Радиационные потери (тормозное излучение)

Взаимодействие b-излучения с веществом

b-излучение – корпускулярное, непосредственно ионизирующее излучение.

Характеристика b-частиц (электронов, испускаемых ядром):

1. Масса m₀ = 5,48×10^-4 а.е.м.

2. Энергия массы покоя m₀c² = 0,511 МэВ

3. Кинетическая энергия (E_b,max.) от 18 кэВ (распад ³H) до 13 МэВ (распад ⁸Li)

Электроны, образующиеся в результате b-распада ядер одного и того же изотопа, имеют различную энергию (непрерывное распределение b-частиц по энергии, см. раздел 2.1). В таблицах указывается максимальная кинетическая энергия спектра b-частиц (E_b,max); принято считать, что средняя энергия частиц Ē @ 0,4·E_b,max.

4. Скорость движения v связана с кинетической энергией соотношением

Eb = m0c2 , где c – скорость света, (3.7)

 

 

Eb, кэВ	2,6
	0,10	0,30	0,60	0,98	0,999

При равной кинетической энергии v_b >> v_a

 

Основные механизмы передачи (потерь) энергии

Прохождение b–частиц (электронов) через вещество сопровождается неупругими взаимодействиями с электронами поглощающей среды, тормозным излучением, а также упругим взаимодействием с ядрами и электронами атомов.

Ионизационные потери

Если кинетическая энергия b-частиц не превышает нескольких МэВ, то основным механизмом её потерь является неупругое взаимодействие с электронами среды, приводящее либо к ионизации, либо к возбуждению атомов (рис. 3.6). Иными словами, основная часть кинетической энергии b-частиц, испускаемых подавляющим большинством радионуклидов, расходуется на ионизацию и/или возбуждение.

Процессы а) и б) сопровождаются характеристическим рентгеновским излучением с дискретным спектром; возбуждение атома может вызвать его автоионизацию.

Процессы а) и б) приводят к изменению состава вещества: диссоциация молекул, появление дефектов твердого тела и т.п.

Радиационные потери (тормозное излучение)

Кинетическая энергия b–частиц, в результате изменения скорости и траектории движения частиц в поле ядра, частично преобразуется в энергию электромагнитного тормозного излучения. Радиационные потери – второй по значимости канал потерь энергии b-частиц. Доля энергии, преобразующейся в энергию электромагнитного излучения, увеличивается с ростом E_b, однако интенсивность тормозного излучения становится существенной лишь при условии E_b > 1 МэВ (см. уравнения 3.8 и 3.10).

 

Тормозное излучение имеет непрерывный спектр, в котором преобладают кванты с энергией E_т, существенно меньшей E_b,max. (рис. 3.8). Например, в случае ³²P (E_b,max.= 1,7 МэВ) средняя энергия Ē_т » 0,27 МэВ.

 

Интенсивность тормозного излучения I_Т (МэВ/распад) определяется формулой [3]:

Z – заряд ядра атомов облучаемого материала; p_i – доля b-частиц с максимальной энергией E_bmax,i в спектре источника b-излучения.

Мощность эквивалентной дозы Р_т (Зв/с) можно рассчитать по формуле [3]

где Q- активность источника в Бк, R- расстояние в см, g - линейный коэффициент истинного поглощения в воздухе (см^-1) для эффективной энергии тормозных квантов Е_т = ½E_b,max

 

При упругом рассеянии на ядрах, которое в Z раз более вероятно, чем на электронах, b–частицы практически не теряют энергию, поскольку m_ядра >> m₀, но резко изменяют направление движения. Упругое рассеяние, особенно для «медленных» b-частиц (E_b < 0,5 МэВ), наблюдается гораздо чаще, чем в случае a-частиц.

 

После замедления до тепловых скоростей b^--частица локализуется («застревает») в веществе.

Замедление (термолизации) позитрона b⁺ приводит к появлению двух g-квантов с энергией E_g = 0,511 МэВ (аннигиляция): b⁺ + e^- → 2g

 

Основные различия процессов взаимодействия с веществом b- и a-излучения

1) изменение направления движения b-частицы как при упругом, так и неупругом

взаимодействии с атомами облучаемого материала; трек b-частицы – ломаная линия;

2) появление тормозного излучения при замедлении b-частиц.