Ионизирующие излучения, их характеристики
Атом – электронейтральная частица.
Ионы – атомы, которые потеряли или приобрели электроны.
Катионы – это атомы с недостатком электронов, анионы – с избытком.
Процесс образования ионов называется ионизация.
Ионизирующее излучение (ИИ) – это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию в этой среде ионов разных знаков и свободных радикалов.
Каждый атом характеризуется своим значением энергии ионизации.
Ионизирующее излучение делят на корпускулярное и фотонное (квантовое).
Корпускулярное излучение – это поток частиц с массой, отличной от нуля (электроны, позитроны, протоны, нейтроны, альфа-частицы).
Фотонное излучение – это электромагнитное излучение (гамма-излучение, характеристическое излучение, рентгеновское излучение, аннигиляционное излучение).
Альфа-излучение – это поток альфа-частиц, испускаемый при радиоактивном распаде, а также при ядерных реакциях и превращениях. Альфа -частицы обладают сильной ионизирующей и незначительной проникающей способностью. Задерживаются листом бумаги или тканью одежды. Особо опасны при попадании во внутрь организма с пищей или воздухом.
Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при бета-распаде. Проникающая способность в воздухе от нескольких см до 3 м. В биологические ткани проникают на глубину до 2 см. Одеждой задерживается частично. Бета-излучение опасно для здоровья человека, как при внешнем, так при внутреннем облучении.
Протонное излучение – поток протонов, составляющих основу космического излучения, а также при ядерных взрывах. Проникающая способность занимает промежуточное положение между аль- и бета-излучением.
Нейтронное излучение – поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах, нейтронных боеприпасов, при работе ядерного реактора, при спонтанном делении ядер тяжелых радиоактивных элементов. Последствия его воздействия зависят от начальной энергии нейтронов и может изменяться в пределах 0,025-300 МэВ.
Гамма-излучение – электромагнитное излучение, возникающее в некоторых случаях при альф- и бета-распаде, при возбуждении атомов и их ядер.
Проникающая способность гамма-излучения значительно больше, чем у выше названных видов излучений.
Проникающая способность достигает от сотен до тысячи метров. Ионизирующая способность значительно меньше, чем в вышеназванных. Часть гамма-квантов проходит через биологическую ткань, не причиняя вреда.
Тормозное излучение – фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, испускаемое заряженной частицей при уменьшении кинетической энергии за счет ее торможения электрическим полем. Воздействие на среду такое же как и гамма-излучения.
Характеристическое излучение – фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром. Возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома, т.е при переходе электрона с одной атомной орбитали на другую.
Воздействие на биологическую среду такое же, как гамма излучение.
Рентгеновское излучение – фотонное излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения, генерируемого рентгеновскими аппаратами. Его энергия не велика, поэтому используется при диагностике заболеваний, а также при исследовании фазового состава и структуры твердых тел.
При описании взаимодействия ИИ с веществом необходимо знать пространственно-временное распределение излучения в среде, которое называют полем излучения.
В дозиметрии широко используются такие физические величины, как поток частиц и гамма-вкантов, плотность потока частиц и гамма-квантов, энергия ИИ, флюенс.
Поток ионизирующих частиц – отношение количества ионизирующих частиц dN, которые проходят через данную поверхность за интервал dt, к этому интервалу:
F = dN/ dt (част./с)
Плотность потока ионизирующих частиц – отношение потока ИЧ dF, которые подпадают в элементарную сферу, к площади центрального сечения dS этой сферы:
Φ = dF/ dS (с-1 м-2)
Такая плотность потока частиц, при которой в сферу с площадью 1 м2 за 1 с подпадает одна частица.
Поток энергии ИИ – это отношении суммарной энергии dE всех ионизирующих частиц, которые попадают на данную поверхность за интервал dt, к этому интервалу
FE = dE/dt (Вт)
Плотность потока энергии (интенсивность) ИИ – это отношении потока энергии ИИ dFE, которое попадает в объем элементарной сферы, к площади центрального сечения dS этой сферы
φЕ = I = dFE/ dS (Вт/м2)
Флюенсом (переносом) ионизирующих частиц называется отношение количества ионизирующих частиц dN, которые попадают в объем элементарной сферы, к площади центрального сечения dS этой сферы
Ф = dN/ dS (м-2)
Флюенсом (переносом) энергии ИИ называют отношение энергии ИИ dE , которое попадает в объем элементарной сферы, к площади центрального сечения dS этой сферы
ФЕ = dE/dS (Дж/м2)
При изучении процессов ионизации среды ИИ используют еще одно понятие – линейная плотность ионизации.
Количество пар ионов, образованных в среде фотоном или частицей на единицу пути, называют – линейной плотностью ионизации (dN/ dt), которая характеризует ионизирующую способность излучения.
Энергия, которая теряется частицей или гамма-квантом на единице длины их пути в веществе, называют линейной передачей энергии:
ЛПЭ = (-dN/ dt) (Дж/м).