Фундаментальная радиохимия

Относительный вклад каждого из трех рассмотренных процессов в ослабление излучения изменяется в зависимости от энергии -квантов и атомного номера вещества поглотителя. Вероятность фотоэлектрического поглощения резко уменьшается с ростом энергии -квантов; вероятность комптоновского рассеяния тоже падает, но несколько медленнее, а вероятность образования пар растет с повышением энергии, начиная с 1,02 МэВ. С ростом атомного номера Z вещества поглотителя фотоэффект возрастает пропорционально Z⁴, комптон-эффект – пропорционально Z, а эффект образования пар – пропорционально Z². На рис. 1.12 показаны области энергии -квантов, в которых преобладает тот или иной процесс поглощения фотонов. В точках левой кривой вероятность комптон-эффекта и фотоэффекта одинакова; в точках правой кривой вероятность комптон-эффекта равна вероятности образования пар. Таким образом, фотоэлектрическое поглощение оказывается основным видом взаимодействия при прохождении -квантов малой энергии через вещество, состоящее из атомов с большим Z. При прохождении -излучения любой энергии через вещество, содержащее атомы с малыми Z, основным процессом ослабления будет комптоновское рассеяние. Коэффициент образования пар составляет значительную долю в суммарном коэффициенте ослабления для -излучения высокой энергии и поглощающих веществ с высоким Z.

Рис. 1.12. График, иллюстрирующий относительную роль различных процессов поглощения -кванта а – область преобладания фотоэффекта; б – область преобладания комптон-эффекта; в – область преобладания эффекта образования пар

Число заряженных частиц (электронов, позитронов и положительно заряженных ионов), непосредственно образующихся при ослаблении -излучения веществом в результате трех указанных процессов, крайне мало. Ионизирующее действие -излучения связано с тем, что на ионизацию среды расходуется кинетическая энергия фотоэлектронов, комптон-электронов, а также электронов и позитронов, возникающих в результате образования пар. Линейная ионизация, создаваемая -квантами, приблизительно в 5–10⁴ раз меньше линейной ионизации от -частиц и в 50 раз меньше линейной ионизации от -частиц такой же энергии; соответственно и проникающая способность -излучения будет выше.

2. Экспоненциальный закон ослабления -излучения. Потеря энергии при прохождении параллельного (узкого) пучка -квантов через вещество происходит в соответствии с экспоненциальным законом. Изменение числа -квантов в зависимости от толщины поглощающего материала также подчиняется экспоненциальной зависимости. Если обозначить соответственно через I_o и I числа -квантов, падающих на поглотитель l толщиной l, см (или d, г/см²), и проходящих через него, то

I=I_o е^{-’ l},

или

I=I_o е^{- dl} ,

где ' (см^-1)– линейный, а (см²/г) – массовый коэффициенты ослабления -излучения, причем ='/.

Коэффициент ослабления представляет собой сумму коэффициентов фотоэлектрического поглощения , комптоновского рассеяния и образования пар . Например, для линейного коэффициента ослабления можно записать:

' ='+'+' .

Зависимость этих коэффициентов от энергии -излучения для поглотителя из свинца показана на рис. 1.13.

Кривая ослабления -излучения в линейных координатах аналогична бета излучению. Конечного пробега в веществе для -излучения не существует, всегда имеется вероятность, что -квант не провзаимодействует с веществом ни по одному из рассмотренных механизмов. Поэтому проникающую способность -излучения характеризуют толщиной слоя половинного ослабления (l_1/2 или d _1/2) или связанным с ней значением коэффициента ослабления:

'=0,693 / l_1/2 .

Рис. 1.13. Зависимость линейных коэффициентов ослабления -излучения в свинце от энергии -излучения

1 – поглощение -лучей за счет комптон-эффекта; 2 – поглощение за счет фотоэффекта; 3 - поглощение за счет образования пар электрон – позитрон; 4 – суммарная кривая

Изучая ослабление -квантов в зависимости от толщины поглотителя (например, свинца), можно оценить энергию -излучения. Заметим, что анализ кривых ослабления не позволяет выявить близкие по энергиям -компоненты сложной схемы распада. Поэтому в настоящее время для идентификации радионуклидов по -излучению используется не метод ослабления, а более точные методы -спектрометрии.

1.4.5. Регистрация ионизирующего излучения

1. Общие положения

Выполнение химических исследований с использованием радионуклидов всегда включает проведение операций по регистрации их излучения. Под регистрацией излучения понимают получение качественной и количественной информации об излучении радиоактивных ядер, содержащихся в исследуемом объекте. Регистрация излучения позволяет решить ряд задач: установить присутствие радиоактивных атомов, определить тип и энергию излучения, найти содержание радиоактивных атомов в образце и т. д. Регистрацию излучения проводят при помощи соответствующих детекторов.