1.3. СВОЙСТВА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

1.3.1. Альфа-излучение

Альфα-частицы относятся к группе тяжелых заряженных частиц. Они являются ядрами гелия

4

2

Не. Энергия α-частиц, испускаемых в процессе α-распада ядер, находится в пределах от 3,15 (²⁰⁹Bi) до 8,8 (²¹²Ро) МэВ и в соответствии с формулой (1.8) определяет скорость распада радионуклидов. Так, для нашего примера

18

²⁰⁹Bi имеет T_1/2 = 2 · 10^-17 лет, ²¹²Ро - T_1/2 = 2,9 · 10^-17 с. Энергетический спектр является физической характеристикой каждого конкретного радионуклида (см. гл. 14) и используется в аналитической практике.

Рис. 1.3. Кривые Брэгга (по Баранову, 1956): 1 - ²¹⁰Ро, 2 - ²¹⁴Ро

Проходя через вещество, α-частица "расталкивает" атомные электроны своим кулоновским полем, вызывая либо ионизацию, либо возбуждение атомов вещества. При этом α-частица постепенно теряет свою энергию. Основные потери энергии α-частицы ( - dE_α/dx) обусловлены процессами ионизации и возбуждения атомов и носят название ионизационных. Другие виды потерь энергии (столкновение с ядрами) сравнительно невелики. Длина траектории α-частиц называется пробегом. В конце пробега из-за потери энергии скорость частицы уменьшается, время ее нахождения вблизи атома и вероятность ионизации увеличиваются. Зависимость интенсивности ионизации I_иониз от длины пробега R впервые была получена У.Л. Брэггом (рис. 1.3).

При столкновении с атомными электронами α-частица мало отклоняется от своего пути вследствие хаотичности взаимодействий и большей массы по сравнению с массой электронов. Поэтому траектория α-частиц практически прямолинейна. Величина пробега α-частиц в веществе R зависит от энергии частиц и вещества. Между длиной пробега α-частиц в воздухе R₀ и их энергией Е_α существует приближенная эмпирическая зависимость:

(для t = 15°С, Р = 760ммрт. ст., К = 0,318).

Зная пробег α-частицы в воздухе, можно рассчитать ее пробег R_x в любом другом веществе:

где ρ - плотность; А - массовое число.

В качестве примера можно привести величины пробегов α-частиц для природных рядов распада. Так, пробег в воздухе (Пруткина, Шашкин, 1975) изменяется от 2,5 см для ²³²Th (E_α = 4,0 МэВ) до 8,5 см для ²¹²Ро (Е_α = 8,8 МэВ). Пробег в алюминии дает представление о пробеге α-частиц в горных породах. Для Е_α = 4,0 МэВ

19

он равен 0,9 мкм, а для Еα = 10,0 МэВ - 16 мкм. Таким образом, лист картона или стенки стеклянной колбы будут полностью экранировать альфа-излучение.

Кулоновское взаимодействие α-частиц с электронами происходит на больших расстояниях (порядка межатомных). Поэтому при единичном столкновении электрону передается сравнительно малая энергия - порядка 10 эВ. Эта энергия достаточна для выбивания электронов лишь из наружных оболочек атомов. Передача такой энергии электронам внутренних оболочек может привести их в возбужденное состояние. Не каждое столкновение α-частицы с атомом будет сопровождаться ионизацией из-за большого разброса передаваемых энергий. Расчет ионизирующей способности α-частиц приближенно может быть выполнен следующим образом. Экспериментально показано, что на один акт ионизации в воздухе α-частица в среднем расходует E_i = 33 эВ. Разделив полную энергию частицы Е_α на E_i, можно получить приближенное число пар ионов, образуемых данной частицей на длине пробега. Например, частица с энергией 6,6 МэВ создает на своем пути 6,6 · 10⁶ : 33 = 200 000 пар ионов. Ионизационная способность α-частиц в других средах близка той, которая наблюдается в воздухе.

20