07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Проникающая способность излучения
 11.09.2012

Проходя через вещество, микрочастицы излучений растрачивают свою энергию и столкновениях с орбитальными электронами, а также во взаимодействиях с мощными электрическими и магнитными полями при пролете частиц вблизи ядра. Большая часть столкновений и взаимодействий происходит все же не с ядрами, а с электронами на оболочках атома. Выбивание электрона из атома приводит к образованию иона, т. е. к ионизации.
Энергия частиц, испускаемых при радиоактивном распаде, имеет порядок мега- или килоэлектронвольт, а в единичном столкновении поглощается (передается атомам среды) в среднем около 33-35 эВ энергии, из чего следует, что растрата всей энергии потребует большого числа актов ионизации. Например, при средней энергии β-излучения 90Y, равной 930 кэВ, полное поглощение ее произойдет в ~10в4 столкновениях.
Общая длина пути частицы зависит от плотности среды. В табл. 2.5 приведены примерные значения проникающей способности различных видов излучений на различных материалах. В общем случае соотношение проникающей способности разных видов излучения можно представить как γ > β > α.

Проникающая способность излучения

Кроме проникающей способности, другим важным показателем излучении является плотность ионизации, которую определяют как среднее число пар ионов, образующихся на единице длины пути частицы. Естественно, что оба эти показателя взаимосвязаны обратным соотношением. Плотность ионизации зависит, помимо прочего, от размера частиц излучения: чем крупнее частицы, тем больше вероятность столкновений при прохождении через атомы среды и тем выше плотность ионизации. Наибольшее значение этого показателя у α- и n-излучений, гораздо ниже - у β-излучений (потоков электронов и позитронов), и совсем невелика - у γ-фотонов, тем более что последние еще и не имеют электрического заряда, а потому не могут отклоняться в магнитных и электрических полях в атоме. Но порядку величины плотности ионизации α-, β- и γ-излучений в однотипных средах различаются в соотношении примерно 10в4 :10в2 : 1.
След от движения частиц в среде называется треком. От столкновение с орбитальными электронами направление движения такой крупной частицы, как α (масса ее примерно в 7400 раз больше массы электрона), практически не изменяется, но траектории легких частиц (свободных электронов или позитронов) оказываются сильно изломанными, зигзагообразными. Рассмотрим особенности прохождения разных видов излучения через вещество.
α-излучение. В соответствии с наибольшей плотностью ионизации α-частиц пробег их во всех средах очень невелик: даже в воздухе α-излучение распространяется на расстояние, не превышающее 3-7 см, а в плотных средах длина пробега еще меньше. В биотканях пробег α-частицы редко превышает 40-60 мкм, т. е. действие ее обычно ограничено размерами одной клетки. Малая проникающая способность α-излучения делает практически ненужной какую-либо защиту от незакрытых источников α-излучения.
β-излучение. Пробеги β-частиц заметно различаются в зависимости от их энергии. Существуют мягкие излучения с энергией менее 0,5 МэВ и жесткие с энергией более 1 МэВ. Пробег β-частиц жестких излучателей (например, 32Р или 90Y) достигает 10 м и более в воздухе, но в плотных средах составляет всего несколько мм. Реальный пробег (по толщине материала, полностью поглощающего излучение) еще меньше из-за зигзагообразных траекторий движения β-частиц. Поэтому при поверхностном загрязнении почвы внешнее облучение от β-излучающих изотопов (от радиостронция, например) не представляет серьезной опасности, так как излучение не достигает поверхности почвы при нахождении радионуклида уже на глубине более 1 см.
В лаборатории для защиты от β-излучений применяются экраны из органического стекла толщиной до 10 мм. Для работы с мягкими β-излучателями даже такая защита не требуется, так как максимальный пробег в воздухе β-излучения от 14С (максимальная энергия 0,156 МэВ) составляет всего 15 см, от тритии (2Н, максимальная энергии 0,019 МэВ) - менее 5 мм.
γ-излучение. В сравнительном плане проникающая способность γ-радиации является наибольшей, однако с учетом фактора геометрического рассеяния, который пропорционален квадрату расстояния, реальный радиус действия γ-источников на открытой местности составляет - 200-300 м. С помощью самолетов или вертолетов, оборудованных чувствительной аппаратурой, по γ-излучению можно выявлять и наносить на карты уровни радиоактивного загрязнения местности, в картографии это наливается методом аэрогамма съемки. Однако надо помнить, что максимально надежными и точными являются результаты при пролетах на высоте от 25-50 до 200-254) м, но не выше.
В плотных средах γ-излучение способно проходить через десятки и даже сотни сантиметров толщины. Для экранирования γ-излучения выбирают материалы с высокой плотностью, например свинец. Толщина экранирующей защиты определяется общей активностью источника, для надежной защиты может потребоваться толщина свинца до 5-30 см (и даже больше).
Нейтронное излучение. Поглощение нейтронов в плотных средах происходит со сравнительно высокой плотностью ионизации, поэтому проникающая способность их невелика. Вводе быстрые нейтроны замедляются до малых энергий на расстояниях порядка 8 см, в грунтах или строительных конструкциях - до 20-40 см. Механизмы поглощения нейтронов весьма специфичны, поэтому необходимо подбирать специальные материалы для защиты от быстрых или медленных нейтронов.