Ионизирующее излучение
 Скачать 211.82 Kb.
|
 Содержание
Введение Большинство атомов стабильны, это означает, что они неизменны. Но некоторые атомы неустойчивы (ученые часто их называют радиоизотопами) они самопроизвольно разрушаются и превращаются в другие. В процессе ядерных превращений происходит самопроизвольное испускание атомами излучения. Так как "луч" по латыни radius, поэтому самопроизвольное испускание атомами излучения получило название радиоактивности. В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют ионизационный, химический и сцинтилляционный методы. Явление представляет значительную опасность для людей. Открытие радиоактивности было сделано в 1896 году французским физиком Беккерелем при исследовании им свойств соединений урана. Впоследствии это свойство было обнаружено у целой группы веществ. В настоящее время радиоактивные вещества широко применяются: в энергетике (АЭС) для получения электричества и тепла, в промышленности (атомной и не атомной), на транспорте (атомные суда), в медицине, науке, военном деле (ядерные и другие виды оружия и технические средства), во многих других областях человеческой деятельности. При этом все большее применение получают не только радиоактивные, но и другие вещества, обладающие искусственной (созданной человеком) радиоактивностью, так называемые радиоактивные изотопы этих веществ или радионуклиды (например, изотопы углерода, кальция, натрия, йода, фосфора, серы). В виду широкого использования радиоактивных веществ стала необходимость измерения уровня радиации и разработка единиц измерение активности тех или других веществ, окружающей нас седы, уровень фона на промышленных предприятиях. Альфа излучение – разновидность ионизирующих излучений. Это поток тяжёлых частиц, заряженных положительно, движущихся со скоростью около 20000 км/сек и имеющих достаточную энергию. Основные источники этого типа излучения – радиоактивные изотопы веществ, имеющих свойства распада в связи со слабостью атомных связей. Такой распад способствует излучению альфа-частиц. В данной работе рассмотрен основной метод регистрации альфа-излучения. Главной особенностью этого излучения является его очень низкая проникающая способность. Этим оно отлично от иных типов ядерных излучений 1 Ионизирующее излучение Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. Ионизирующее излучение состоит из заряженных и незаряженных частиц, к которым относятся также фотоны. Энергию частиц ионизирующего излучения измеряют во внесистемных единицах— электрон-вольтах, эВ. 1эВ = 1,6*10-19 Дж. При взаимодействии излучения с веществом часть энергии излучения передается атомам и молекулам этого вещества и расходуется на их ионизацию и возбуждение. Для ионизирующих излучений в большинстве практически важных случаев главным из эффектов взаимодействия с веществом является процесс ионизации атомов и молекул среды. Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение. Корпускулярное ионизирующее излучение — поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующихся при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, либо генерируемых на ускорителях. К нему относятся: α- и β-частицы, нейтроны (n), протоны (р) и др. β-излучение — это поток электронов или позитронов. При распаде ядер β-активного радионуклида, в отличие от α-распада, различные ядра данного радионуклида испускают β-частицы различной энергии, поэтому энергетический спектр β-частиц непрерывен. Средняя энергия β-спектра составляет примерно 0,3 Еmах. Максимальная энергия β-частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать 3,0-3,5 МэВ. Нейтроны (нейтронное излучение) — нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются либо заряженные частицы (ядра отдачи, протоны, нейтроны), либо γ-излучение, вызывающие ионизацию. По характеру взаимодействия со средой, зависящему от уровня энергии нейтронов, они условно разделены на 4 группы: 1) тепловые нейтроны 0,0-0,5 кэВ; 2) промежуточные нейтроны 0,5-200 кэВ; 3) быстрые нейтроны 200 Кэв — 20 Мэв; 4) релятивистские нейтроны свыше 20 МэВ. Фотонное излучение — поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме с постоянной скоростью 300000 км/с. К нему относятся γ-излучение и рентгеновское излучение. Обладая одной и той же природой, эти виды электромагнитных излучений различаются условиями образования, а также свойствами: длиной волны и энергией. Так, γ-излучение испускается при ядерных превращениях или при аннигиляции частиц. Рентгеновское излучение — совокупность тормозного и характеристического излучений, диапазон энергии фотонов которых составляет 1 кэВ – 1 МэВ. Характеристическое излучение — фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома, обусловленного перестройкой внутренних электронных оболочек. Тормозное излучение — связано с изменением кинетической энергии заряженных частиц, имеет непрерывный спектр и возникает в среде, окружающей источник β-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и т. п. 1.1 Альфа-излучение. Характеристики, взаимодействие со средой Альфа-излучение – это корпускулярное ионизирующее излучение, состоящее из альфа-частиц. Альфа-частица (α-частица) представляет собой ядро атома гелия‑4 (2Не4). Ядро атома гелия имеет двойной положительный заряд и четыре единицы массы. Масса α-частицы равна 4,002777 а.е.м. Скорость движения α-частиц порядка 109 см/сек. Эти частицы возникают при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов или при ядерных реакциях. Известно более двухсот альфа - активных ядер. Альфа-распад характерен для тяжелых и редкоземельных элементов. Самым легким из альфа-активных ядер является изотоп церий-142. Примерами источников альфа-частиц могут служить альфа-распад изотопов плутония-239 и самария-147: 94Pu239 92U235 + 2He4 62Sm147 60Nd143 + 2He4 Спектр энергий альфа-частиц, образованных при распаде какого-либо определенного изотопа дискретный (состоящий из одной или нескольких линий). Наличие в спектре нескольких линий объясняется тем, что при альфа-распаде иногда образуются возбужденные ядра, которые переходят в основное состояние, испуская гамма-кванты. В этом случае энергия распада делится между альфа-частицей и гамма-квантом. Например, при альфа -распаде ядра 228Th 72% испускаемых альфа-частиц имеют энергию 5,42 МэВ, а 28% альфа-частиц – 5,34 МэВ. Это значит, что в 28% случаев часть энергии (0,08 МэВ) уносится гамма-квантом (квантовый выход такого распада равен 28%). Спектр альфа-излучения 228Th приведен на рис. 1. Периоды полураспада альфа-активных ядер варьируются в очень широких пределах от 1 мкс (изотоп 86Rn215) до 1,4·1017 лет (изотоп 82Pb204). Энергия альфа-частиц, испускаемых тяжелыми радионуклидами (А>200), лежит, как правило, в диапазоне 4...9 МэВ. Для редкоземельных элементов (А=140...160) этот диапазон составляет 2...4,5 МэВ.  Рисунок 1 - Спектр альфа-излучения тория-228 Таблица 1 - Характеристики некоторых альфа - излучателей
При прохождении альфа-частиц через вещество их энергия расходуется, в основном, на ионизацию и возбуждение атомов среды. Потери энергии за счет торможения пренебрежимо малы из-за большой массы альфа-частиц.  Одним из наиболее характерных свойств α-частиц является наличие у них определенного пробега. На практике часто нужно знать величину пробега частиц в веществе. Для альфа-частиц длина пробега обычно определяется по эмпирическим формулам. Средний линейный пробег в воздухе (Rв) можно вычислить по формулам: Rв = 0,56 E, см , (для E <3МэВ) (1) (2)  где E- энергия альфа-частиц, МэВ. Как видно из формул длина пробега альфа-частиц даже в таком неплотном веществе как воздух составляет считанные сантиметры (для диапазона энергий 2...9 МэВ). В других веществах пробег альфа-частиц может быть определен с учетом пробега в воздухе по формуле:  (3) где Rв – длина пробега в воздухе, см; ρ – плотность вещества, г/см3; А – атомный вес вещества. α-частицы с одинаковой энергией (моноэнергетические) в поглотителе проходят практически одно и то же расстояние, т.е. число α-частиц почти на всем пути пробега постоянно и резко падает до нуля в конце пробега. Пробег α-частиц практически прямолинеен из-за их большой массы, которая препятствует отклонению α-частицы от прямолинейного пути под действием электрических сил атома. Установлено, что разброс частиц по длине пробега относительно некоторого среднего значения Ro составляет всего 1...2% (рис.2). В таблице 2 приведены экспериментальные данные по пробегу альфа-частиц в различных веществах. Таблица 2 - Пробег альфа-частиц в различных веществах, мкм
Пробег α-частиц практически прямолинеен из-за их большой массы, которая препятствует отклонению α-частицы от прямолинейного пути под действием электрических сил атома. Установлено, что разброс частиц по длине пробега относительно некоторого среднего значения Ro составляет всего 1...2% (рис.2). |