 |
Тормозная способность вещества (S) – величина энергии, которую теряет заряженная частица на единице длины своего пробега в веществе. В общем случае значение S равно сумме ионизационных и радиационных потерь энергии частицы на единице её пробега в веществе.
Единицы измерения линейной тормозной способности [S] = МэВ/см, массовой - [S/r] = МэВ×см2/г.
Зависимость S от свойств поглощающего материала и энергии a- и b-частиц рассмотрена выше (см. 3.3 и 3.10).
В радиационной химии и радиобиологии чаще используют равнозначное понятие: линейная передача энергии (ЛПЭ)
ЛПЭ – энергия, переданная веществу при неупругом взаимодействии (ионизация, возбуждение), на единице пробега заряженной частицы.
Как правило, рассматривают два типа ЛПЭ.
1.Локальная ЛПЭ (L∆) - энергия, локально переданная заряженной частицей веществу в заданной окрестности её трека на единице длины трека. Значение L∆ обычно приводятся для E < 100 эВ, т.е. для ограниченной области «вдоль трека» («сердечник» трека a–частицы или «шпоры» вдоль маршрута движения b–частицы).
2. Если не лимитируется переданная веществу энергия и, соответственно, область ионизации, то значения ЛПЭ называют неограниченными (L¥). Значение L¥ равно линейной тормозной способности вещества, обусловленной потерями на ионизацию и возбуждение
L¥ = (dE/dx)ион. = Sион. (3.19)
Как правило, L¥ измеряется в МэВ/см или в кэВ/мкм.
Поскольку «сердечник» трека a–частицы или «шпоры» вдоль маршрута движения b–частицы – это области наибольшей ионизации среды соответствующими частицами, L¥ всегда меньше L∆.
Значения L¥ для заряженных частиц вычисляются по формулам Бете [1,2].
Формула для расчета ионизационных потерь электронами приведена выше (см. 3.10).
Для тяжелых заряженных частиц формулу Бете можно представить в виде
 |
где значение L¥ выражено в кэВ/см; m0c2 = 511 кэВ – энергия массы покоя электрона, b – отношение скорости частицы к скорости света, z- заряд частицы, r – плотность среды в г/см3, Z и A – заряд и масса атомов среды, J – средний потенциал возбуждения (ионизации) атомов в кэВ, U – поправка на энергию связи K- и L-электронов (для a–частиц с энергией более 1 МэВ и протонов с энергией более 0,25 МэВ значение U » 0).
В таблице 3. 3. приведены литературные данные [2] о ЛПЭ для электронов и a–частиц.
Таблица 3.3
Значения L¥ для воды.
| Частица | E, МэВ | L¥, кэВ/мкм |
| электрон | 0,001 | |
| электрон | 0,1 | 0,42 |
| электрон | 0,2 | |
| b-частицы 32P | Ecред. = 0,7 | 0,2 |
| a-частицы 210Po | 5,3 |
Приведенные в табл. 3.3 данные свидетельствуют о том, что удельная ионизация вещества a–частицами в сотни раз превышает соответствующее воздействие на среду b–частиц.
Дополнение к лекции.
Черенковское излучение.
В прозрачной диэлектрической среде с показателем преломления n (n >1) свет распространяется со скоростью с', меньшей скорости света в вакууме с: с'=с×n−1. В такой среде движение частицы может происходить со скоростью v, превышающей скорость распространения её собственного электромагнитного поля (v > с' или v /c>1/n). Например, для электронов в воде (n =1,33) условие v /c> 0,75 выполняется при энергиях выше 267 кэВ. Поле такой сверхбыстрой частицы будет сильно возмущено (подобно струе воды за кораблем) и начнет тормозить частицу, в результате последняя теряет энергию, которая выделяется в среде в форме черенковского свечения. Механизм возникновения свечения заключается в когерентном излучении диполей, которые возникают в результате поляризации атомов среды при движении в ней заряженной частицы со скоростью v > с'. Возвращение диполей в нормальное состояние (после ухода частицы из данной области) сопровождается испусканием электромагнитного импульса.
Хотя доля потерь энергии b–частиц (быстрых электронов) на черенковское излучение составляют менее 0,1% общих потерь, в высокоактивных растворах или вокруг ТВЭЛов реакторов оно наблюдается в виде голубоватого свечения. Современная аппаратура позволяет регистрировать весьма слабые световые импульсы и может быть использована для измерения радиоактивности высокоэнергетических b–излучателей по черенковского излучению, интенсивность которого возрастает при увеличении энергии частиц.
Приближенные соотношения слоя d½ и максимального пробега, слоя d½ и коэффициента m.
Оценить максимальный пробег можно путем измерения слоя половинного ослабления – слоя поглотителя, который задерживает половину начального потока частиц.
Для b-частиц с Eb,max. > 0,6 МэВ значение d½ связано с максимальным пробегом (в г/см2) приближенным соотношением Rmax.@ 7,2× d½
Для b-частиц с Eb,max. > 0,6 МэВ можно записать еще одно приближенное соотношение для массового коэффициента ослабления m @ 5×(Rmax.)−1