Взаимодействие ИИ с веществом

1. Взаимодействие ИИ с веществом

1

2. Атомное излучение

– это энергия в виде ЭМ излучения или частиц.
Электромагнитное излучение (фотоны):
рентгеновское и гамма-излучения, видимый
свет.
Корпускулярное излучение – альфа-, бета- и
нейтронное излучение.
2

3. Ионизирующее излучение

− излучение, взаимодействие которого с
веществом приводит к ионизации атомов и
молекул, т.е. к возникновению в облученном
веществе ионов разных знаков:
косвенно ионизирующие
(нейтроны и фотоны)
непосредственно ионизирующие
(заряженные частицы)
3

4. Альфа-излучение

A
Z
X
A 4
Z 2
Y He Q
4
2
4

5. Бета-излучение

5
1
0
n 11p 10e 00 ~
1
1
p 01n 10e 00
1
1
p 10e 01n 00

6. Электромагнитное излучение

6

7. Таблица спектров ИИ

Виды распада
Частицы или фотоны
+
ЭЗ
ИП
СД
e-
e+
n
–
Н
–
Д
–
Н
–
–
Н
–
–
–
Д
–
–
–
–
–
Д/–
Д/–
Д
Д
Д
Д
–
–
–
–
–
Н
*Д – дискретный спектр излучения, Н – непрерывный спектр
7

8. ПРЯМАЯ ИОНИЗАЦИЯ

Прямая ионизация
атомов и молекул
заряженными частицами – основной процесс
передачи энергии излучения веществу.
Ионизация вещества является результатом
взаимодействия первичных и вторичных
заряженных частиц с электронной структурой
атома.
8

9. Взаимодействие альфа-частиц / тяжелых заряженных частиц (p, d, я.о.)

Процессы
взаимодействия:
• возбуждение,
• ионизация,
• поглощение
Пробег α-частицы в воздухе: 4-10 см
Плотность ионизации: 2∙105 пар ионов (Eα = 7 МэВ)
9

10. Возбуждение и ионизация

10

11. Поглощение

p или α -частица
поглощаются
ядром
(лег. ядра:
Be, B, C, N, O, F)
A 3
Z 2
атом в
возбужденном
состоянии
4
2
He X
4
2
He Be C n 5,708МэВ
A
Z
9
4
12
6
Y n KE
1
0
1
0
ядерное
излучение
производство
радионуклидных
источников n-ов
11

12.

Средние потери энергии (формула Бете):
2 2
2me c
4 Z
2
2
2
2
ln 1
S p 2 ne r0 me c ln
I
2
me − масса электрона
(meс2 = 511 кэВ − энергия покоя электрона);
β = v/c; с − скорость света; v - скорость частицы;
Z − заряд частицы в единицах заряда позитрона;
ne − плотность электронов вещества;
I − средний ионизационный потенциал атомов вещества среды,
через которую проходит частица: I = 13,5∙Z' эВ, Z' − заряд ядер
вещества среды в единицах заряда позитрона;
r0 = e2/mec2 = 2.818·10-13 см - классический радиус электрона.
Максимум ионизации α-частиц соответствует энергии
0,6 МэВ, протонов – 0,15 МэВ.
12

13.

Зависимость удельной ионизации от толщины
слоя вещества для α-частиц
Пик Брэгга
13

14. Взаимодействие электронов

Процессы
взаимодействия:
• упругие
− рассеяние
• неупругие
− возбуждение
− ионизация
− тормозное
излучение
Плотность ионизации: 100 пар ионов на 1 мкм
Мягкое β-излучение: Еβ ≤ 10 кэВ
Жесткое β-излучение: Еβ > 10 кэВ
14

15.

Энергия β-частиц расходуется на:
• ионизационные потери
• радиационные потери
• рассеяние
Характеристическое
X-излучение
Тормозное
излучение
15

16.

Ионизационные потери
• ионизация и возбуждение атомов;
• образование δ-электронов способных
производить вторичную ионизацию
dEe dEe dEe
dx c dx в dx и
16

17.

dEe
2
~
.
Е
Z
dx р
17

18.

Полные потери энергии
dEe dEe dEe dEe
dx dx в dx и dx р
18

19.

Рассеяние
При рассеянии энергия β-частиц теряется
большими порциями (до ½ Еβ)
Пробег
Ee
Ee
R( E0 )
dEe
dEe / dx
0
19

20. Взаимодействие позитронов

Процессы
взаимодействия:
− возбуждение
− ионизация
− тормозное
излучение
− аннигиляция
20

21.

21

22. КОСВЕННАЯ ИОНИЗАЦИЯ

22

23. Взаимодействие фотонов

23

24.

24

25.

25

26.

26

27.

27

28.

Суммарное эффективное сечение
σфот ~ Z5, σфот ~ 1/Eγ7/2
σС ~ Z; σC ~ 1/Eγ
σпар ~ Z2
28

29.

Интенсивность потока γ-излучения после
прохождения через слой вещества
толщиной x равна
29

30.

30

31.

31

32.

32

33. Взаимодействие нейтронов

Процессы
взаимодействия:
• Упругое рассеяние
• Неупругое рассеяние
(на ядрах H, C, O, N)
• Поглощение: деление
ядер, радиационный
захват
Продукты :
• p, α-частицы и d – продукты неупр. рассеяния n-ов;
• ядра отдачи – продукты упр. рассеяния n-ов;
• фотоны – продукты радиационного захвата.
33

34.

Спектр нейтронов
быстрые – от 200 кэВ до 20 МэВ;
промежуточные – 1–200 кэВ;
надтепловые – от 0,1–0,2 эВ до 1 кэВ;
тепловые – нейтроны, находящиеся в
термодинамическом равновесии с
рассеивающими атомами вещества – 0,025 эВ.
34

35.

35

36.

36

37.

37

38.

38

39.

39