В.Б. Лукьянов, С.С. Бердоносов, И.О. Богатырев, К.Б. Заборенко, Б.З. Иофа - Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода (1127003), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Поглощение а-частицПри прохождении а-частиц через вещество их энергия расходуетсяглавным образом на взаимодействие с электронами атомов и молекулсреды, что приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул.а-Частицы обладают большой линейной ионизацией — в среднем4они создают в воздухе примерно 4-Ю пар ионов на 1 см пути.Чтобы оценить проникающую способность заряженных частиц,пользуются понятием пробега. Пробегом а-частиц называется длинатраектории (трека) в данном веществе. Треки а-частиц обычно прямолинейны.
Это связано с тем, что масса а-частицы примерно в 7000 разбольше массы электрона. Взаимодействуя с электронами среды, а-частицыполучают импульс, который слишкоммал, чтобы заметно отклонить их отпрямолинейного пути.На рис. 7 показано распределениечисла а-частиц в параллельном пучке взависимости от толщины поглощающегоясрьслоя. Не все а-частицы с равной начальной энергией имеют одинаковый P l ! C - 7- Поглощение а-частиц:пробег, что вызвано статистическимиf ^ ™ ™ " ^ ™флуктуациями как в числе соударении,бег а.ЧаСТиц17так и в потере энергии при каждом соударении. Обычно пользуютсязначением среднего пробега а-частиц в веществе, который определяется как абсцисса точки перегиба правого участка кривой, изображенной на рис. 7.Проникающая способность а-частиц мала. Их средние пробегив воздухе при нормальных условиях не превышают 10 см. а-Частицыс такими энергиями полностью поглощаются листом писчей бумаги.3.
Осабление (2-излученияПотери энергии ^-излучением. Как и а-частицы, |3-частицы расходуют свою энергию в основном на ионизацию и возбуждение атомови молекул вещества, в котором распространяется излучение. Крометого, Р-частицы могут терять энергию при замедлении их в поле ядер,что вызывает появление квантов электромагнитного излучения (такназываемое тормозное излучение). Потери энергии на тормозное излучение пропорциональны кинетической энергии электрона и квадратуатомного номера поглощающего материала Z1. В свинце, например,потери энергии на тормозное излучение становятся равны потерям наионизацию при начальной энергии электронов Е =- 10 МэВ. Для (3частиц, испускаемых обычно употребляемыми радионуклидами, потери энергии на это излучение крайне малы по сравнению с ионизационными потерями.Линейная ионизация, создаваемая Р-частицами, примерно в 1000раз меньше линейной ионизации а-частиц такой же энергии.
В связис этим Р-частицы обладают значительно большей проникающей способностью.Максимальный пробег р-частиц. При взаимодействии с электронами поглощающего вещества Р-частицы легко рассеиваются. Их действительные траектории оказываются в 1,5—4 раза больше толщиныпоглощающего слоя. Пробег Р-частицы нельзя однозначно характеризовать длиной ее трека, как это было сделано в случае а-излучения:явление рассеяния приводит к тому, что даже электроны с одинаковойначальной энергией проходят в веществе различные по протяженностипути, которые в твердом поглотителе практически невозхможно определить.
Дело осложняется еще наличием непрерывного спектра Ризлучения. Поэтому проникающую способность Р-излучения характеризуют значением максимального пробега Р-частиц £?тах (от англ.«range» — пробег). Максимальный пробег определяется как минимальная толщина поглотителя, при которой полностью задерживаются Р-частицы с начальной энергией, равной максимальной энергии Р-спектра.При сложном Р-распаде (см. с.
11) каждой максимальной энергииЕтгх отвечает свое значение максимального пробега Rmax- Будемдалее рассматривать лишь Р-излучение с простым спектром, характеризующимся одним значением максимальной энергии (соответственномаксимального пробега).Для того чтобы подчеркнуть совместную роль процессов поглощения и рассеяния в уменьшении числа Р-частиц с ростом толщины18RIРис. 8. Кривая ослабления моноэнергетическихэлектронов:Л/£, — число электронов, проходящих через поглотительтолщиной/;R — пробегэлектронов данной начальной энергии"maxuРис.
9. Кривая ослабления (3-излучения в линейном масштабе:No — число Р-частиц, проходящих через поглотительтолщиной /; # т а х — максимальный пробег р-часгиц;пунктиром показана экспоненциальная функцияпоглотителя, обычно говорят об ослаблении (3-излучения веществом.Как уже говорилось, поток (3-частиц содержит электроны различныхэнергий. Кривая ослабления моноэнергетических электронов (ослабление приближенно следует линейному закону) показана на рис. 8.В результате сложения множества кривых ослабления, соответствующих моноэнергетическим электронам со всевозможными энергиямиот нулевой до максимальной энергии Р-спектра {Етгх), можно получить кривую ослабления Р-частиц, подобную приведенной нарис.
9.Определение максимального пробега. Связь между пробегом и энер-гией р-частиц. Рассмотрим простейший метод определения максимального пробега. Между р-радиоактивным препаратом и детектором,регистрирующим излучение, помещают различное число пластинокпоглотителя.
В качестве поглощающего материала обычно употребляется алюминий. В процессе работы отмечают показания прибора, регистрирующего р-частицы, при различных толщинах поглощающегослоя. По полученным данным строят кривую ослабления в полулогарифмическом масштабе (кривая ) на рис. 10). По причинам, которыебудут разъяснены в дальнейшем, максимальный пробег чаще всеговыражают не в единицах толщины поглотителя (см), а в граммах вещества, приходящегося на один квадратный сантиметр поверхностипоглотителя (г/см2).
Поэтому по оси абсцисс на рис. 10 отложена толщина поглотителя d, выраженная в граммах на квадратный сантиметр, lg / — логарифм показаний прибора без вычета фона (кривая 2)и за вычетом фона (кривая 2)\ Rmax — максимальный пробег ^-частиц.Максимальному пробегу Р-частиц отвечает такая толщина поглотителя, начиная с которой дальнейшее увеличение поглощающего слояне приводит к снижению регистрируемого прибором числа частиц (этотпостоянный уровень показаний прибора соответствует фону).Связь максимального пробега в алюминии с максимальной энергией Р-спектра хорошо изучена. Имеются графики, устанавливающиезависимость между Rmax и £ т а х (рис.
11). Значения максимального19iglьiWotJis\ивUSN.игii2•, r/CMi- -\40,8!0,4III0,20,1 0,1 0,3 /7,4- 0,5 0,5 0,7 0,8 0,90,52,02,5Етк)МаВРис. 11. Зависимость между энергией р-частиц £тах и и х пробегами в алюминии /?тахРис. 10. Кривые ослабленияр-излучения в полулогарифмических координатах ( 32 Р)пробега для различных энергий (3-частиц приведены в специальныхтаблицах (см. табл. П.4). Кроме того, для разных интервалов энергийР-частиц предложено большое число эмпирических формул вида= f**тах = / (Е max)Укажем лишь две такие зависимости (вместе с обратными функциями),одна из которых справедлива в весьма широкой области энергий ипробегов, а вторая, применимая для Р-излучения с достаточно высокой энергией, удобна своей простотой (Етах, МэВ; Rmax, г/см2):.а х = 1.92+ 0f22/?(0,05<Emax<3);(0,003< / ? m a x < 1,5);(1.12)(1.13)»x-0.133 (£ m a x>0,8);(1.14)+ 0,245 ( i ? m a x > 0 , 3 ) .(1.15)Использование графиков и таблиц значительно облегчает определение максимального пробега (максимальной энергии).
При этом частооказывается необходимым найти такие значения Rmax (или Етах),которые лежат в промежутках между значениями, приведенными втаблицах. Для этого прибегают к интерполяции табличных данных.Ошибки интерполяции могут довольно сильно исказить результат,особенно в области низких значений Етах. То же самое может иметьместо при использовании графиков. Более точные результаты (с погрешностью 10—15°6) дают формулы (1.12)—(1.15).Пример 3. Определим Rmaxв алюминии Р-частиц 3 5 S .
Из табл. П.1 находим, что радионуклид 3 5 S испускает р-частицы с £гпах — 0,167 МэВ.Воспользовавшись графиком, данным на рис. 11, получим, что Em3LX == 0,17 МэВ соответствует Rmax = 0,040 г/см2 = 40 мг/см2.20Найдем пробег с помощью2 табл. П.4. В таблице указано, что для £ т а х =2= 0,10 МэВ Rmax л я= 14 мг/см, а для £ т а х = 0,20 МэВ Я т а х = 42 мг/см .Значение -Rmax Д£тах = 0,167 МэВ определим методом линейной интерполяции. Изменению максимальной энергии на Д£ = 0,20 — 0,10 = 0,10 2 МэВсоответствует изменение максимального пробега на 42 — 14 = 28 мг/см , поэтому можно принять, что изменению максимальной энергии на 0,167 — 0,10 =28 0,067= 0,067 МэВ отвечает приращение пробега AR == 19 мг/см2. Та-ким образом, Rmax = 0 4 + 19) мг/см2 = 33 мг/см2.Рассчитаем # m a x п о формуле (1.12): 2Rmax=— 0,11 + / " 0 , 0 1 2 1 + 2 7 • 0,167 = — 0 , 1 1 + 0,14 = 0,03 г/см2 == 30 мг/см2.Как видно, результат, полученный с помощью графика, значительно (~ на30%) отличается от более точных значений /?тах» найденных другими способами.Оценить максимальный пробег Р-частиц можно также путем измерения слоя половинного ослабления Р-излучения.
Слоем половинногоослабления Р-излучения d\/2 называют толщину поглотителя, снижающую вдвое начальное (за вычетом фона) число частиц. (На рис. 10,где показано определение величины di /2 , кривые ослабления без вычитания фона и с вычетом фона на начальном участке совпадают.)Для Р-частиц с Етах > 0,6 МэВ (/? тах > 0,22 г/см2) величинаd\/2 связана с /?Шах приближенным соотношением:Значения d\j2 в зависимости от максимальной энергии Р-спектра приведены в табл. П.4.Зная максимальный пробег р-излучения или слой половинного ослабления, можно идентифицировать неизвестный радионуклид, таккак эти величины связаны с такой важной его характеристикой, какмаксимальная энергия Р-спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
