Файл: Федюшин Б.К. Ядерные излучения тел различной формы. Основы теории.pdf

Скачать файл (7,25Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 110

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Поскольку рентгеновское и гамма-излучение низких энер гий вызывают только ионизацию вещества, то доза для рент геновского и гамма-излучения низких энергий представляет собой поглощенную дозу в воздухе. Сравнивая (1.46) и (1.53) получим, что

	Рв	(1.55)
	Рв
где Рв — плотность воздуха.	За	единицу рентгеновского или
гамма-излучения низких энергий		принимается 1 р, который
соответствует образованию в	1 см3 воздуха при нормальных

условиях электронов с общим				зарядом —3,333 • 10~1 0 к и поло
жительных ионов с общим зарядом					3,333 -10~1 0 к.		Поскольку
заряд	электрона	равен 1,60-10 1 9 к,			то соответствующее 1 р
число	электронов	в 1 см3	воздуха		равно	/Ѵ_ = 2,083-\09 см~3 ,
а число положительных			ионов	N+ <	/Ѵ_	вследствие	существо
вания	не только	однократной,		но и	многократной		ионизации.

По многочисленным опытным данным средняя работа ионизации

для воздуха 117=33 эв на один электрон.

Поэтому

энергети

ческий эквивалент 1 р равен /Ѵ_1^=6,874-1010

эв/см3=0,\

эрг/см3.

Если в (1.53) Дтвр,

Еал

в эрг и V в см3, то/С, =

9,09

р-см3/эрг.

Так как плотность воздуха при нормальных условиях

состав

ляет 0,001293 г/см3,

то

энергетический

эквивалент

1 р

равен

также 85 эрг/г.

Если поглощенную

дозу

в воздухе

для рент

геновского

или

гамма-излучения

низких

энергий

измерять

не

в радах,

в. рентгенах,

то из

(1.55)

получим,

что Ка

0,0118 р-г/эрг

-^=- р-г/эрг,

как

должно

быть

(1 рад

1,18/?).

дозы

рентгеновского или гамма-излучения

низких

Понятие

энергий может быть перенесено с воздуха на живую ткань.


Тогда доза			гамма-излучения будет характеризовать					степень
или уровень ионизации живой ткани под действием								гамма-
излучения		и	будет представлять			собой • поглощенную дозу
в	живой	ткани.		Пусть	индекс	„1"	относится к	воздуху,
а	индекс	„2" — к		живой	ткани.	Если	Na — число Авогадро;

А — средний атомный вес, выраженный						в г, то -^р- и				пред-
							Лі		УІ2	в 1 г
ставляют собой соответственно					числа	„средних"		атомов
воздуха и в 1 г живой ткани.					Обозначим		W± и	W2 — средние
работы	ионизации	для воздуха			и живой		ткани. Если в			1 см3
								ß		а в 1 см3
воздуха	поглотилась энергия гамма-излучения							— j ^ - ,
	ß	то	в	1 г	воздуха			1	энергия
живой ткани						поглощается
гамма-излучения .		' ° т ,	а	в 1 г живой			ткани	-^Д-. Тогда

степени ионизации воздуха и живой ткани в предположении однократной ионизации будут

Если aj_ = a2, то, поскольку для воздуха и живой ткани средние работы ионизации приблизительно одинаковы, а сред ние атомные веса приблизительно равны друг другу, из (1.56)

получим, что

- % L = i * L L .		(1.57).
На основании (1.53), (1.55)	и (1.57)	получим, что Д\ л=Дч Тѵ
т. е. дозы гамма-излучения в	воздухе	и в живой ткани можно

считать равными друг другу с достаточной точностью во мно гих задачах практической дозиметрии гамма-излучения. Отсюда следует применимость понятия дозы гамма-излучения в воздухе для характеристики степени разрушения живой ткани под действием гамма-излучения низких энергий, вызывающего только ионизацию ее атомов.

С появлением в науке и технике других ядерных излуче ний возникла необходимость обобщить понятие дозы на все ядерные излучения. Как показывают опыты, различные ядер ные излучения, взаимодействуя с веществом, вызывают самые разнообразные процессы, а не только ионизацию. Однако многие процессы, вызванные ядерными излучениями в веще стве приводят в конечном итоге к ионизации атомов. Так например, нейтронное излучение само по себе - не вызывает

•ионизации, но	возникающие	вследствие		упругого и	неупру
гого рассеяния	нейтронов	на	ядрах	положительные ионы
отдачи производят сильнейшую			ионизацию атомов		вещества,,

а гамма-излучение возбужденных при неупругом рассеянии ядер также производит ионизацию. Поглощение нейтронного излучения вследствие ядерной реакции (п 7) часто приводит к появлению наведенной радиоактивности,, бета и гамма-излу чение которой опять-таки вызывают ионизацию, а поглощение


нейтронного		излучения		вследствие	ядерных реакций (пр)
и	(па) создает		сильную	ионизацию	под действием протонов
и	альфа-частиц.		Поэтому	для ядерных излучений было вве
дено понятие		физической		дозы.

Физической дозой ядерного излучения называется скаляр ная физическая величина, характеризующая степень или уро вень ионизации воздуха под действием ядерного излучения. Эта доза пропорциональна энергии ядерного излучения, погло щенной в единице объема воздуха за время облучения. Если

Еа — энергия	ядерного	излучения, поглощенная	в объеме	V
воздуха за	время t, то
	•ДФ = /<Ф - ф - ,		(1.58)
где КФ — коэффициент		пропорциональности,	зависящий	от

выбора единиц. Формула (1.58) аналогична (1.53), которая является частным случаем (1.58) для гамма-излучения. По ана логии с (1.54) можно написать формулы для мощности и сред ней мощности физической дозы ядерного излучения. За единицу физической дозы принимается 1 фэр или 1 rep, который соот ветствует такой же степени ионизации воздуха под действием

ядерного излучения, какая достигается от действия	1 р гамма-
излучения. Название „фэр" происходит от полного	русского
названия этой единицы „физический эквивалент	рентгена",

а название

„гер" — от полного

английского

названия этой еди

ницы

„röntgen

equivalent

physics".

Если

Еа

эрг, V в

см3

и ДФ в фэр,

то КФ =

/<"т = 9,09

фэр

-см3/эрг.

На практике Дф*сДа,

так

как

ядерные

излучения

вызы

вают

и такие

процессы,

которые

не сопровождаются

иониза

цией.

Так

например,

нейтроны

тратят

часть

своей

энергии

на вырывание

положительных

ионов отдачи

из

молекул

или

узлов

кристаллических

решеток.

Однако

энергия

ядерных

излучений,

расходуемая

на такие

процессы,

незначительна,

так что физическая доза

на практике совпадает с поглощенной

дозой для ядерных излучений низких энергий с достаточной точностью. Понятие „поглощенная доза" удобнее и точнее, чем понятие „физическая доза".

Биологической дозой ядерного излучения, или дозой, называется, как и прежде, скалярная физическая величина, характеризующая степень разрушения живой ткани под воз действием ядерного излучения. Эта доза пропорциональна физической

Д = КОЪЭДФ,	(1.59)
причем для гамма-излучения низких энергий /<ОБЭ = 1	и Д =

— Дф — Д-f. За единицу биологической дозы принимается	1 бэр
или 1 rem, который представляет собой физическую	дозу

любого ядерного излучения, вызывающую ту же степень раз рушения живой ткани, что и 1 р гамма-излучения низких энергий. Название „бэр" происходит от полного русского,

названия	этой единицы	„биологический			эквивалент	рентгена",
а название „rem" — от		полного		английского названия			этой
единицы	„röntgen equivalent		medical".		Биологический		экви
валент рентгена составляет			0,85	биологического		эквивалента
рада, так что
	Дбзр	= 0,85Дгет.					(1.60)

Таким образом, краткое изложение вопроса об истории возникновения и развитии понятия дозы ядерного излучения можно считать законченным.

§ 9. Факторы накопления для широкого параллельного пучка моноэнергетических частиц [1, 3, 6, 7, 8]

Широкий параллельный пучок моноэнергетических частиц, падающих перпендикулярно на плоский экран, внутри его превращается в широкий непараллельный пучок полиэнерге тических частиц, так как, вообще говоря, рассеяние умень шает энергию частиц. Будем называть моноэнергетические

частицы, падающие			на	экран,	первичными, или падающими,
а частицы, претерпевшие однократное или многократное									рас
сеяние внутри экрана, вторичными, или рассеянными. На								любой
глубине	внутри	экрана		величина плотности потока				частиц
J' = Л + Л . где Л		и Л — соответственно				величины	плотности
потока	падающих	и рассеянных частиц				на глубине	х.	Отно
шение
		à±h-		= Bj{yix)>\				(1.61)
			•м
называется фактором накопления по числу частиц.								С	по
мощью	(1.22) можно		найти Іъ		так что
		y = / 0 e - s * £ / ( 2 * ) .						(1.62)
Таким образом, фактор накопления по числу частиц для
рассматриваемого пучка представляет собой отношение									вели
чины плотности		потока		всех	частиц к	величине	плотности

потока падающих частиц, которая определяется с помощью

элементарной	теории ослабления (§ 7). На выходе	из экрана,
т. е. при X =	h,
	Jh = J0e-^Bj(Zh).	(1.63)

Формула (1.63) показывает ослабление широкого парал лельного моноэнергетического пучка частиц в плоском одно родном экране по числу частиц. На любой глубине х внутри экрана интенсивность / = Д + / 2 , где Іг = Jx Ей; І2 — соответ ственно интенсивности падающих и рассеянных частиц на глу бине X. Отношение