Фундаментальная радиохимия

2. Максимальный пробег -частиц. При взаимодействии с электронами поглощающего вещества -частицы легко рассеиваются. Их действительные траектории оказываются в 1,5–4 раза больше толщины поглощающего слоя. Пробег -частицы нельзя однозначно характеризовать длиной ее трека, как это было сделано в случае -излучения: явление рассеяния приводит к тому, что даже электроны с одинаковой начальной энергией проходят в веществе различные по протяженности пути, которые в твердом поглотителе практически невозможно определить. Дело осложняется еще наличием непрерывного спектра -излучения. Поэтому проникающую способность -излучения характеризуют значением максимального пробега -частиц R_max. (от англ. «range» – пробег). Максимальный пробег определяется как минимальная толщина поглотителя, при которой полностью задерживаются -частицы с начальной энергией, равной максимальной энергии –спектра.

При сложном -распаде каждой максимальной энергии E_max отвечает свое значение максимального пробега R_max. Далее будем рассматривать лишь -излучение с простым спектром, характеризующимся одним значением максимальной энергии (соответственно максимального пробега).

Для того чтобы подчеркнуть совместную роль процессов поглощения и рассеяния в уменьшении числа -частиц с ростом толщины поглотителя, обычно говорят об ослаблении -излучения веществом.

Как уже говорилось, поток -частиц содержит электроны различных энергий. Кривая ослабления моноэнергетических электронов (ослабление приближенно следует линейному закону) показана на рис. 1.7. В результате сложения множества кривых ослабления, соответствующих моноэнергетическим электронам со всевозможными энергиями от нулевой до максимальной энергии -спектра (E_max), можно получить кривую ослабления -частиц, подобную приведенной на рис. 1.8.

3. Определение максимального пробега. Связь между пробегом и энергией -частиц. Рассмотрим простейший метод определения максимального пробега. Между -радиоактивным препаратом и детектором, регистрирующим излучение, помещают различное число пластинок поглотителя. В качестве поглощающего материала обычно употребляется алюминий. В процессе работы отмечают показания прибора, регистрирующего -частицы, при различных толщинах поглощающего слоя. По полученным данным строят кривую ослабления в полулогарифмическом масштабе (кривая на рис. 9). Максимальный пробег чаще всего выражают не в единицах толщины поглотителя (см), а в граммах вещества, приходящегося на один квадратный сантиметр поверхности поглотителя (г/см²), так называемая массовая толщина. Поэтому по оси абсцисс на рис. 1.9. отложена толщина поглотителя d, выраженная в граммах на квадратный сантиметр. ln I – логарифм показаний прибора без вычета фона (кривая 1) и за вычетом фона (кривая 2); R_max – максимальный пробег -частиц. Максимальному пробегу -частиц отвечает такая толщина поглотителя, начиная с которой дальнейшее увеличение поглощающего слоя не приводит к снижению регистрируемого прибором числа частиц (этот постоянный уровень показаний прибора соответствует фону).

Рис. 1.9. Кривые ослабления -излучения в полулогарифмических координатах: 1– без вычета фона, 2– с вычетом фона.

Связь максимального пробега в алюминии с максимальной энергией -спектра хорошо изучена. Значения максимального пробега для различных энергий -частиц приведены в специальных таблицах (см, табл. 3). Кроме того, для разных интервалов энергии -частиц предложено большое число эмпирических формул вида

R_max=f (E_max) или Е_max =f (R_max).

Использование графиков и таблиц значительно облегчает определение максимального пробега (максимальной энергии). При этом часто оказывается необходимым найти такие значения R_mах (или E_max) которые лежат в промежутках между значениями, приведенными в таблицах. Для этого прибегают к интерполяции табличных данных Ошибки интерполяции могут довольно сильно исказить результаты, особенно в области низких значений E_max. To же самое может иметь место при использовании графиков.

Оценить максимальный пробег -частиц можно также путем измерения слоя половинного ослабления -излучения. Слоем половинного ослабления -излучения d_1/2 называют толщину поглотителя, снижающую вдвое начальное (за вычетом фона) число частиц. На рис. 1.9, где показано определение величины d_1/2, кривые ослабления без вычитания фона и с вычетом фона на начальном участке совпадают. Для -частиц с Е_max > 0,6 МэВ (R_max > 0,22 г/см²) величина d_1/2 связана с R_max приближенным соотношением:

R_max=7,2 d_1/2 .

Значения d_1/2 в зависимости от максимальной энергии -спектра приведены в табл.3.

Таблица 3.

Максимальные пробеги R_max, слои половинного ослабления и массовые коэффициенты ослабления – излучения в алюминии