I. Ионизирующее излучение, его виды и характеристика. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Ионизирующее излучение объединяет в себе радиоактивные излучения (α, β, γ – лучи), жесткое рентгеновское излучение, а также поток протонов и нейтронов.

Ионизационная способность α – лучей больше чем у β – лучей и больше чем у γ – излучения.

При облучении γ – лучами степень ионизации зависит от энергии γ – квантов.

Если E_γ < 1 МэВ, то они передают свою энергию электронам, вызывающим ионизацию.

Если E_γ > 1 МэВ, то они сами способны вызвать ионизацию.

При облучении вещества нейтронами возникает искусственная радиоактивность, которая является причиной ионизации.

БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ

ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

Первичная ионизация - не вызывает больших разрушений в тканях организма.

Вторичные биохимические реакции - оказывают губительное воздействие на организм.

При облучении вещества ионизирующим излучением часть атомов и молекул не ионизируется, а только переходит в возбужденное состояние. Через короткий промежуток времени атомы возвращаются в нормальное состояние, а избыток энергии излучается в виде квантов УФИ. Эти кванты поглощаются тканями и Е_погл – невелика. Именно за счет этой энергии Е_погл в тканях происходит цепная биохимическая реакция, при которой разрушаются структуры молекул нуклеиновых кислот и белка.

Сочетание первичной ионизации и цепной биохимической реакции приводит к лучевой болезни.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Заряженная частица при прохождении через вещество теряет свою энергию вследствие ионизационного торможения.

Ионизационное торможение – это механизм потерь энергии заряженной частицы вследствие возбуждения и ионизации атомов среды, в которой она пролетает.

Для количественной характеристики взаимодействия заряженной частицы с веществом используют следующие величины:

1. Линейная плотность ионизации (i) – число пар ионов, образующихся на единицу пути пробега частицы.

[м ^-1]

2. Линейная тормозная способность (S) – энергия, теряемая заряженной частицей на единицу пути пробега.

3. Средний линейный пробег зараженной ионизирующей частицы (R) – это расстояние между началом и концом пробега частицы в данном веществе.

Рассмотрим некоторые характерные особенности взаимодействия различных видов излучения с веществом.

а) α – лучи – по мере движения α – частицы в среде вызываемая ею линейная плотность ионизации меняется. С уменьшением скорости ее движения она сначала быстро растет, а потом резко падает до нуля при завершении пробега (х=R).

Возрастание «i» обусловлено тем, что при меньшей скорости α - частица больше времени проводит вблизи молекулы (атома) среды, что увеличивает вероятность его ионизации. После того, как энергия α – частицы станет сравнима с энергией молекулярно-теплового движения, она захватывает 2 электрона в веществе и превращается в атом гелия ₂⁴ Не.

Кроме первичных процессов ионизации и возбуждения атомов могут проявляться вторичные процессы.

1. Увеличение скорости молекулярно-теплового движения молекул.

2. Характеристическое рентгеновское излучение.

3. Радиолюминисценция.

4. Специфические химические процессы.

б) β – лучи – кроме ионизации и возбуждения вызывают и другие процессы. При торможении электронов возникает тормозное «R – излучение», β – частицы рассеиваются на электронах вещества и при этом их траектории сильно искривляются.

Поглощение β – частиц с данной максимальной энергией происходит примерно по экспоненциальному закону.

N₀ – число частиц, попадающих на слой вещества

N – число частиц, прошедших через слой вещества толщиной «х»

Х_max – максимальный пробег частиц в веществе.

Вторичный процесс, который может возникнуть – это характерное Черенковское излучение, когда скорость движения электрона в среде превышает скорость света в среде.

в) γ – излучение – при попадании на вещество вызывает процессы, которые можно представить следующей схемой:

1) Незначительная первичная ионизация (из-за отсутствия заряда).

2) Когерентное и некогерентное рассеяние, фотоэффект, приводящие к ионизации.

3) Образование пары электрон + позитрон (_-1⁰е + ₊₁⁰е). Суть:

Суть: γ – квант с энергией не менее 1,02 МэВ может превратиться в пару (-₁⁰е + ₊₁⁰е) и γ – квант при этом исчезает.

4) Фотоядерные реакции при взаимодействии с ядром.

γ – лучи поглощаются веществом постепенно, следуя экспоненциальному закону. При их поглощении нельзя указать определенную длину пробега.

I₀ – интенсивность падающего параллельного пучка.

I – его интенсивность после прохождения слоя вещества толщиной «х».

Указанные процессы приводят к тому, что полный ионизационный эффект от γ – излучения получается значительным.