1.4.1. Эффекты, сопровождающие прохождение излучения через вещество

Проходя через вещество, ядерное излучение взаимодействует с атомами (молекулами), электронами и ядрами. Характер взаимодействия зависит от вида энергии излучения, а также от свойств поглощающего вещества. Взаимодействие заряженных частиц и ?-квантов с ядрами существенно только при высоких энергиях и больших потоках частиц или ?-квантов. Для обычно применяемых радионуклидов, используемых к тому же в индикаторных количествах, вероятность процессов взаимодействия ядерного излучения с ядрами среды невелика. Поэтому энергия излучения расходуется главным образом на взаимодействие с электронами (в частности, со связанными электронами – в этом случае говорят о взаимодействии излучения с атомами или молекулами среды).

Различают два типа взаимодействия – упругое и неупругое. При упругом взаимодействии сумма кинетических энергий взаимодействующих частиц (или фотонов и частиц) не изменяется, происходит лишь перераспределение энергии между участниками взаимодействия. Такие процессы не представляют для нас интереса (кроме случая, когда и результате упругого взаимодействия часть энергии ?-кванта передается свободному электрону). При неупругом взаимодействии сумма кинетических энергий участников взаимодействия уменьшается, так как часть кинетической энергии переходит в другие формы (энергию возбуждения, энергию разрыва связей и т. п.) и в конечном счете рассеивается в виде теплоты и длинноволнового излучения.

Для характеристики энергии, поглощенной в единице массы облучаемой среды, используют величину, называемую поглощенной дозой излучения (или просто дозой излучения). От уровня дозы зависит, в частности, степень биологического действия излучения. Вопросы, связанные с изучением воздействия радиоактивных излучений на организм человека (элементы радиобиологии и радиационной медицины), измерением и расчетом доз ионизирующих излучений (дозиметрия), а также организацией защиты от ионизирующих излучений, стали предметом специальной дисциплины – радиационной безопасности.

Заряженные частицы (?-, ?-) непосредственно оказывают сильное ионизирующее действие на вещество, в котором распространяется излучение: их неупругое взаимодействие с электронами атомов и молекул среды сопровождается потерями энергии на ионизацию и возбуждение атомов и молекул. Взаимодействие ?-квантов со средой приводит к образованию относительно небольшого числа первичных электронов (а в некоторых случаях и позитронов), которые вызывают дальнейшую ионизацию среды. Поэтому ?-излучение часто называют косвенно ионизирующим.

Ионизирующее действие излучения характеризуют линейной ионизацией – числом пар ионов, образуемых частицей или ?-квантом на единицу длины пути.

Ионизирующее действие излучений широко используется для их регистрации. С ионизирующим действием связан ряд вторичных эффектов, которые также используются для регистрации излучения или измерения доз, создаваемых радиоактивными веществами.

Возбужденные атомы и молекулы, которые вместе с ионами образуются вдоль пути ионизирующей частицы, могут переходить в основное состояние, испуская электромагнитное излучение. У некоторых веществ часть спектра этого излучения лежит в видимой или ультрафиолетовой области, поэтому прохождение излучения через такие вещества сопровождается короткой вспышкой (сцинтилляцией). На этом принципе основаны сцинтилляционные методы регистрации излучения.

Энергия возбуждения многоатомных молекул может расходоваться на их диссоциацию с образованием химически активных атомов и радикалов. Далее возможны столкновения возбужденных атомов и радикалов между собой и с другими молекулами, в результате чего протекают различные химические реакции, в частности реакции окисления – восстановления. Так, например, в слабом водном растворе серной кислоты, содержащем ионы Fe²⁺, в процессе облучения происходит накопление ионов Fe³⁺. Этот принцип использован в работе химических дозиметров, предназначенных для измерения больших доз.

Одним из видов химического действия ядерных излучений является их способность воздействовать на фотографические эмульсии; на этом основаны фотографические (радиографические) методы регистрации излучений.

Основная часть энергии ядерного излучения, поглощаемого веществом, рассеиваясь, в конце концов превращается в теплоту. На определении количества теплоты, пропорционального количеству частиц или квантов и их энергии, базируются калориметрические методы регистрации излучений.

От характера взаимодействия излучения с веществом зависит проникающая способность излучения, знать которую необходимо для решения многих задач (таких, как выбор метода регистрации излучения, оценка абсолютной радиоактивности препарата по результатам радиометрических определений, расчет толщины защитных экранов). Далее будут более подробно рассмотрены вопросы поглощения (ослабления) излучения в веществе.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.