1.3.2. Бета-излучение

Бета-излучение представляет собой поток электронов. Величина Eмакс характерна для каждого β-излучателя. Между константой распада λ и Eмакс для β-излучающих радионуклидов имеется приближенное соотношение

λ = kEмакс5 .

Величина Емакс для природных радионуклидов варьирует от 0,01 МэВ (3Н) до 2,2 МэВ (212Bi). Процессы, возникающие при прохождении β-частиц через вещество, отличаются от взаимодействия тяжелых частиц с веществом.

При столкновении β-частицы с атомными электронами из-за малой ее массы происходит сравнительно большое изменение импульса в каждом случае. Это приводит к тому, что β-частица может значительно отклоняться от первоначального направления. Поэтому траектории β-частиц в веществе не прямолинейны. На практике величину истинного пробега β-частиц не определяют. Более удобна величина максимального (экстраполированного) пробега, или максимального поглощения (Rмакс). Она равна минимальной

20

толщине слоя, полностью задерживающего β-частицы (в г/см2). Для расчета Rмакс обычно пользуются полуэмпирическими формулами. Например, для моноэнергетических электронов используют

Rмакс = 0,526E - 0,24.(1.12)

Общее представление о величинах Rмакс дает табл. 1.2.

Таблица 1.2

Максимальные пробеги β-частиц
(по Пруткиной, Шишкину, 1975)

Eмакс, МэВ Rмакс Eмакс, МэВ Rмакс
Воздух, м Вода, мм Алюминий, мм Воздух, м Вода, мм Алюминий, мм
0,01 0,00229 0,00247 0,00127   0,70 2,513 2,78 1,315
0,02 0,00773 0,00841 0,00422   0,80 2,985 3,31 1,559
0,04 0,0266 0,0290 0,0143   0,90 3,449 3,84 1,807
0,06 0,0541 0,0591 0,0289   1,0 3,936 4,38 2,059
0,08 0,0889 0,0974 0,0474   1,2 4,896 5,47 2,563
0,10 0,130 0,143 0,0693   1,4 5,868 6,56 3,070
0,20 0,407 0,448 0,214   1,6 6,821 7,66 3,574
0,30 0,763 0,841 0,400   1,8 7,781 8,75 4,074
0,40 1,168 1,29 0,611   2,0 8,732 9,84 4,593
0,50 1,601 1,77 0,837   2,2 0,683 10,90 5,074
0,60 2,050 2,27 1,070   2,4 10,611 12,00 5,593

Непрерывный энергетический спектр β-излучения и рассеяние β-частиц на электронах приводят к приближенно экспоненциальной зависимости поглощения природного β-излучения в веществе: I = I0 ехр (
μ
ρ
d), где I0 - исходная интенсивность излучения, I - интенсивность излучения после прохождения слоя d вещества; ρ - плотность; μ - коэффициент поглощения.

Из электродинамики известно, что заряженная частица, движущаяся с ускорением, обязательно излучает электромагнитные волны. Поэтому при столкновении заряженных частиц с частицами вещества должно возникать электромагнитное излучение. Такое излучение называется тормозным. Потери частицей энергии на тормозное излучение называются радиационными потерями. Интенсивность тормозного излучения (количество энергии, излучаемой в секунду) определяется формулой

W
2
3
 
e2Z2
c3
 [
F
M
] ,

где F - сила, М - масса, Z - заряд ядра, с - скорость света.

21

Отсюда следует, что интенсивность тормозного излучения при кулоновском столкновении частицы с заряженным центром прямо пропорциональна квадрату заряда рассеивающего центра (Z2) и обратно пропорциональна квадрату массы частицы (M2). Поэтому потери на тормозное излучение существенны для электронов, но не существенны для тяжелых заряженных частиц. Например, радиационные потери для электронов в 5 · 107 раз больше, чем для α-частиц. Тормозное излучение при столкновении с ядром в Z2 раз больше, чем при столкновении с электроном. Поэтому радиационные потери обусловлены столкновением с ядрами и возрастают пропорционально Z2. Так как число электронов в ядре равно Z, то рассеяние β-частиц на электронах пропорционально Z, а рассеяние на ядрах пропорционально Z2 (см. формулу (1.13)). Например, для водорода рассеяние на ядре и электроне одинаково, а для золота рассеяние на ядре составит 99%. Поэтому защиту от β-излучения всегда делают из материала с малым Z, а внутреннюю часть свинцовых измерительных камер облицовывают алюминием или оргстеклом.

Столкновение β-частиц с электронами приводит в основном к ионизационным потерям энергии. Соотношение между радиационными и ионизационными потерями для β-частиц можно приближенно оценивать из следующего соотношения:

(-dE/dx)рад
(-dE/dx)иониз
 
ZEβ (МэВ)
800
.
(1.14)

Расход энергии на ионизацию для β-частиц с энергиями, характерными для природных радионуклидов, и тяжелых частиц с аналогичной величиной энергии сильно различается. Так, потери для протона почти в 2000 раз превышают потери для электрона такой же энергии. Например, протон в фотоэмульсии оставляет отчетливый след, а электрон с той же энергией не заметен.

22



Купить BlueTooth гарнитуру

Яндекс цитирования Rambler's Top100
Tikva.Ru © 2006. All Rights Reserved