§ 3. Взаимодействие излучения с веществом

При прохождении излучения радиоактивных изотопов через вещество энергия излучения расходуется главным образом на ионизацию и возбуждение атомов и молекул вещества.

-Частицы характеризуются сильным ионизирующим действием и малым пробегом (длиной траектории в данном веществе). Траектории -частиц прямолинейны. Неоднородность поглощающего вещества приводит к некоторому разбросу величин их пробега при одинаковой энергии. Пробеги -частиц в воздухе составляют несколько сантиметров. Даже тонкая металлическая фольга полностью поглощает -частицы.

-Лучи оказывают меньшее ионизирующее действие, и их пробег в веществе значительно больше. Траектории -частиц вследствие рассеивания не прямолинейны. Максимальной энергии -частиц соответствует максимальный пробег их в веществе.

Ослабление потока -частиц в веществе приближенно подчиняется экспоненциальному закону:

где — число -частиц, соответственно падающих на поглотитель и прошедших через слой поглотителя толщиной — линейный коэффициент ослабления, .

Коэффициент зависит от максимальной энергии -лучей и свойств поглощающего материала. Так как основные потери энергии -частицами происходят при их взаимодействии с электронами среды, то , где — число электронов в вещества; к — константа, не зависящая от природы вещества.

Величина описывается уравнением:

где — число Авогадро; — плотность вещества; — заряд ядра атома; — атомный вес.

Следовательно:

Для большинства химических элементов , поэтому является приблизительно постоянной величиной для -излучения данной энергии — называют массовым коэффициентом ослабления, . Закон ослабления -излучения при введении принимает вид:

где d — толщина слоя поглотителя, г/см2.

Закон ослабления является приближенным, поэтому для нахождения пробега -частиц в веществе определяют изменение активности препарата -излучателя с изменением толщины поглотителя до тех пор, пока она не сравняется с величиной фона.

Затем строят график в координатах логарифм активности — толщина слоя и по нему находят максимальный пробег.

Эмпирически найдена зависимость максимального пробега -лучей от их энергии :

и для

Максимальный пробег можно также найти измерением слоя вещества, ослабляющего интенсивность -излучения вдвое :

Зная величину , можно также найти из соотношения:

При прохождении -лучен через вещество может происходить полная передача энергии -квантов электронам внешних оболочек атомов (фотоэффект), частичная передача энергии -квантов электронам (комптон-эффект) и аннигиляция -квантов (образование пар электрон — позитрон). Первые два процесса непосредственно приводят к ионизации атомов и молекул, последний процесс связан с ионизацией среды образовавшимися электронами и позитронами. Ионизационный эффект от -лучей сравнительно мал, а их проникающая способность велика.

Ослабление потока -квантов точно отвечает экспоненциальной зависимости [формулы (14) и (17)]. Коэффициент ослабления -излучения является суммой коэффициентов ослабления вследствие фотоэффекта, комптоновского рассеяния и образования пар.