Презентация на тему Ионизирующие излучения

ПОНЯТИЕ И ВИДЫ
ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

ЗАКОН ОСЛАБЛЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

ПЕРВИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

ДЕЙСТВИИ
НА ВЕЩЕСТВО
НЕПОСРЕДСТВЕННО ВЫЗЫВАЮТ
ЕГО ИОНИЗАЦИЮ.
К ИОНИЗИРУЮЩИМ
ИЗЛУЧЕНИЯМ
ОТНОСЯТСЯ:

КОРОТКОВОЛНОВОЙ УФ

(10-200 нм)
РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ВСЕ ВИДЫ РАДИО-АКТИВНЫХ (ЯДЕРНЫХ) ИЗЛУЧЕНИЙ -
АЛЬФА-, БЕТА-, ГАММА-, НЕЙТРОННОЕ.

ПРИРОДЫ,

НА ШКАЛЕ - МЕЖДУ УФ И ГАММА-излучением,
ДИАПАЗОН

80 – 10-5 нм (коротковолновое).

Вильгельм Конрад
Рентген
1845 – 1923

– длина волны больше, проникающая способность меньше,
и
ЖЕСТКОЕ – длина

волны меньше, проникающая способность больше.

2) ПО МЕХАНИЗМУ
ИЗЛУЧЕНИЯ

И СПЕКТРАМ –


ТОРМОЗНОЕ
и
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ.

РАДИОАКТИВНОМ
РАСПАДЕ ЯДЕР.
РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД –

ЭТО
САМОПРОИЗВОЛЬНЫЙ РАСПАД
НЕУСТОЙЧИВЫХ ЯДЕР
С

ОБРАЗОВАНИЕМ
НОВЫХ ЯДЕР И
ИСПУСКАНИЕМ РЯДА
ИЗЛУЧЕНИЙ.

и


БЕТА-РАСПАД – 3-Х ВИДОВ:
ЭЛЕКТРОННЫЙ ( -

)
ПОЗИТРОННЫЙ ( +) И
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ
( е - захват )

АЛЬФА ()

БЕТА ()

-

+

е –
захват

И МАССОЙ,

ВЫРАЖЕННЫМИ В
ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЕДИНИЦАХ.
ЗАРЯД ЯДРА РАВЕН
ЧИСЛУ ПРОТОНОВ

В ЯДРЕ.
ОПРЕДЕЛЯЕТ ПОРЯДКОВЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА В ТАБЛИЦЕ МЕНДЕЛЕЕВА:
qя = Np = Z.

МАССА ЯДРА РАВНА СУММЕ ЧИСЛА ПРОТОНОВ И ЧИСЛА НЕЙТРОНОВ В ЯДРЕ
(Т.Е. ОБЩЕМУ ЧИСЛУ НУКЛОНОВ):
mя = Nр + Nn = A.

ЭТА СУММА НАЗЫВАЕТСЯ МАССОВЫМ ЧИСЛОМ.

НЕЙТРОНЫ и ЭЛЕКТРОНЫ:

p n e

Т.к. ПРОТОНЫ И НЕЙТРОНЫ ОБРАЗУЮТ ЯДРО ("НУКЛЕУС" – NUCLEUS),
ИХ ОБЩЕЕ НАЗВАНИЕ – НУКЛОНЫ.
qp = 1 qn = 0 qe = e = -1
(э.е.з.)
mp = 1 mn = 1 me = 0
(э.е.м.)

ПОЗИТРОН (АНТИЭЛЕКТРОН) НЕ ВХОДИТ В СОСТАВ ЯДРА,
НО ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ОДНОМ ИЗ ВИДОВ РАСПАДА (+ ).
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
q = +1,
m = 0.

БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ АЛЬФА-ЧАСТИЦ, ИЛИ ЯДЕР АТОМОВ ГЕЛИЯ.
ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ:
Z

= 2, A = 4.
ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ АЛЬФА-РАСПАДЕ.

БЕТА-МИНУС-
ИЗЛУЧЕНИЕ –

КОРПУСКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ.
СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦ, ИЛИ ЭЛЕКТРОНОВ.
ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ БЕТА-МИНУС РАСПАДЕ.

ЧАСТИЦ, ИЛИ ПОЗИТРОНОВ.
ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ БЕТА-ПЛЮС РАСПАДЕ.

ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ
РЕНТГЕНОВСКОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
СОПРОВОЖДАЕТ ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ.

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ –
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

(ВОЛНОВОЙ) ПРИРОДЫ.
МОЖЕТ СОПРОВОЖДАТЬ
КАК АЛЬФА-,
ТАК И БЕТА-РАСПАД.

0.

ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ПОЗИТРОННОМ БЕТА-РАСПАДЕ.


ЭЛЕМЕНТАРНАЯ
ЧАСТИЦА
АНТИНЕЙТРИНО
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
ОТ НЕЙТРИНО ОТЛИЧАЕТСЯ ТОЛЬКО НАПРАВЛЕНИЕМ

СПИНА.
ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ БЕТА-РАСПАДЕ.

веществом

Ф = Ф0 e- x

ПОТОК
ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ

ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО
УМЕНЬШАЕТСЯ
ПО ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОМУ ЗАКОНУ.

Здесь Ф0 – падающий поток излучения,
Ф – поток излучения, прошедшего через слой вещества толщиной «х»,
 - линейный коэффициент ослабления.
Аналогично меняется интенсивность излучения:
I = I0 e - x .

коэффициент ослабления 
[м -1]

массовый коэффициент
ослабления

m =  / 
[ м2 / кг ]

слой половинного
ослабления d1/2 [ м ]

Физический смысл этих характеристик

ОБРАТЕН ТОЛЩИНЕ СЛОЯ ВЕЩЕСТВА,
ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ КОТОРОГО
ПОТОК ИЗЛУЧЕНИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ В "е" РАЗ.
Зависит от плотности  вещества:
больше   больше атомов на пути излучения  больше ослабление.

коэффициент
ослабления m
не зависит от плотности вещества.

d1/2 -

ТОЛЩИНА СЛОЯ ВЕЩЕСТВА,

ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ
КОТОРОГО
ПОТОК ИЗЛУЧЕНИЯ
УМЕНЬШАЕТСЯ ВДВОЕ.

СВЯЗЬ  и d1/2

Пусть x = d1/2 
Ф = Ф0 / 2;
Ф0 / 2 = Ф0 / e d
2 = e d
ln 2 = d1/2

d1/2 = ln 2 / 

ЧЕМ БОЛЬШЕ ,
ТЕМ МЕНЬШЕ d1/2.

ПЕРВИЧНЫХ
ЭФФЕКТА:
КОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ
НЕКОГЕРЕНТНОЕ

РАССЕЯНИЕ
ФОТОЭФФЕКТ

Тот или иной эффект –
в зависимости от соотношения
энергии рентгеновского фотона ε
и энергии ионизации
(работы выхода электрона) Аи.
Энергия ионизации –
энергия, необходимая
для удаления электрона
за пределы атома.

НАПРАВЛЕНИЯМ).


ЭНЕРГИЯ ФОТОНОВ НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ

РАССЕЯНИЕ
БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ
ДЛИНЫ ВОЛНЫ.

ХАРАКТЕРНО ДЛЯ

МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ:
ЭНЕРГИЯ ФОТОНОВ
МЕНЬШЕ ЭНЕРГИИ ИОНИЗАЦИИ -
 < Aи.
Энергия атомов вещества также не изменяется.

Нет непосредственного биологического эффекта.

его энергии:
Выбивание валентного (внешнего) электрона из атома – ВНЕШНИЙ

ФЭ;
Переход электрона на внешний (более высокий) уровень, т.е. возбуждение атома – внутренний ФЭ,
характерен для полупроводников.

УСЛОВИЕ ВНЕШНЕГО
ФЭ:
  Aи.
Описывается
УРАВНЕНИЕМ ЭЙНШТЕЙНА:

h = Aи + mv2/2

Здесь m – масса электрона,
v – его скорость,
mv2/2 – кинетическая
энергия.

атома
И ВЫБИВАЕТ ИЗ АТОМА
ЭТОТ ЭЛЕКТРОН,

ЧАСТИЧНО РАСТРАЧИВАЯ

СВОЮ ЭНЕРГИЮ.


ЧАСТОТА ИЗЛУЧЕНИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ, ДЛИНА ВОЛНЫ ВОЗРАСТАЕТ.

РАССЕЯНИЕ С ИЗМЕНЕНИЕМ ДЛИНЫ ВОЛНЫ.

Увеличение длины волны
при некогерентном
рассеянии носит название
ЭФФЕКТ КОМПТОНА.
УСЛОВИЕ НЕКОГЕРЕНТНОГО
РАССЕЯНИЯ:
> Аи.
Характерно для ЖЕСТКОГО
излучения.
Описывается уравнением:
h = Aи + mv2/2 + h
( < )

случае
может складываться из трех коэффициентов:
ослабления за счет когерентного

рассеяния к ,
фотоэффекта Ф
и некогерентного рассеяния нк :

 = к + Ф + нк.

ПРИМЕР
ПРЕВРАЩЕНИЯ

"ЧАСТИЦ" ПОЛЯ
В ЧАСТИЦЫ ВЕЩЕСТВА:

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ АТОМНОГО ЯДРА
ГАММА-ФОТОН  "ПАРА"
ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОН,
которые сразу же РАЗЛЕТАЮТСЯ В РАЗНЫЕ СТОРОНЫ.
(Поэтому аннигиляции не происходит.)

ИМПУЛЬСА.

РЕАКЦИЯ ВОЗМОЖНА ПРИ ЭНЕРГИИ ГАММА-ФОТОНА,
НЕ МЕНЬШЕЙ СУММАРНОЙ ЭНЕРГИИ

ПОКОЯ ЧЛЕНОВ ПАРЫ.

РОЛЬ ЯДРА - ПРИНЯТИЕ НА СЕБЯ ЧАСТИ ИМПУЛЬСА ФОТОНА.

В общем случае
ЛИНЕЙНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ОСЛАБЛЕНИЯ
ТАКЖЕ СКЛАДЫВАЕТСЯ
ИЗ ТРЕХ КОЭФФИЦИЕНТОВ:
 = Ф + нк + п.

И БЕТА-МИНУС САМИ ПРОИЗВОДЯТ НЕПОСРЕДСТВЕННУЮ ИОНИЗАЦИЮ ВЕЩЕСТВА
(КАК ЭЛЕКТРОНЫ,

ОБРАЗОВАВШИЕСЯ ПРИ ФОТОЭФФЕКТЕ ИЛИ НЕКОГЕРЕНТНОМ РАССЕЯНИИ).

ПРИ ВСТРЕЧЕ В ВЕЩЕСТВЕ БЕТА-ПЛЮС ЧАСТИЦЫ С ЭЛЕКТРОНОМ -
АННИГИЛЯЦИЯ: ПРЕВРАЩЕНИЕ В ДВА ГАММА-ФОТОНА, РАЗЛЕТАЮЩИЕСЯ С ОДИНАКОВОЙ ПО МОДУЛЮ СКОРОСТЬЮ
В РАЗНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ.

АННИГИЛЯЦИЯ - ПРОЦЕСС, ОБРАТНЫЙ РОЖДЕНИЮ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОЙ ПАРЫ.

(УДЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИЯ)

ЛИНЕЙНАЯ ТОРМОЗНАЯ СПОСОБНОСТЬ
(УДЕЛЬНЫЕ ИОНИЗАЦИ-ОННЫЕ ПОТЕРИ)

СРЕДНИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПРОБЕГ
(СРЕДНЯЯ

ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА)

УДЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИЯ

i = dn / dx

Это
ЧИСЛО ПАР ИОНОВ,
ОБРАЗОВАННЫХ
ЧАСТИЦЕЙ
НА ЕДИНИЦЕ ПУТИ
В ВЕЩЕСТВЕ.

НА ЕДИНИЦЕ ПУТИ
В ВЕЩЕСТВЕ.



СРЕДНЯЯ ДЛИНА
СВОБОДНОГО ПРОБЕГА

R

[м]

Это
РАССТОЯНИЕ,

ПРОЙДЕННОЕ
ЧАСТИЦЕЙ
СО СКОРОСТЬЮ,

БОЛЬШЕЙ СКОРОСТИ
МОЛЕКУЛЯРНО-
ТЕПЛОВОГО
ДВИЖЕНИЯ.

БОЛЬШЕ i, ТЕМ БОЛЬШЕ S
И ТЕМ МЕНЬШЕ R.

i 

> i  > i 

S > S > S 

R < R < R 

- ПЛОТНОЕ СКОПЛЕНИЕ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ.

ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ В ВЕЩЕСТВО

ОКОЛО 40 МКМ.

БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦЫ ДВИЖУТСЯ БЫСТРЕЕ.

НА ПУТИ - РАЗРЕЖЕННОЕ СКОПЛЕНИЕ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ.
НАИБОЛЬШАЯ
ИОНИЗАЦИЯ – К КОНЦУ ПУТИ.

ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ
В СРЕДНЕМ - НЕСКОЛЬКО ММ.