Программа развития АЭС Развитие ядерной индустрии Ядерная энергетика Перспективы развития атомной энергетики Физические основы ядерной индустрии Радиация проникающая

Ядерная технология

Взаимодействие излучения с веществом

Радиация проникающая - поток гамма-излучения и нейтронов, обладающий большой проникающей способностью (до нескольких сотен метров); доза проникающей радиации зависит от мощности источника, расстояния до него, а также от свойств среды, отделяющей источник от объекта облучения.

Процесс прохождения ионизирующего излучения, несущего большой запас энергии, через вещество, оставляет свой след в виде изменений структуры вещества. Проходя через слой вещества, ионизирующее излучение взаимодействует с электронными оболочками и ядрами атомов вещества. Характер взаимодействия зависит от вида ионизирующего излучения, его энергии, плотности потока, а также от физических и химических свойств самого вещества. Ядерные реакции с веществом активно происходят при взаимодействии с нейтронным излучением. Для других типов ионизирующих излучений возникновение ядерных реакций маловероятно. Существенно заметное протекание ядерных реакций на ядрах атомов вещества возможно лишь при значительных потоках α- и β-частиц, квантах больших энергий (более 1,02 МэВ) и при наличии в веществе ядер с большими сечениях конкретных ядерных реакций (например, фото-ядерных). В большинстве же случаев энергия ионизирующего излучения расходуется на взаимодействие с электронными оболочками всех атомов вещества.

Бета-излучение - это электроны или позитроны, которые образуются при β-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых.

Фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц.

Гамма-излучение, сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в основное.

Длина пробега частицы зависит от ее заряда, массы, начальной энергии, а также от свойств среды, в которой частица движется. Пробег увеличивается с возрастанием начальной энергии массивные частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами более эффективно и быстрее растрачивают имеющуюся у них энергию.

Рассмотрим только проникающую способность радиоактивного излучения и будем при этом иметь в виду, что энергия радиоактивного излучения при прохождении через вещество расходуется (кроме ядерных реакций) на ионизацию и возбуждение молекул (атомов) этого вещества.

Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют главным образом с электронами атомных оболочек, вызывая ионизацию атомов. Максимальная энергия, которая может быть передана в одном акте взаимодействия тяжелой частицей

Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения.

При прохождении через вещество частицы легко рассеиваются в веществе, в связи с чем траектория частицы в 1,5 - 4 раза превышает пройденную толщину слоя вещества.

Линейный коэффициент ослабления µ' зависит от максимальной энергии излучения Еmax и свойств вещества - поглотителя.

При прохождении через вещество кванты взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате их интенсивность уменьшается.

Фотоэффект происходит при взаимодействии фотона сравнительно малой энергии с электронами атома

В случае эффекта образования электрон-позитронных пар энергия первичного фотона преобразуется в кинетическую энергию электрона и позитрона и в энергию аннигиляции

Эмпирические данные свидетельствуют, что потеря энергии при прохождения параллельного потока кванта через вещество описывается экспоненциальным законом.

Если точечный источник Y-излучения находится в вакууме, то плотность потока У-излучения будет меняться с изменением расстояния

Быстрые нейтроны передают энергию в результате прямых столкновений с атомными ядрами

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом бывает двух типов: упругое и неупругое.

Упругое рассеяние частиц – процесс столкновения частиц, в результате которого меняются только их импульсы, а внутреннее состояния остаются неизменным. Конденсат «глухого» пара от теплотехнологических аппаратов, использующих водяной пар как теплоноситель в количестве Мк (т/ч) , поступает в закрытый теплоизолированный конденсатносборный бак с температурой t1’ ,0С . возврат конденсата в котельную производится с температурой t1’’ =800С

Неупругое рассеяние частиц – столкновение частиц, приводящее к изменению их внутреннего состояния, превращению в другие частицы или дополнительному рождению новых частиц.

Ионизирующие излучения в виде α- и β-частиц при неупругом взаимодействии с электронными оболочками атомов среды сопровождается потерей энергии ионизирующего излучения на ионизацию и возбуждение атомов среды, т.е. оказывает прямое ионизирующее действие на вещество, в котором распространяется. Взаимодействие β-излучения с электронными оболочками атомов среды называют косвенно ионизирующим излучением. Количественно ионизирующее действие излучения характеризует удельная ионизация. Отметим, что удельная ионизация, создаваемая излучением, в 5*104 раз меньше удельной ионизации от α-частиц и 50 раз меньше удельной ионизации от β-частиц такой же энергии. Для количественной характеристики энергии ионизирующего излучения, поглощенной в единице массы облучаемого вещества, введена величина, называемая поглощенной дозой ионизирующего излучения. В зависимости от поглощенной дозы ионизирующего излучения нарушается структура вещества, в частности, степень действия ионизирующего излучения на конструкционные материалы и другие объекты. От характера взаимодействия ионизирующего излучения с конкретным веществом зависит проникающая способность ионизирующего излучения.

При попадании излучения на вещество, часть излучения отражается от вещества (альбедо), а часть рассеивается в самом веществе. В веществе быстрые заряженные частицы взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов. В результате взаимодействия с быстрой заряженной частицей электрон получает дополнительную энергию и переходит на один из удаленных от ядра энергетических уровней или совсем покидает атом. В первом случае происходит возбуждение, во втором – ионизация атома. При прохождении вблизи атомного ядра быстрая частица испытывает торможение в его электрическое поле. Торможение заряженных частиц сопровождается испусканием квантов тормозного рентгеновского излучения. Наконец, возможно упругое и неупругое соударение заряженных частиц с атомными ядрами.


На главную