![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Взаимодействие радиоактивных излучений с окружающей средой
Взаимодействие заряженных частиц. К заряженным частицам относятся α - и β – частицы. α -частица представляет собой ядро гелия (4He2+), масса α -частицы составляет 4 а.е.м.(по меркам микромира это огромная величина), заряд - +2.. Масса электрона (позитрона) примерно в 7300 раз меньше массы α -частицы, а заряд β -частицы, равный по модулю заряду электрона, равен ±1. Энергия заряженной частицы – кинетическая энергия, которая пропорциональна массе частицы и квадрату скорости ее движения. Будучи электрически заряженными, частицы взаимодействуют с кулоновскими полями ядра и электронов атома вещества. Необходимо отметить, что ядро занимает ничтожно малый объем атома (примерно 10-12 части объема атома), поэтому вероятность взаимодействия заряженной частицы с кулоновским полем ядра невелика. В результате взаимодействия частицы вызывают ионизацию окружающей среды, т.е. образование положительных ионов и свободных электронов вследствие вырывания электронов из внешних оболочек атомов. При ионизации вещества происходит потеря части энергии (скорости) заряженной частицы в каждом акте взаимодействия. После некоторого числа взаимодействий энергия (скорость) заряженной частицы уменьшается практически до нуля и происходит ее нейтрализация путем присоединения электронов для α -частицы или присоединения электрона к иону для β -частицы. Таким образом, при каждом акте взаимодействия происходит замедление частицы, т.е. частица имеет отрицательное ускорение. Известно, что при движении заряженной частицы с ускорением, частица начинает излучать энергию, что приводит к потере энергии частицы. Следовательно, при взаимодействии заряженной частицы с веществом имеют место быть ионизационные и радиационные потери энергии. Радиационные потери пропорциональны квадрату ускорения. Учитывая, что ускорение a = F/M, где F – сила, действующая на частицу массой М, получим, что радиационные потери при рассеянии на кулоновском центре пропорциональны где энергия β -частицы дана в Мэв. Следовательно, для основных породообразующих элементов (Z = 8 ÷ 20) при значениях энергии β -частицы, характерных для естественных радиоактивных элементов 0.1 ÷ 2 Мэв, Еи / Ер > 10. Таким образом, для заряженных частиц характерны ионизационные потери. Количественными характеристиками потерь энергии частицы служит величина удельных потерь энергии (dE/dx) (т.е. потери энергии на единицу длины пути частицы) и пробег частицы L в веществе (полный путь частицы в веществе). Линейный пробег в воздухе α -частицы в области энергий 4 Мэв < Eα < 9 Мэв, характерной для естественных радиоактивных элементов, приближенно выражается: где: ρ – плотность; А – атомный вес. Атомный вес воздуха (28% кислорода и 72% азота) равен 14.4, плотность воздуха 0.0013 г/см3, для алюминия: плотность 2.7 г/см3, А равняется 27. Подставляя эти значения, получаем, что пробег α -частицы в алюминии равен десяткам микрон. Т.к. масса α -частицы почти на 4 порядка больше массы электрона, то направление движения α -частицы при соударении с электронами практически не меняется.
Величина Rm есть массовая толщина такого слоя вещества, необходимая для полного поглощения электронов данной энергии. Однако из-за сложного характера траекторий пробег большинства электронов в веществе гораздо меньше Rm. Для сравнения, пробег β -частицы в воздухе составляет, в зависимости от энергии, от единиц до десятков метров. Удельная потеря энергии оценивается следующим выражением:
Ионизирующее действие Ф α -частицы увеличивается по мере приближения их к концу пробега R, т.е. с уменьшением скорости. Зависимость ионизации, вызываемая α -частицей, зависит от длины пробега R0: где Ф – число пар ионов, образованных на пути между рассматриваемой точкой и концом пробега. Удельная ионизирующая способность β -частицы примерно на порядок ниже, чем у α -частицы.
|