Фундаментальная радиохимия

Зная максимальный пробег -излучения или слой половинного ослабления, можно идентифицировать неизвестный радионуклид, так как эти величины связаны с такой важной его характеристикой, как максимальная энергия -спектра. Однако значения R_max и d_1/2 могут быть определены достаточно точно и просто лишь для радионуклидов с простым -распадом, не сопровождающимся испусканием -квантов.

Если -распад сопровождается -излучением, то для определения максимального пробега применяются более сложные и трудоемкие методы. Путем исследования ослабления -излучения вообще нельзя анализировать сложные схемы распада, включающие несколько групп -частиц с близкими значениями максимальных энергий. По этим причинам методы, основанные на изучении ослабления, все реже применяются для идентификации -излучателей, уступив место более точным методам ядерной спектроскопии.

4. Экспоненциальная формула для ослабления -частиц. Массовый коэффициент ослабления. На среднем участке кривые ослабления -частиц приблизительно следуют экспоненциальному закону (cм. рис. 1.8). Форма начальных участков кривых зависит от расстояния между источником излучения и детектором ядерных частиц, что определяется рассеянием -частиц. При относительно больших толщинах поглотителя наблюдается отклонение от экспоненциальной зависимости, поскольку -излучение имеет конечный пробег в веществе.

Экспоненциальная зависимость для ослабления -излучения может быть записана в виде I=I_o e^-’l , где I_o и I ; – число частиц, падающих на поглотитель и проходящих сквозь него (или число частиц, измеряемое детектором в единицу времени в отсутствие и при наличии поглотителя соответственно), l -толщина поглотителя, см; '-линейный коэффициент ослабления, см ^-1. Значение коэффициента ' зависит от максимальной энергии излучения и от свойств поглощающего материала (в первом приближении только от числа электронов п в единице объема поглотителя).

Пусть в качестве поглотителя используется простое вещество. Если – плотность вещества; N_a – постоянная Авогадро, то число электронов в единице объема вещества с атомным номером Z и молярной массой атомов А равно n=N_A Z/A. Положив, что ' = kn, где k – коэффициент пропорциональности, получим ' = k N_A Z/A) или ' /  = kN_A(Z/A). Отношение Z/A для различных веществ меняется в довольно узких пределах; для легких ядер Z/A – 0,5; для тяжелых – 0,4. Поэтому вместо ' удобнее пользоваться величиной ='/ , которую называют массовым коэффициентом ослабления и выражают обычно в квадратных сантиметрах на грамм; для одного и того же -излучателя, но различных поглощающих веществ значения массовых коэффициентов ослабления оказываются близкими.

Если используют массовые коэффициенты ослабления, то толщину поглотителя необходимо выражать в граммах на квадратный сантиметр, поскольку показатель степени в уравнении должен быть безразмерным. Поэтому вводят величину d, г/см², равную d=l . Максимальные пробеги тоже удобно выражать в граммах на квадратный сантиметр (таким способом выражения толщины поглотителя мы уже пользовались). Значения R_max (г/см²) в различных поглотителях близки: так, например, для воздуха они на 10–20% ниже, а для железа на 10–20% выше, чем для алюминия. Благодаря этому поглощающую способность многих веществ можно характеризовать значением максимального пробега, определенным для алюминия.

Подставив в показатель степени l= d/ и ='/, получим соотношение для расчета ослабления -излучения в поглотителе толщиной d, г/см² I =I_o e^{- d} . При толщинах поглотителя, не превышающих 0,3 R_max, экспоненциальный закон ослабления выполняется с точностью 10–15%, при d > 0,3 R_max наблюдаются систематические отклонения от экспоненциальности. Значения массовых коэффициентов ослабления -излучения в алюминии для некоторых нуклидов приведены в табл. 4. С точностью, достаточной для большинства практических задач, эти значения можно применять и для других материалов.

5. Идентификация -излучающих pадионуклидов путем анализа кривых поглощения.