1. Ионизирующие излучения
Р. А. Алиев
ramiz.aliev@gmail.com
1

2. Закон радиоактивного распада
•
Ядра одинаковы и распадаются независимо
Ядро может распасться в любой момент, вероятность этого не
изменяется со временем
Закон носит статистический характер
A=λN
где A – активность, единица измерения – Беккерель (1 распад в 1
секунду)
λ – постоянная радиоактивного распада, с-1
N – количество ядер в наличии
100%
N=N0e-λt, или
A=A0
e-λt
80%
60%
N
•
•
40%
T1/2=ln2/λ
20%
0%
0
2
4
6
8
10
T 1/2
2

3. Взаимодействие электронов, α-частиц и γквантов
a
b
g
3

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С
ВЕЩЕСТВОМ
• Энергии ядерных излучений (кэВ - МэВ)
на порядки выше энергий ионизации
атомов (<15 эВ) и разрыва химических
связей (1-5 эВ)
• Электроны, образовавшиеся при
ионизации среды, могут вызывать
вторичную ионизацию
4

5. ЛИНЕЙНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ
(ЛПЭ) В ВОДЕ
Частица
Энергия,
кэВ
Пробег,
мкм
ЛПЭ,
кэВ/мкм
Электрон
0,1
0,003
33,2
2
0,16
7,7
150
278
0,33
450
1509
0,21
1000
23
43
10000
1200
8,3
1000
5,3
263,9
6000
47
82,0
Протон
Альфа
Ю.Кудряшев, Радиационная биофизика
G.Choppin, Radiochemistry and Nuclear Chemistry
5

6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЬФАИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
• Взаимодействие в основном с электронами оболочек
– ионизация и возбуждение – без изменения
траектории
• Пробег в поглотителе практически одинаковый для
частиц одной энергии
• Линейная передача энергии растет по мере
уменьшения энергии (кривая Брэгга)
• При взаимодействии с ядрами возможно упругое
рассеяние на большие углы (эксперимент
Резерфорда)
• Ядерные реакции под действием альфа-частиц,
напр. 209Bi(a,2n)211At
6

7. Ослабление пучка альфа частиц в
поглотителе
N
0
Rср
l
7

8. Ионизация, пар ионов/см
Кривая Брэгга (протоны, альфачастицы, тяжелые ионы)
Расстояние, см
8

9. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ
С ВЕЩЕСТВОМ
• Ионизация среды (при одиночном
столкновении передается значительная часть
энергии выбитому электрону)
• Возбуждение атомов среды
(возбуждение:ионизация1:)
• Испускание тормозного излучения (при
поглощении электронов 10 МэВ в свинце
потери на тормозное излучение сопоставимы
с потерями на ионизацию)
• Испускание Черенковского излучения (порог в
воде около 250 кэВ) – потери менее 0,1%
энергии
9

10. Взаимодействие
электронов
b
-
e
а)
б)
b
hn
в)
b
г)
hn
10

11. Бета-спектр и тормозное
излучение
Импульсы
400
200
а)
0
Импульсы
кэВ
б)
кэВ
11

12. Черенковское
излучение
12

13. Ослабление пучка бета-частиц
П ропускание
Моноэнергетические электроны
Бета-частицы
Толщина
13

14. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАММАИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
•
•
•
•
Фотоэффект
Комптоновское рассеяние
Образование пар
Резонансное поглощение (эффект
Мессбауэра)
• Фотоядерные реакции
14

15. Взаимодействие гаммаизлучения с веществом
а)
-
e
hn´
-
e
б)
+
e
в)
-
e
15

16. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАММАИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
16

17. Взаимодействие гамма-квантов с
веществом – вклад процессов
• Фотоэффект преобладает при больших
Z и малых E
• Образование пар преобладает при
больших Z и больших E
• Комптоновское рассеяние преобладает
при малых и средних Z и средних E
17

18. Ослабление пучка гамма-квантов
N0
N
d
N=N0e-d
18

19. Взаимодействие гамма-квантов с
веществом – влияние среды
/r, см2/г
10
H2O
SiO2
Ge
Pb
1
0,1
0,01
0
500
1000
1500
Eg, КэВ
19

20. ТИПЫ ДЕТЕКТОРОВ
• Сцинтилляционные (твердотельные,
жидкие)
• Ионизационные (газовые,
полупроводниковые)
• Черенковские
• Трековые
• Микроканальные пластины
20

21. Формирование спектра
Детектор
U
Число частиц
Число импульсов
t
Энергия частицы
Амплитуда импульса
21

22. Типичный гамма-спектр (137Cs)
1000000
Пик полного
поглощения
энергии
Пик обратного
рассеяния
Импульсы
10000
100
Комптоновский
континуум
1
0
400
800
1200
Eg, кэВ
22

23. РАСЧЕТ АКТИВНОСТИ
I=k1k2pA
I=pA
 - чувствительность детектора
 - геометрический коэффициент
k1 – коэффициент самопоглощения
k2 – коэффициент поглощения между детектором и
источником
• p – вероятность испускания (выход) – константа для
данной линии
•  - эффективность (характеризует систему источник детектор)
• Цветом выделены величины, зависящие от энергии
излучения
•
•
•
•
23

24. Эффективность регистрации
гамма-излучения
Эффективность, %
100
10
1
0,1
10
100
1000
Энергия, кэВ
24