Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

Заряженная частица, пролетая мимо атомного ядра, в ре­ зультате кулоновского взаимодействия получает некоторое ускорение. По закону Ньютона сила взаимодействия пропор­ циональна ускорению F=M a, где М — масса частицы. Соглас­ но законам электродинамики, заряженная частица, получившая ускорение, должна испускать электромагнитное излучение,

стицы и ядра в элементарных единицах заряда соответственно.

В соответствии с этой зависимостью (она приближенна) можно оценить относительную роль радиационных потерь для различных частиц. Например, сравним радиационные потери энергии а-частицы и протона при фиксированном значении Z:

т. е. ионизационные потери энергии а-частицы в 4 раза меньше ионизационных потерь энергии протона. Сравним теперь иони­ зационные потери протона и электрона:

т. e. ионизационные потери энергии протона в 3,5 -106 меньше ионизационных потерь энергий электрона. Теоретически уста­ новлена следующая формула радиационных потерь электрона:

Лишь в грубом приближении (dEK/dx)r~ Ек. Кроме того, па~8/А. Поэтому приближенно запишем

28

Сравним радиационные потери энергии с ионизационными. Об­ ратимся к формуле (1.45). Для релятивистских электронов

Z .

v^-c и (dEKld x )i~ n e~

Поэтому

излучение, а следовательно, и интенсивность тормозного излу­ чения больше для сред из тяжелых элементов, чем для сред из легких. Относительная потеря энергии электрона на генери­ рование тормозного излучения линейно возрастает с увеличе­ нием энергии электронов.

Для p-излучения максимум энергии тормозного излучения Е^акс, г можно рассчитать по следующей приближенной эмпири­

р-излучения 32Р 7,6; g — массовая толщина среды, г/см2. Кине­ тическую энергию частицы, при которой ионизационные и ра­ диационные потери равны (критическая энергия), можно опре­

Механизм взаимодействия позитронов с веществом, вообще говоря, аналогичен механизму взаимодействия электронов. Вследствие того что позитроны заряжены положительно, рас­ сеяние позитронов на атомах, атомных электронах, а также на ядрах происходит в «противоположную» по сравнению с рас­ сеянием электронов сторону. В конце пути при торможении движения позитрон может образовать с каким-либо электроном

ляционных фотонов. Аннигиляция электрона и позитрона мо­ жет произойти и раньше без образования позитрония. Таким

29

образом, в веществе, через которое проходят позитроны, появ­ ляется некоторая концентрация позитрония (водородоподобного «атома»). Оказывается, что концентрация позитрония в среде зависит от ее химического состава и свойств.

Таким образом, позитроны наряду с ионизационными поте­ рями кинетической энергии и потерями энергии на генерирова­ ние тормозного излучения, полностью теряют собственную энергию в аннигиляционном процессе, генерируя аннигиляцион­ ные фотоны.

§ 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Взаимодействие фотонного излучения мы будем рассматри­ вать в диапазоне энергии более 103 эв. Сюда относят рентге­ новское излучение и другие виды тормозного излучения, генери­ руемого искусственно с помощью ускорителей электронов, а также уизлучение атомных ядер. Фотонное излучение различ­ ных энергий, в том числе и высоких, входит в состав космиче­ ского излучения.

Основными эффектами взаимодействия фотонов с вещест­ вом являются: фотоэффект, эффект Комптона и эффект обра­ зования электрон-позитронных пар.

Фотоэффект — процесс неупругого взаимодействия фотона с атомным электроном, при котором вся энергия фотона пере­ дается электрону.

Эффект Комптона — эффект упругого рассеяния фотонов на атомных электронах.

Эффект образования электрон-позитронных пар — процесс неупругого взаимодействия фотона с ядром, при котором фо­ тон превращается в пару частиц: электрон и позитрон.

Кроме указанных эффектов может происходить очень редкое явление — ядерный фотоэффект — поглощение фотона атомным ядром, в результате чего происходит или возбуждение ядер, или фотоядерные реакции.

Все указанные эффекты имеют разную вероятность в раз­ личных областях энергии фотона. В той или иной степени они обусловливают уменьшение плотности потока фотонного излу­ чения (ослабление излучения).

гДе I — плотность потока проходящего излучения; / 0— началь­ ная плотность потока излучения; х — толщина слоя среды; ц — коэффициент ослабления фотонного излучения. Этот закон установлен вначале экспериментально для видимого света.

30

Оказалось, что ему подчиняются все разновидности электро­ магнитного излучения.

Линейный коэффициент ослабления фотонного излучения есть характеристическая величина для данной среды и данной энергии излучения.

Экспоненциальный закон ослабления фотонного излучения (1.62) строго соблюдается для узкого, коллимированного пучка, когда рассеянное излучение практически не регистрируется. Именно это условие лежит в основе вывода уравнения ослабле­ ния потока любого излучения [см. (1.18)].

Уравнение (1.12) позволяет дать статистическую интерпре­

совокупности все виды взаимодействия фотонов с веществом, в

эффективное сечение а фотонного взаимодействия можно пред­ ставить как сумму трех составляющих:

Центрами взаимодействия фотонов в среде будут атомные электроны и ядра. Поэтому общее число центров взаимодейст­ вия фотонов складывается из объемных концентраций электро­ нов и атомных ядер в среде

Учитывая [л = ап0, получаем

и = (оф + ак + ап) (пе + пя) =* афпе + акпе + аппя.

Итак, можно написать

или, вводя обозначения рф= ОфИе, рк= о кяе, \Лп = (Укпя, получаем

В формулу закона ослабления фотонного излучения можно ввести массовый коэффициент ослабления фотонного излучения р '= р/б:

31