Файл: Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия.pdf

р — количество у-фотонов данной энергии, приходящихся в среднем на один распад. Дифференциальная ионизационная гамма-постоянная Л’* — мощность экспозиционной дозы излу­

чения, создаваемая на расстоянии 1 см препаратом активностью 1 мкюри при условии, что испускается один у-фотон на распад. Величины Л'* могут быть определены по графику (рис. 1.7), от-

энергии излучения. В простейшем случае, когда каждый распад сопровождается испусканием одного у-фотона определенной

1мкюри).

Впрактике для оценки (сравнения) различных радиоактив­

ных источников у-излучения используют понятие радиевого гамма-эквивалента изотопа с единицей измерения миллиграммэквивалент радия (мг-экв Ra) или грамм-эквивалент радия

{г-же Ra).

30

Миллиграмм-эквивалент радия есть гамма-эквивалент радио­ активного изотопа, у-излучение которого при данной фильтрации и тождественных условиях измерения создает такую же мощ­ ность дозы, что и у-пзлучение 1 мг радия Государственного эта­ лона радия СССР при платиновом фильтре толщиной 0,5 мм. Государственный эталон радия СССР при платиновом фильтре толщиной 0,5 мм создает в воздухе на расстоянии 1 см от точеч­ ного источника мощность дозы 8,4 р/ч. В тех случаях, когда ионизационная гамма-постоянная изотопа известна, для перехо­ да от активности, выраженной в милликюри, к радиевому гам­ ма-эквиваленту препарата в миллиграмм-эквивалентах радия можно воспользоваться формулой

(г-э/rsRa); Q — активность, мкюри (кюри); Ку— ионизацион­ ная гамма-постоянная изотопа, р ■см2/(ч-мкюри); 8,4 — иониза­ ционная гамма-постоянная радия, р ■см2/(ч •мкюри).

Соотношение между радиевым гамма-эквивалентом точечного источника М в миллиграмм-эквивалентах радия и экспозицион­

где t — время облучения, ч.

Если активность препарата выражена в милликюри, то фор­ мула приобретает вид

где Ку — ионизационная гамма-постоянная изотопа; Q — актив­ ность, мкюри; t — время, ч; R — расстояние от источника, см.

ГЛАВА II

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Распространяясь от источника, ионизирующее излучение (а-, (3-, у- и рентгеновское) встречает на своем пути атомы веще­ ства и взаимодействует главным образом с атомными ядрами и электронами атомных оболочек. Результатом такого взаимодей­ ствия является ослабление или полное поглощение излучения в слое вещества определенной толщины, а также рассеяние — из­ менение углового распределения излучения и его энергии.

3!

Характер взаимодействия а- и р-излученпй, а также рентге­ новского и уизлучений с веществом различен, так как различна природа этих излучений.

сс- и |3-Излучения, проникая в вещество, быстро теряют свою энергию, при этом a -излучение поглощается быстрее, чем [З-из- лучение. Энергия а-частиц при прохождении через вещество рас­ ходуется в основном на ионизацию атомов вещества. Пробег а- частиц в воздухе доходит до 7—8 см, в ткани до 0,1 мм, а-части- цы задерживаются листом писчей бумаги и алюминиевой фоль­ гой толщиной 0,06 мм.

Для а- и ^-излучений степень их поглощения веществом при­ нято оценивать величиной пробега соответствующих частиц. Наиболее проникающие а-частицы ТИС' (с энергией 8,8 Мэе) способны пройти только 0,0052 см в алюминии, 0,0017 см в зо­ лоте и 8,6 см в воздухе.

1. Ослабление р-излучения

При прохождении через вещество р-частицы (электроны) теряют свою энергию, взаимодействуя с атомами этого вещест­ ва. Различают следующие виды взаимодействия электронов с атомами тормозящего вещества [ 12]: упругое и неупругое рас­ сеяние электронов на атомных ядрах и электронах атомных обо­ лочек, а также торможение электронов в кулоновском поле атомных ядер.

Упругое рассеяние происходит при таких столкновениях, ко­ торые сопровождаются лишь изменением направления движения сталкивающихся частиц, тогда как их общая энергия остается неизменной. Основную роль в рассеянии электронов играет упру­ гое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рассеиваются также и на электронах атомных оболочек. Отклонение электро­ нов может происходить на углы от 0 до 180°, причем на малые углы электрон отклоняется с большей вероятностью. Проходя через тонкий слой материала (фольгу), электроны испытывают большое число единичных актов упругого рассеяния, в резуль­ тате которых они претерпевают отклонение на некоторый угол. Величина среднего квадрата угла отклонения прямо пропорцио­ нальна толщине фольги и обратно пропорциональна квадрату кинетической энергии электрона. Рассеяние электронов будет меньшим для поглощающих веществ с низкими атомными но­ мерами.

Неупругое рассеяние электронов происходит в основном в результате их столкновения с орбитальными электронами, при этом часть энергии воздействующего электрона (р_-частицы) пе­ редается связанному электрону атома. В зависимости от коли­ чества переданной энергии происходит возбуждение или иони­ зация атомов вещества. В результате многократного неупругого рассеяния энергия воздействующего электрона непрерывно

32

уменьшается, пока не достигнет теплового уровня. Процесс иони­ зации сопровождается возникновением вторичных электронов. Большая часть вторичных электронов обладает незначительной кинетической энергией. Процесс возбуждения сопровождается испусканием характеристического излучения.

При данной энергии падающего электрона упругое рассеяние, ионизация и возбуждение атомов тормозящей среды происходят с различной вероятностью. По мере повышения энергии электро­ на вероятность упругих столкновений и ионизации медленно возрастает. При энергии электронов от 10 до 1000 кэв вероят­ ность упругих столкновений примерно 5%, вероятность иониза­ ции 35%, а вероятность возбуждения 60%.

Потери энергии электронами на ионизацию и возбуждение атомов вещества называются ионизационными потерями и обо­

значаются ( — ) . Ионизационные потери велики при низких

энергиях электронов и быстро уменьшаются с ростом этой энер­ гии, достигая минимума при энергии около 1 Мэе. Далее с ро­ стом энергии происходит медленное увеличение ионизационных потерь. Ионизационные потери энергии электронами в слое по­ глотителя, выраженном в единицах поверхностной плотности (■г)см2), будут приблизительно одинаковы для всех веществ.

На пути электрона вследствие ионизации образуются пары ионов. Число пар ионов, образуемых электронами на сантиметре пути (линейная плотность ионизации) в воздухе при нормаль­

рона; с — скорость света). На образование одной пары ионов в воздухе в среднем тратится 34 эв\ иначе говоря, на 1 Мэе по­ глощенной энергии в нем образуется 3-104 пар ионов.

Помимо потерь на ионизацию и возбуждение атомов вещест­ ва электроны могут терять свою энергию на образование тор­ мозного излучения. Проходя вблизи атомного ядра, под дейст­ вием его электрического поля быстрый электрон испытывает торможение. Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии он будет испускать электромагнитное (тормозное) из­ лучение.

На рис. 2.1 приведено расчетное распределение интенсивно­ сти тормозного излучения / ( 1), образующегося при полной по­ тере кинетической энергии отдельным электроном. Интенсив­ ность тормозного излучения при полном торможении электронов, характеризуемая величиной радиационных потерь, пропорцио­ нальна Z. Потери энергии электронами на тормозное излучение

с повышением энергии электронов, начиная приблизительно с

1 Мэе.

Полные потери энергии электронами складываются из иони­ зационных и радиационных потерь. Уже отмечалось, что с по­ вышением энергии электронов свыше 1 Мэе для ионизационных потерь характерен медленный рост, а для радиационных по­ терь— быстрый рост. Поэтому при определенной энергии элект­

цело поглощается слоем вещества некоторой толщины (при этом значении толщины кривая поглощения пересекается с осью аб­ сцисс). Эта толщина и определяет максимальный пробег р~-ча- стиц в данном веществе.

Пока нет точных соотношений, связывающих величину про­ бега р_-частицы и ее энергию. Приближенно длину пробега р-- частиц в алюминии можно определять по эмпирическим отноше­ ниям. Для .р--частиц, энергия которых лежит в пределах от

0,15 до 0,8 Мэе,

диапазоне значений Емакс, выражается формулой

RAI = 0,412-£шкс1’2б5_~0'095'1 1п Итаке

34