logo
Fizika_-_2010_r / Третя част / Лекції з ядерної фізики

Максимальний пробіг β - частинок різної енергії в речовині

Максимальний пробіг β - частинок з максимальною енергією в межах від 0.5 до 20 МеВ розраховують за емпіричною формулою:

, (3.7.4.9)

де Еmax - максимальна енергія β - частинок, МеВ; - густина речовини, г/см3. В першому наближенні можна вважати, що в повітрі максимальний пробіг β - частинок L = 0,41Емакс [см], у воді (або біологічній тканині) - L = 5Емакс [мм], в алюмінії - L = 2Емакс [мм]. Ослаблення потоку β - частинок на більшій частині пробігу в речовині має експонентний характер

Id = I0, (3.7.4.10)

де I0 - потік β - частинок при відсутності захисного екрана, частинок/с; Id - потік β - частинок при наявності захисного екрана товщиною d см; μ - лінійний коефіцієнт ослаблення β - випромінювання в речовині захисного екрана, см-1.

Нейтрони й γ- випромінювання не мають певної довжини вільного пробігу. Залежність між товщиною шару поглинання й інтенсивністю випромінювання тут має логарифмічний характер. При будь-якій товщині поглинання у цьому випадку досягається лише часткове зниження інтенсивності.

Для захисту від нейтронного випромінювання застосовують різні матеріали в залежності від його енергії. Нейтрони із енергією більшою за 0.5 МеВ добре поглинаються в результаті процесів непружного розсіювання залізом. Нейтрони з енергією меншою 0.5 МеВ ефективно поглинаються захисним екраном , що містить водень (вода, парафін), а також берилій або графіт. Найбільш ефективно поглинають теплові нейтрони - кадмій, бор і залізо. Процес захоплення теплових нейтронів супроводжується випущенням γ - випромінювання. Для комбінованого захисту від нейтронного і γ- випромінювання застосовують шарові екрани з важких і легких матеріалів.

На підставі розрахункових і експериментальних даних створені таблиці для визначення товщини захисту від γ - випромінювання з різних матеріалів.

Для захисту від γ - випромінювання використовують свинець, бетон, залізо, воду, вольфрам, збіднений уран і осмій. Захист із бетону (= 2,3 г/см3) міцний, дешевий, але дуже громіздкий і важкий. Свинець (= 11,34 г/см3) ефективний, але має погані механічні властивості. Свинець використовують для виготовлення контейнерів (в комбінації із залізом) для транспортування різних ізотопів. Вольфрам (= 19.3 г/см3) і збіднений уран (= 18.7 г/см3) використовують в особливо відповідальних пристроях для забезпечення мінімальної ваги захисту.

Як приклад у табл. 6 наведені дані, що дозволяють визначити товщину захисту із свинцю, заліза й бетону для γ - випромінювання різних енергій.

Товщина захисних екранів, см ( для різних енергій)

Таблиця6

Свинець

Залізо

Бетон

(р=11,34 г/см3)

(р = 7,89 г/см3)

(р=2,3 г/см)

1МеВ

2 МеВ

3МеВ

1МеВ

2МеВ

3 МеВ

1 МеВ

2 МеВ

3 МеВ

2

1,3

2,0

2,1

3,3

3,9

4,4

12,9

14,1

15,3

10

3,8

5,9

6,5

8,5

11,0

12,2

29,9

37,7

43,4

102

7,0

11,3

12,2

14,5

19,5

22,1

50,5

65,7

77,5

103

10,2

16,5

18,0

20,5

27,5

31; 7

70,4

92,7

110,9

104

13,3

21,3

23,5

26,0

35,5

40,9

89,2

118,6

143,2

105

16,5

26,2

28,9

31,5

43,2

50,0

106,8

144,4

173,8

106

19,5

31,0

34,3

37,0

50,6

58,8

124,4

171,4

205,4

Більшість джерел γ – випромінювання, маючи дискретний лінійчастий характер γ – спектра , випромінюють від одної до кількох десятків окремих ліній. Так в γ – спектрі , який перебуває у радіоактивній рівновазі з продуктами свого розпаду, нараховується біля 50 характерних ліній, із них відмічається шість найбільш інтенсивних з інтервалом енергії від 0,3 до 1,76 МеВ. Гамма-джерела мають як правило невеликі розміри d. На відстанях r>4d будь яке гамма – джерело можна вважати точковим. Крім того, точкові гамма – джерела відносяться до ізотропних джерел, які випускають гамма – кванти з однаковою імовірністю у всіх напрямках.

Радіоактивні речовини розміщують у герметичні металеві ампули, стінки яких певним чином змінюють спектр гамма-випромінювання. Стінки ампул, а також матеріали, які використовуються для ампул поглинають частину гамма-ліній і тому називаються фільтрами.

Потужність експозиційної дози в повітрі від точкового ізотропного джерела характеризується іонізаційною гамма-сталою Кγ . Вона чисельно дорівнює потужності експозиційної дози (Р/год) нефільтрованого гамма-випромінювання від точкового ізотропного джерела активністю 1 мКі на відстані 1 см від нього. Величину Кγ виражають в одиницях . Її величину вимірюють експериментально і приводять в довідниках (таблиця 7). Іонізаційні γ – сталі й γ – еквіваленти для деяких