ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.02.2019
Просмотров: 5831
Скачиваний: 1
91
поглощают медленные электроны и пропускают электроны с более
высокой энергией, вследствие чего плотность потока электронов φ
β
в
этих слоях резко падает. Затем плотность потока начинает медленно
уменьшаться с ростом толщины вещества. Закономерность
ослабления плотности потока электронов, испущенных в β-распаде,
приближенно подчиняется экспоненциальному закону:
x
exp
0
(7.19)
где
0
– плотность потока β-частиц за слоем поглотителя
толщиной х и до поглотителя соответственно, част см
-2
с
-1
;
μ–линейный коэффициент ослабления, зависящий от энергии β-
частиц и от атомного номера поглотителя, см
-1
.
Пользуясь формулой (7.19), можно оценить толщину защитного
экрана, ослабляющего плотность потока β-частиц в необходимом
соотношении, например довести плотность потока до безопасного
или допустимого уровня. Предположим, что плотность потока нужно
уменьшить вдвое, т. е.:
φ
β
= φ
β0
/2, тогда
2
/
1
0
0
exp
2
,
откуда
2
exp
2
/
1
и
693
,
0
2
ln
2
/
1
,
a
693
,
0
2
/
1
,
см,
т. е. это толщина экрана, которая ослабляет плотность потока вдвое и
называется слоем половинного ослабления. По слою половинного
ослабления можно определить линейный коэффициент ослабления,
см
-1
:
2
/
1
693
,
0
(7.20)
Чтобы получить массовый коэффициент ослабления μ
m
, см
2
/г,
нужно
1/2β
выразить в единицах г/см
2
:
2
/
1
693
,
0
m
(7.21)
Слой половинного ослабления зависит от максимальной энергии
спектра электронов и свойств вещества. Для примера в табл. 7.3
приведены значения μ, и
1/2
для пучков электронов с различными
значениями Е
β
в алюминии.
Таблица 7.3 – Зависимость коэффициента линейного ослабления μ и
слоя половинного ослабления
1/2
от максимальной энергии
92
электронов β-распада в алюминии
Максимальная энергия
электронов β -распада, МэВ
Коэффициент линейного
ослабления μ, см
-1
Слой половинного ослабления
1/2
, мг/см
2
0,15
693
2,7
0,50
105
17,5
1,00
35,1
53
2,00
13,2
140
3,00
8,9
210
93
8
Взаимодействие рентгеновского и γ-излучений с
веществом
8.1
Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение
8.2
Ослабление излучения в веществе
8.3
Фотоэффект
8.4
Комптон-эффект
8.5
Эффект образования пар
Согласно современным представлениям рентгеновское и γ-
излучения, как и другие электромагнитные излучения, имеют не
только волновые (отражение, преломление и т. п.), но и
корпускулярные свойства, обнаруживаемые при взаимодействии с
веществом в таких, например, процессах, как фотоэффект, комптон-
эффект и др.
Рентгеновское и γ-излучения, так же как ультрафиолетовое,
видимое,
инфракрасное
излучение,
представляют
собой
электромагнитные колебания. Некоторые физические свойства для
всех перечисленных излучений одинаковы. Так, скорость
распространения их в вакууме составляет примерно 3
10
8
м/с, они
подчиняются общим законам отражения и поляризации волн.
Различие в свойствах излучений определяется различием частоты
колебаний ν, следовательно, длины волны (так как λ= c/v = cT, где с
– скорость распространения электромагнитных колебаний, Т –
период колебаний).
Как известно, рентгеновское излучение возникает в результате
торможения электронов, испускаемых катодом и ускоряемых
электрическим полем, на аноде рентгеновской трубки. При этом
возникают тормозное и характеристическое излучения, имеющие
соответственно непрерывный и линейчатый спектры.
γ-излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает
при переходе ядра из возбужденного состояния в основное или в
состояние с меньшей энергией.
При определенных физических условиях возможны процессы
образования или аннигиляции пар, когда энергия γ-излучения
локализуется в виде элементарных частиц–позитрона и электрона–
или же пара позитрон и электрон, аннигилируя, дает γ-излучение.
При изучении процессов, происходящих при прохождении
рентгеновского и γ-излучений через вещество, должны быть
94
освещены вопросы, связанные как с классическим (волновым), так и
с квантовым рассеянием γ-излучения.
8.1
Тормозное и характеристическое рентгеновское
излучение
Для
получения
рентгеновского
излучения
используют
рентгеновские трубки.
Рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона,
находящегося под вакуумом. Внутри баллона размещаются катод и
анод, между которыми приложено напряжение. Для накала катода
служит трансформатор накала.
Электроны, испускаемые катодом, ускоряются электрическим
полем, приобретают определенную кинетическую энергию и
испытывают торможение на аноде. Помимо рентгеновских трубок,
тормозное излучение получается и на ускорительных установках
(бетатрон, синхротрон и др.), с помощью которых электроны
ускоряются до сотен и более мегаэлектронвольт и испытывают
торможение на мишени. В результате торможения кинетическая
энергия электрона преобразуется в тепловую энергию, энергию
ионизации и возбуждения атомов и энергию тормозного
рентгеновского излучения.
Тормозное
рентгеновское
излучение
представляет
собой
типичный
пример
рассмотренного
тормозного
излучения,
возникающего при взаимодействии электронов с электрическим
полем атомных электронов. Это излучение имеет непрерывный
спектр с резко выраженной границей со стороны коротких волн.
Спектр простирается от нуля до максимальной энергии
бомбардирующих электронов, когда вся энергия тормозящегося
электрона преобразуется в энергию одного фотона. Поэтому при
работе с ускорителями электронов высоких энергий (МэВ, ГэВ и т.
п.) спектр тормозного излучения будет содержать фотоны таких же
высоких энергий (МэВ, ГэВ и т. п.).
Энергия
характеристического
рентгеновского
излучения
изменяется от нескольких электрон – вольт для легких элементов
примерно до 0,1 МэВ для трансурановых элементов.
8.2
Ослабление излучения в веществе
Свойства электромагнитного излучения определяются частотой
95
излучения. Названия отдельных видов электромагнитного излучения
(γ-излучение,
рентгеновское, бетатронное и синхротронное)
отражают природу каждого излучения, а не свойства. Поэтому в
дальнейшем достаточно рассмотреть взаимодействие γ-излучения с
веществом в широком диапазоне частот.
Гамма-излучение относится к сильнопроникающему излучению в
веществе. Проходя сквозь вещество, γ-кванты взаимодействуют с
атомами, электронами и ядрами, в результате чего их интенсивность
уменьшается.
Найдем закон ослабления параллельного моноэнергетического
пучка γ-квантов в плоской мишени. Пусть на плоскую поверхность
перпендикулярно падает поток γ-квантов плотностью Ф
о
. Ослабление
пучка в веществе происходит за счет поглощения и рассеяния γ-
квантов. При рассеянии γ-квант теряет часть своей энергии и меняет
направление своего распространения. Выбывают из пучка также
поглощенные γ-кванты. На расстоянии x от внешней поверхности
поток γ-квантов ослабляется до величины Ф(x). В тонком слое
мишени толщиной dx около х (рисунок 8.1) из потока уводится dФ γ-
квантов. Величина dФ пропорциональна плотности потока Ф(х) на
поверхности слоя и толщине слоя dx:
dx
x
Ф
dФ
(8.1)
Знак минус в правой части показывает, что в слое происходит
увод
γ-квантов из параллельного пучка. Перепишем выражение в виде:
x
Ф
dx
dФ
(8.2)
Поток
γ -квантов
0 x x+dx
М
Рисунок 8.1 – Прохождение параллельного пучка γ-квантов через