Файл: Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии.pdf

широкий спектр энергий (от нескольких килоэлектронвольт до 18 Мэе), причем максимальное число нейтронов приходится на энер­ гию ~ 1 Мэе. Запаздывающие нейтроны связаны с (3-распадом не­ которых осколков деления (изотопов брома н иода), энергия воз­ буждения дочерних продуктов которых превышает энергию связи нейтронов. Выход этих нейтронов по сравнению с мгновенными нейтронами очень мал.

Одной из важнейших характеристик нейтронов является их энергия. Еще не существует общепринятой классификации ней­ тронов по энергиям. В табл. 9 в качестве примера приведена клас­

Д р у г и е виды корп ускулярного и злучени я

В радиационной химии находят применение также продукты некоторых ядерных реакций деления. Среди них важнейшими яв­ ляются продукты реакций с1л(», а)Т и 10В(н, а)71л, т. е. а- частицы и атомы отдачи трития в первой реакции и а-частицы и атомы отдачи 7Li во второй реакции. Эти реакции происходят под действием тепловых нейтронов. Они имеют весьма большие се­ чения.

Энергии а-частиц, образующихся в указанных реакциях, равны соответственно 2,05 и 1,50 Мэе. Атомы отдачи имеют энер­ гии 2,73 Мэе (для Т) и 0,85 Мэе (для 7Li).

Применяются, кроме того, осколки деления тяжелых ядер (например, 235U) в атомном реакторе. Пробег этих осколков крайне мал, и их кинетическая энергия обычно рассеивается в виде тепла внутри топливных элементов реактора. Одпако предложены неко­ торые методики (см. главу II), позволяющие использовать их для осуществления радиационно-химических реакций.

В радиационной химии иногда находят применение тяжелые многозарядные ионы, получаемые в ионных ускорителях. В ча­ стности, в работе [24] исследовался радиолиз некоторых жидко­ стей под действием ядер Св+.

38

В заимодейст вие заряж ен ны х част иц с веществом

Заряженные частицы при прохождении через среду теряют свою энергию постепенно, в результате многократного столкновения с электронами среды.

Основным механизмом взаимодействия заряженных частиц с веществом является электромагнитное взаимодействие с элек­ тронами вещества (ионизация) и кулоновским полем ядра и элект­ ронов (тормозное излучение). Первый вид взаимодействия, кро­ ме непосредственно ионизации, включает также возбуждение ато­ мов и молекул. Потери энергии заряженной частицей в результате этого вида взаимодействия называют ионизационными потерями, а потери энергии за счет второго вида взаимодействия — радиа­ ционными.

Ионизация, возбуждение и тормозное излучение — это неуп­ ругие процессы взаимодействия. Средние ионизационные потери энергии на единице пути (или тормозная способность) определяют­ ся формулами Бете [7].

Для тяжелых заряженных частиц формула Бете имеет следую­ щий вид:

где —dEldx — средняя потеря энергии на единице пути (Е — кине­

возбуждения атомов среды; 6/2 — поправка на поляризационный

39

Средний потенциал возбуждения является мерой энергии свя­ зи электронов с ядром. Его значения увеличиваются с ростом Z. Обычно I определяется экспериментально. Значения I для неко­ торых сред приведены в табл. 10.

Величина — dEldx зависит от скорости частицы и ее заряда. При одной и той же энергии ионизационные потери на единицу пути для электрона будут во много раз меньше, чем для а-части- цы. Например, при энергиях порядка нескольких мегаэлектрон­ вольт потери для электрона примерно в 1000 раз меньше, чем для ct-частицы. Вследствие этого при равных энергиях путь электрона в веществе (глубина проникновения)’ гораздо больше, чем путь а-частицы.

Помимо ионизационных потерь, для заряженных частиц имеют место радиационные потери, т. е. потери энергии на тормозное излучение. Для тяжелых заряженных частиц радиационные по­ тери малы по сравнению с ионизационными. В случае электронов отношение потерь энергии на излучение к потерям на ионизацию описывается выражением

(в тонких мишенях) и почти пропорциональны Е. При высоких энергиях преобладают радиационные потери. С уменьшением

40

энергии играют большую роль ионизационные потери. При неко­ торой энергии, называемой критической (Екр), ионизационные и радиационные потери на единице пути станут сравнимы. Екр за­ висит от природы вещества. Для водорода Екр = 500 Мэе, тогда как для свинца Екр = 1 1 Мэе [26].

Таким образом, полные потери энергии на единице пути за­ ряженной частицы равны сумме ионизационных и радиационных потерь:

На практике часто пользуются массовой тормозной способ­ ностью, обозначаемой символом S/p или mS. По определению МКРЕ [21], массовая тормозная способность материала для за­ ряженных частиц есть частное от деления dEs на dl и р, где dEs — средняя энергия, потерянная заряженной частицей данной энер­ гии при прохождении ею длины пути dl, а р — плотность среды. Таким образом,

При этом dEs включает потери энергии на ионизацию, возбужде­ ние и излучение.

Массовая тормозная способность, очевидно, не зависит от плот­ ности. В качестве единицы измерения S /р служит, например, кэв-см2/мг. На рис. 17 показана зависимость 5/р для некоторых материалов в случае быстрых электронов от их энергии.

Для электронов при прохождении их через вещество характе­ рен процесс упругого рассеяния на ядрах. В этом процессе часть кинетической энергии электрона передается ядру, а сам электрон при этом изменяет направление своего движения. Для тяжелых заряженных частиц (особенно для а-частиц) процесс упругого рас­ сеяния мал по сравнению с ионизацией.

Истинный путь частиц в веществе, или истинный пробег, оп­ ределяется, исходя из полных потерь энергии

где Е о — начальная энергия частицы.

Величину пробега часто измеряют в единицах мг/см? или г/см2. Использование этих единиц вызвано тем, что при таком выражении толщина материала не зависит от его плотности.

Быстрые электроны и [3-частицы вследствие их многократного рассеяния при прохождении через вещество не имеют определен­ ных значений пробегов. Действительно, даже электроны с одина­ ковой начальной энергией вследствие, например, рассеяния могут

41