6)

Б) Максимальный пробег

П

_max

_max

₃

онятие «средний пробег» для β-частицы неприменимо, т.к. спектр излучения у них не дискретный, а сплошной. Кроме того β-частицы легко рассеиваются в веществе, и их траектории в несколько раз больше толщины слоя поглощения. Поэтому применяется понятие максимального пробега (R мах) – это толщина поглотителя, который полностью задерживает β-частицы с Е_мах (г/см²). Согласно формуле R^см =L^см *^г/см

Величина R_мах (г/см²) мало зависит от ρ

В) Ослабление β-излучения веществом

d

_d

Совместное влияние поглощения и рассеивания β-излучения веществом приводит к его ослаблению, которое подчиняется экспоненциальному закону:

У_d = У₀ * е ^–μd (4.7)

d – толщина поглотителя, г/см² ;

У₀ – интенсивность β-излучения (плотность потока) на входе в поглотитель (част/см²*с );

У_d – интенсивности β-излучения на выходе.

µ- массовый коэффициент ослабления, см²/г.

Если рассмотреть слой половинного ослабления d¹/2, при котором У_d = ½ У₀, тогда :

или

2= μ=

т огда У_d=У₀*e^-μd= (4.8)

_d

У₀₌

Экспериментально установлено, что d_1/2 ~ 0,095 * * Емах ^3/2 (4.9)

Для многих элементов Z/A ~ 0,5

Тогда: d_1/2~0.048*

сле-но:

Пробег β-частиц в воздухе зависит от Емах и равен: от n * 10(см) до n(м)

4.4. Взаимодействие γ-излучения с веществом.

А) Основные виды взаимодействий

В зависимости от энергии вещества различают 3 вида взаимодействий:

- ФОТОЭФФЕНКТ: если γ- квант взаимодействует с электроном ближних орбит (К,L), то он перестает существовать, а вся его энергия передается электроном , который вылетает за пределы атома

- коэффициент ослабления (4.10)

Это фотоэлектрическое поглощение.

- КОМПТОН – ЭФФЕКТ – если γ-квант взаимодействует с электроном внешних орбит, то он выбивает электрон из атома, передает электрон часть энергии, т.е. рассеивается; электрон и рассеянный γ-квант разметаются под разными углами φ

0,511

(4.11)

Из формулы 4.1. следует, что энергия рассеивания γ-квантов меняется от 0 до 0,256 МэВ, а энергия рассеянных электронов от 0 до Е_γ - 0,256 МэВ. Такое взаимодействие называется комптон - эффектом.

Коэффициент ослабления определяется формулой

(4.12)

- Образование электронно-позитронных пар.

Если Еγ ≥ 1,02 МэВ, то он, пролетая вокруг ядра, образует электронно-позитронные пары

Такое взаимодействие называется образованием электронно-позитронных пар

µ_on ≈ Z² (4.13)

Полный массовый коэффициент ослабления.

Все три взаимодействия составляют полный массовый коэффициент ослабления:

μ = μ _фэ + μ _кэ + μ _оп (4.14)

Относительный вклад каждого взаимодействия зависит от Z и E

По графику: для малых энергий, Z преобладает фотоэффект; для высоких энергий Е и больших Z преобладает образование пар: для средних Е и малых Z преобладает комптон – эффект.

Высокие Еγ уменьшается при образовании пар рассеиваются при КЭ и поглощают при ФЭ.

Экспоненциальный закон ослабления γ-излучения.

γ-излучение, проходящее через вещество ослабляется по экспоненциальному закону:

Y = Y₀ * e ^–μ _L (4.15)

Где Y₀ – интенсивность γ-излучения (плотность потока Е), падающие на поглотитель толщиной L. μ_L – линейный коэффициент поглощения (см^-1)

Уравнение 4.15. можно записать:

Y

_L

_L

= Y₀ * e

Y = Y₀ * e ^–μd

г

_L

де μ = - массовый коэффициент ослабления

d = ρ*L d – массовая толщина слоя

Величина µ не зависит от ρ и часто приводится в таблице.