А. Взаимодействие альфа- и бета-излучения с веществом.

Взаимодействуя с веществом, ионизирующее излучение передает ему свою энергию. Существуют два механизма потери энергии заряженными ионизирующими частицами - ионизационный и радиационный.

В случае ионизационного механизма энергия излучения расходуется на ионизацию и возбуждение структурных единиц среды - атомов, молекул или ионов - вследствие электромагнитного взаимодействия заряженной частицы с электронами среды. Это основной путь передачи энергии от альфа- и бета-частиц веществу.

Так как размеры атома примерно на четыре порядка больше, чем размеры его ядра, то практически весь объем вещества - это электроны. Проходя через вещество, альфа- и бета-частицы взаимодействуют в основном именно с электронами атомов. В результате такого взаимодействия электрон либо покидает свой атом (молекулу, ион) - этот процесс называется ионизацией, либо переходит на более высокий энергетический уровень - этот процесс называется возбуждением.

В результате ионизации из электронейтральной частицы (атома или молекулы) образуется катион (или существовавший ион меняет свой заряд) и свободный электрон, который может обладать достаточно большой энергией и точно так же, как бета-частица, производить ионизацию и возбуждение среды. Такие электроны называют вторичными ионизирующими частицами.

В возбужденном состоянии атом (молекула или ион) обладает избытком энергии относительно нормального своего состояния. Эта энергия превращается в тепло, электромагнитное излучение (например, видимый свет), дефекты строения решетки, может инициировать химические превращения и т. д.

Ионизирующее действие излучения характеризуют линейной ионизацией - числом пар ионов, образуемых частицей на единице пути. Линейная ионизация, создаваемая альфа-частицами, примерно в 1000 раз больше линейной ионизации бета-частиц той же энергии. Именно поэтому воздействие альфа-частиц на биологическую ткань более опасно, чем воздействие бета- и гамма-излучений.

В случае радиационного механизма потеря энергии обусловлена торможением заряженной частицы в электрическом поле ядер среды вследствие кулоновского взаимодействия. В результате торможения часть кинетической энергии частицы превращается в электромагнитное излучение, которое называют тормозным излучением. Этот путь потери энергии ионизирующих частиц становится заметным у бета-частиц большой энергии. Для мягкого бета-излучения он незначителен и почти отсутствует у альфа-излучения.

Доля радиационных потерь энергии, как правило, невысока, но этот механизм приводит к образованию гораздо более проникающего излучения, чем собственно бета-излучение, поэтому учет радиационных потерь важен с практической точки зрения. Чем выше энергия бета-частиц, тем больше доля радиационного механизма, и в области высоких энергий эта доля становится существенной.

Таким образом, взаимодействие альфа- и бета-частиц с веществом сводится к ионизации и возбуждению структурных единиц среды, а в случае бета-частиц высокой энергии - к образованию заметного тормозного излучения. Это излучение имеет непрерывный энергетический спектр.

Дата добавления: 2015-07-17