Взаимодействие корпускулярного излучения с веществом

Альфа-частицы, а-частица представляет собой ядро атома гелия 2 Не, которое образовано двумя протонами и двумя нейтронами. Ее электрический заряд положителен и численно равен удвоенному заряду электрона 2q_e, а масса а-частицы примерно в 7000 раз превышает массу электрона.

Эффекты, вызываемые а-частицами в веществе, обусловлены их взаимодействием с электронами на атомных орбитах и бывают двух видов. Если энергии а-частицы достаточна для освобождения электрона, то имеет место ионизация атома, который становится положительным ионом. Если кинетическая энергия высвобождаемого электрона значительна (> 100 эВ), он вызывает, в свою очередь, вторичную ионизацию. Если энергия ачастицы недостаточна для освобождения электрона, то имеет место возбуждение атома, переход которого в основное состояние сопровождается испусканием кванта электромагнитного излучения, например света.

Ввиду больших размеров и массы а-частицы обладают большой ионизирующей, но малой проникающей способностью. Поток а-частиц даже большой энергии практически полностью поглощается 10 см воздуха, 150 мкм воды, 70 мкм алюминия, 130 мкм биологической ткани. Поэтому а-частицы используются для просвечивания только тонких слоев материала с малой плотностью (например бумаги).

Бета-частицы. Хотя к (3-частицам относятся как ускоренные электроны, так и позитроны, широкое практическое использование для измерительных преобразований имеет главным образом электронное излучение.

(3-частицы обладают, при равной энергии, значительно большей (примерно в 510² раз) проникающей способностью, чем а-частицы. Энергетические затраты, приводящие к замедлению Р-частиц, связаны с возбуждением и ионизацией атомов, а также с торможением частиц с большой энергией в поле тяжелых атомных ядер, сопровождаемым испусканием тормозного рентгеновского излучения. В первом приближении ослабление интенсивности (3-излучения подчиняется закону (10.1).

Нейтроны. Взаимодействие нейтронов с веществом имеет совершенно иной механизм, чем взаимодействие с ним заряженных частиц. Поскольку нейтрон нс имеет заряда, он нс испытывает кулоновских взаимодействий и может свободно перемещаться через вещество до тех пор, пока не столкнется с ядром атома.

Нейтроны взаимодействуют с веществом двумя способами: либо рассеиваются ядром, либо поглощаются им. В первом случае нейтрон при каждом столкновении с ядром отдает ему часть кинетической энергии, в результате чего его энергия уменьшается до уровня средней кинетической энергии поглощающей среды. Такой нейтрон называется тепловым. Поскольку передача энергии, приходящейся на каждое столкновение, больше для легких ядер, в качестве замедлителей нейтронов используют материалы с низкими атомными номерами.

В случае приближения нейтрона к ядру на расстояние действия ядерных сил может происходить захват нейтрона ядром. Это приводит к высоковозбужденному состоянию ядра. Достижение устойчивого состояния происходит в результате выбрасывания протона, а-частицы или испускания фотонного излучения. Потеря ядром составных частиц является, по сути, ядерным превращением. Взаимодействие вновь образовавшихся частиц и фотонов излучения с веществом происходит по описанным ранее механизмам.

Ослабление направленного пучка монохроматических нейтронов подчиняется закону (10.1).

Следует отмстить, что экспоненциальный закон приближенно описывает ослабление фотонного, электронного и нейтронного ионизирующих излучений, но нс применим к ослаблению а-частиц, так как моноэнсргетические а-частицы проходят примерно один и тот же путь в веществе.