Н е й т р о н н о е и з л у ч е н и е

А л ь ф а - и з л у ч е н и е

Энергия альфа-частиц находится в пределах 4 - 10 МэВ, скорость примерно 20 000 км/с. Имея большую массу и значительную энергию, они ее расходуют в основном на неупругое рассеяние на электронах атомов. Таким образом, альфа-частицы обладают большой ионизирующей способностью. В редких случаях альфа-частица может проникнуть в ядро и вызвать ядерную реакцию. Полная ионизация, создаваемая альфа-частицами на всем пути в среде, составляет примерно 120 - 150 тысяч пар ионов. Удельная ионизация изменяется от 25 до 60 тысяч пар ионов на 1 см пути в воздухе. Удельная ионизация увеличивается к концу пробега альфа-частиц. Это связано с тем, что при прохождении через вещество энергия альфа-частицы, а значит, и ее скорость уменьшается. В результате увеличивается вероятность ее взаимодействия с электронами атома. Это приводит к увеличению ионизации вещества, достигая максимума в конце пробега.

Альфа-частицы, имея двойной электрический заряд и большую массу буквально "продираются" через атомы вещества. Вследствие сильных потерь энергии альфа-частицы проникают на незначительную глубину.

В отличие от фотонов и бета-частиц длина пробега альфа-частиц экспоненциальному закону не подчиняется. Поэтому пользуются империческими формулами. Так, например, для воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт. ст. (0,1Па), длина пробега альфа-частиц с энергией от 3 до 8 МэВ может быть рассчитана по формуле Гейгера:

R_a = E_a^2/3 /3, [см] (1.41.)

 

Длина пробега R_αальфа-частиц в воздухе при температуре 15°С и давлении 0,1 Па определяется по формулам:

 

R_a = 0.318 E_a^2/3 , см - если Ea = (4 ё 7) МэВ; (1.42.)

R_a = 0.56 E_a^2/3 , см - если Ea < 4 МэВ. (1.43.)

где: E_a - энергия альфа-частиц.

Пробег альфа-частиц в веществе, отличном от воздуха определяют по формуле:

R_a = 10^-4(M E_a³)^1/2 /r, см (1.44.)

 

где: М - атомная масса; r- плотность вещества, г/см³.

 

В таблице 1.3. Показана длина пробега альфа-частиц в воздухе, биологической ткани и алюминии. В таблице алюминий взят в качестве примера, так как именно металлы чаще всего применяются для защиты человека и электронных схем от ионизирующих излучений.

 

Таблица 1.3.

Пробеги альфа-частиц в воздухе, биологической ткани и алюминии

Энергия альфа частиц Еα, МэВ	Воздух, см	Биологическая ткань, мкм	Алюминий, мкм
4,0	2,5
4,5	3,0
5,0	3,5
6,0	4,6
7,0	5,9
8,0	7,4
9,0	8,9
	10,6

Нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов. Облучая ядра атомов вещества нейтронами их энергия расходуется на: упругое рассеяние, неупругое поглощение ядрами вещества, деление тяжелых ядер. В результате неупругого рассеяния нейтроны передают ядрам часть своей энергии и изменяют направление своего движения. Ядра атомов, получив дополнительную энергию вылетают из атомов, и проходя через вещество производят его ионизацию. Чем меньше масса ядер среды, через которую проходят нейтроны, тем большую долю энергии они теряют в процессе упругого рассеяния. Поэтому в качестве замедлителей нейтронов лучше всего использовать водородосодержащие или легкие вещества - воду, углерод, парафин. В процессе упругого рассеяния энергия нейтрона уменьшается до теплового движения молекул и атомов среды.

В результате неупругого взаимодействия нейтрон поглощается ядром, при этом ядром испускаются различные частицы, гамма-кванты. При опреде­ленной энергии нейтрона возможно деление тяжелых ядер на две примерно равные части, при этом из ядра выбрасывается несколько нейтронов и если масса вещества больше критической будет цепная реакция деления атомного взрыва.

В зависимости от энергии нейтронов преобладают те или иные виды взаимодействия: при энергии менее 0,025 эВ - холодные нейтроны, при энергии 0,025 - 0,05 эВ - тепловые нейтроны. В поглощающей среде обычно наблюдается реакция захвата тепловых и холодных нейтронов; при энергии 0,05 - 0,5 кэВ - промежуточные нейтроны, при этом наблюдается упругое рассеяние; при энергии 0,2 - 20 МэВ - быстрые нейтроны. Они характеризуются как упругим, так и неупругим рассеянием; при энергии 20 - 300 МэВ - сверхбыстрые нейтроны, которые отличаются ядерными реакциями.

Таким образом, нейтронный поток обладает способностью косвенной ионизации вещества при определенных значениях энергии, а проникающая способность подчиняется экспоненсиальному закону.

Сравнительная характеристика способности проникновения различных видов излучений через различные вещества поясняется рис.1.12.

 

Рис.1.12. Проникающая способность разных видов ионизирующего излучения

Примечание. Проникающая способность излучений зависит от толщины преграды. На рис.1.12. необходимо учитывать последовательность преград.