Довідка: основні поняття, величини і одиниці

ВИМІРЮВАННЯ ДОЗИМЕТРІЇ.

ІОНІЗУЮЧЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ (ІВ) - це таке випромінювання, яке взаємодіючи з речовиною,спонукає утворення електричних зарядів різних за знаками.

Виділяють два види ІВ: квантове (фотонне) і корпускулярне випромінювання. До фотонного випромінювання відносять - і рентгенівське випромінювання. Енергія - квантів знаходиться в межах від десятків КеВ до декількох МеВ. Енергія рентгенівських фотонів - від 10 КеВ до 100 КеВ.

Корпускулярне випромінювання (KB) - це випромінювання, що має частинки з масою спокою відмінною від нуля. Існують такі види KB - - випромінювання, - випромінювання, нейтронне і протонне випромінювання.

Основними фізичними характеристиками руху частинок є розсіювання їх енергії на одиницю шляху () і повний пробіг R частинками в речовині. Під час руху частинки викликають іонізацію і приводять в збуджений стан атоми речовини.

 

- поле функції

Лабораторна робота № 4.

ВИВЧЕННЯ ПОГЛИНАННЯ g - ВИПРОМІНЮВАННЯ СВИНЦЕМ І АЛЮМІНІЄМ.

 

МЕТА РОБОТИ: 1. вивчити теоретично взаємодію g - випромінювання з речовиною; 2. Визначити експериментально коефіцієнт поглинання g-випромінювання свинцем і алюмінієм.

ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ: 1. Джерело струму; 2. Лічильник Гейгера-Мюллера; 3. випромінювач g-променів в свинцевому колліматорі; 4. Прилад ПСО2-4.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Взаємодія g-випромінювання з речовиною.

g -промені - це короткохвильове електромагнітне випромінювання (n = 10²⁰ с^-1 і вище), яке виникає при:

· ядерних перетвореннях (радіоактивний розпад, ядерні реакції, діленні ядер);

· гальмуванні заряджених частинок.

При великих частотах виявляються корпускулярні властивості g-випромінювання. Тому його можна розглядати як сукупність частинок, що рухаються зі швидкістю с = 3Ч 10¹⁰ м/с, мають енергію

Е=hn і імпульс .

При проходженні g-частинок через речовину спостерігається близько десяти різних видів взаємодії їх з атомоми. Але найбільш часто зустрічаються:

1. Фотоефект;

2. Комптонівське розсіювання;

3. Утворення пар е^‑ і е⁺

Для кількісної характеристики імовірності чи розсіювання g-квантів були запропановані величини: перетин розсіювання і перетин поглинання g-квантів.

Розглянемо однорідний паралельний пучок g-часток сенситивністю I₀, що проходить через шар речовини товщиною "х" див. Після проходження речовини інтенсивність g-потоку послабна і визначається з виразу:

I = I₀e^{-m X} (1)

де m - коефіцієнт поглинання речовини.

Досить часто користуються “масовим” коефіцієнтом поглинання

(2)

де r - густина речовини.

Користуються також поняттями: коефіцієнта поглинання атома і електрона:

(3)

де m - маса атому; М - молекулярна маса; N_A - число.

Одиниця вимірювання для цих коефіцієнтів – ; . Цю розмірність використовують і при вживанні терміну “ефективний перетин”.

Зупинимося на трьох головних процесах взаємодії g-квантів з речовиною.

ФОТОЕФЕКТ.

Фотоефект виникає при взаємодії g-квантів з атомом речовини. В результаті цього процесу з атому вилітає електрон із енергією, що дорівнює різниці енергій g-кванту і енергії зв'язку електрону в атомі. При цьому найбільш імовірно, що енергія кванту передається електрону, що знаходиться на найближчому до ядра К-шарі.

Якщо через s_К позначити ефективний перетин фотоефекту на К-шарі, а через s_L і s_М на L і М шарах, то для g-частинок середніх енергій співвідношення між перетинами поглинання для різних шарів можна виразити так:

Перетин фотоефекту є функція атомного номеру Z (величина заряду ядра) і енергії g-кванту. Із збільшенням заряду ядра (Z), перетин фотоефекта, що визначається атомом речовини, збільшується як Zⁿ (4<n<5). При збільшенні енергії g-кванту перетин фотоефекту зменшується. При малих енергіях (Е” 0,2 МэВ) як , а при великих (Е” 0,5 МэВ) за законом 1/Е. (?) Тому, особливо важливо потрібно враховуввати фотоефект при взаємодії g-квантів з речовиною, що складається з важких атомів (Pb, Ag) і при малих енергіях g-квантів.

КОМПТОНІВСЬКЕ РОЗСІЮВАННЯ.

g -квант у процесі взаємодії з електроном може розсіюватися на деякий кут, передаючи електрону частину своєї енергії. Цей процес називається комптонівським розсіюванням g-променів. Із законів збереження енергії і імпульсу випливає, що при будь-якому куті розсіювання як електрон, так і розсіяний g-квант, повинні мати певні енергії. Якщо позначити через n₀ - частоту падаючого g-кванту, через n - частоту g' - кванту, що розсіюється на кут Q по відношенню до попереднього напрямку падіння, а через Т - кінетичну енергію електрону, що вилітає під кутом j, то на виході будемо мати g-фотон з частотою n й електрон з енергією Т. n і Т визначаються за формулами:

Комптонівське розсіювання досить вагоме при енергіях до 10 МэВ.

1.3. УТВОРЕННЯ ПАР е⁺ і е^-.

При великих енергіях g-квантів можливе утворення пари електрон-позитрон у полі ядра чи в полі атомного електрону. При цьому процесі g-квант зникає. Утворення пар при малих енергіях g-часток неможливе.

Повна енергія пари е⁺+е^-=hn. Таким чином, утворення пар можливе при hnі2mc² (2mc²=1,02 МэВ). Істотну роль процес утворення пар має при Е_gі 10 МеВ.

Із сказаного вище випливає, що повний коефіцієнт поглинання g-випромінювання в речовиною дорівнює:

m = m_фот + m_компт + m_пар (6)

де m_фот, m_компт, m_пар – коефіцієнти поглинання g-випромінювання при відповідному процесі.

Графіки залежності коефіцієнтів m_фот, m_компт і m_пар від енергії g-фотона для Pb і Al приведені на рис.1.

Рис. 1.