На головну

Ослаблення випромінювання в речовині

  1.  В. І. Вернадський про живу речовину та біосферу
  2.  Речові докази. Огляд на місці.
  3.  Речові докази. Відмінність речових доказів від письмових.
  4.  РЕЧОВІ ДОКАЗИ. Вимоги, пропоновані до збирання і зберігання речових доказів.
  5.  РЕЧОВІ ЛІНІЙНІ І квадратичної форми
  6.  Речові типи даних
  7.  Речові числа і тип даних double

Властивості електромагнітного випромінювання визначаються частотою випромінювання. Назви окремих видів електромагнітного випромінювання
(?-випромінювання, рентгенівське, Бетатрон і синхротронне) відображають природу кожного випромінювання, а не властивості. Тому в подальшому досить розглянути взаємодія ?-випромінювання з речовиною в широкому діапазоні частот.

Гамма-випромінювання відноситься до сільнопронікающему випромінювання в речовині. Проходячи крізь речовину, ?-кванти взаємодіють з атомами, електронами і ядрами, в результаті чого їх інтенсивність зменшується.

Знайдемо закон ослаблення паралельного моноенергетичного пучка ?квантів в плоскій мішені. Нехай на плоску поверхню перпендикулярно падає потік ?квантів щільністю Фо. Ослаблення пучка в речовині відбувається за рахунок поглинання і розсіювання ?квантів. при розсіянні ?квант втрачає частину своєї енергії і змінює напрямок свого поширення. Вибувають з пучка також поглинені ?-кванти. На відстані x від зовнішньої поверхні потік ?квантів послаблюється до величини Ф (x). У тонкому шарі мішені товщиною dx близько х (Рисунок 8.1) з потоку виводиться dФ ?квантів. величина пропорційна щільності потоку Ф (х) на поверхні шару і товщині шару dx:

 (8.1)

Знак мінус у правій частині показує, що в шарі відбувається відведення
?квантів з паралельного пучка. Перепишемо вираз у вигляді:

 (8.2)

Малюнок 8.1 - Проходження паралельного пучка ?квантів через плоский шар речовини

коефіцієнт пропорційності ? називають лінійним коефіцієнтом ослаблення. Він має розмірність см-1 і чисельно дорівнює частці моноенергетичних ?квантів, які вибувають з паралельного пучка на одиниці шляху випромінювання в речовині. Лінійний коефіцієнт ослаблення залежить від щільності і порядкового номера речовини, а також від енергії ?квантів:

Щоб отримати закон ослаблення моноенергетичних ?квантів в речовині, треба перейти від диференціальної форми закону до інтегральної. Для цього проведемо розподіл змінних:

 (8.3)

Проинтегрируем обидві частини цього рівняння:

 (8.4),

Постійну інтегрування С знаходимо з граничної умови при x = 0:

Підставами значення константи в рівняння (8.4):

Після потенціювання одержимо закон ослаблення паралельного моноенергетичного пучка ? квантів в речовині:

 (8.5)

При проходженні шару речовини d1/2 потік ?квантів зменшується в два рази. товщина d1/2, Звана шаром половинного ослаблення, пов'язана з лінійним коефіцієнтом ослаблення ?, Формулою:

 (8.6)

Лінійний коефіцієнт ослаблення пропорційний щільності речовини. Якщо поділити лінійний коефіцієнт ослаблення на щільність, то вийде масовий коефіцієнт ослаблення, що не залежить від щільності речовини:

 (8.7)

Масовий коефіцієнт ослаблення ?т вимірюється в квадратних сантиметрах на 1г (див2/ Г). Він чисельно дорівнює частці моноенергетичних ?квантів, які вибувають з пучка при проходженні шару мішені товщиною 1 г / см2.

коефіцієнт ?т залежить тільки від порядкового номера речовини і енергії ?квантів:

взаємодія ?-випромінювання зі складним речовиною характеризують ефективним порядковим номером Zеф. Він дорівнює порядковому номеру такого умовного простого речовини, масовий коефіцієнт ослаблення якого при будь-якої енергії збігається з масовим коефіцієнтом ослаблення складного речовини. значення Zеф відрізняється від цілого числа. Так, для води, повітря, живої тканини Zеф = 7,5. Очевидно, що для простого речовини Zеф = Z.

Після заміни:

 (8.8)

перепишемо у вигляді:

 (8.9)

де Мх = ?'х г / см2 - Маса, яка припадає на 1 см2 мішені в шарі товщиною х.

Масовий коефіцієнт ослаблення складних речовин розраховують із співвідношення

 (8.10)

де  - Масові коефіцієнти складових речовин в складному речовині;  - Вагове процентний вміст складових речовин в складній речовині.

приклад

розрахувати:

а) шар половинного ослаблення паралельного пучка ?-квантовс енергією Е1 = 1 МеВ для свинцю (Z = 82) І алюмінію (Z = 13);

б) масу свинцю і алюмінію, яка послаблює пучок в два рази. Лінійний коефіцієнт ослаблення:

?Pb = 0,8 см-1, ?Al = 0,15 см-1;

густина:

?Pb= 11,4 г / см3, ?Аl = 2,7 г / см3.

Шар половинного ослаблення:

для свинцю: d1/2 = 0,693 / ?Pb = 0,693 / 0,80 = 0,865 см;

для алюмінію: d1/2 = 4,6 см.

Масовий коефіцієнт ослаблення:

для свинцю: ?m = ?Pb/ ?Pb = 0,8 / 11,4 = 7,25 10-2 см2/ Г;

для алюмінію: ?m = 5,5 10-2 см2/ г.

Маса свинцю, послабляє потік в два рази:

MPb = ?Pb d1/2 = 11.4'0,865 = 9,5 г / см2.

Маса алюмінію:

MAl = 12,5 г / см2.

Більш ефективно, ніж алюміній, послаблює пучок ?квантів свинець, так як порядковий номер свинцю в 6,3 рази більше порядкового номера алюмінію.

спад ?квантів з пучка відбувається за рахунок трьох основних незалежних процесів: фотоефекту, Комптон-ефекту і ефекту утворення пар. Кожен з цих ефектів характеризує взаємодію ?квантів відповідно з атомами, електронами і ядрами. Зв'язок повного лінійного коефіцієнта ослаблення з лінійними коефіцієнтами ослаблення для фотоефекту ?ф, Комптон-ефекту ?к і ефекту утворення пар ?п знайдемо з рівняння (8.3).

Для незалежних процесів ослаблення ?квантів в тонкому dx:

 (8.11)

Отже, повний лінійний коефіцієнт ослаблення

 (8.12)

Кожен з коефіцієнтів залежить по-різному від порядкового номера і енергії ?квантів.

Розглянемо фізичні процеси, що викликають ослаблення інтенсивності ?-випромінювання при взаємодії з речовиною в діапазоні енергій до 10 МеВ.

Фотоелектричне поглинання-процес, при якому атом поглинає фотон і випускає фотоелектрон (рисунок 8.2, а). У свою чергу, атом, що знаходиться в збудженому стані, при переході в основний стан випускає флуоресцентне випромінювання або електрон Оже.

Когерентне розсіювання пов'язаними електронами (томпсоновським розсіювання) - процес, при якому фотон відхиляється на невеликий кут від свого первісного напрямку без втрат енергії. Розсіювання відбувається в області низьких енергій фотонів.

Некогерентного розсіювання на вільному електроні або атомному електроні (комптоновсксе розсіювання) - процес, при якому фотон розсіюється атомним електроном з передачею частини енергії електрону, який виривається з атома. Це розсіювання відбувається в області енергій приблизно від 200 кеВ і до 5 МеВ (Рисунок 8.2, б).

Освіта пар - процес, що приводить до поглинання ?-випромінювання і утворення пари електрон-позитрон. Утворилися пари виробляють іонізацію середовища, частина їх енергії витрачається на освіту гальмівного випромінювання. Сповільнившись, позитрон анігілює з електроном з утворенням ?-випромінювання. Процес відбувається в області більш високих енергій (1-10 МеВ) (Рисунок 8.2, в).

Малюнок 8.2 - Схеми основних видів взаємодій ?квантів з речовиною:
а - Фотоефект; б - Комптон-ефект; в - Ефект освіти пар.



 Гальмівний і характеристичне рентгенівське випромінювання |  фотоефект

 Шляхи зовнішнього опромінення |  Внутрішнє опромінення. Шляхи надходження радіонуклідів |  Інгаляційне надходження радіонуклідів |  Надходження радіонуклідів з продуктами харчування |  Допустимі рівні річної сумарної ефективної дози |  Взаємодія зарядженого випромінювання з речовиною |  Взаємодія важких заряджених частинок з речовиною |  Рішення |  Рішення |  Рішення |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати