radioaktiviteti quhet veti e rrezatimit spontan të çdo substance, në mungesë të ndikimeve të jashtme.

Vetitë radioaktive u zbuluan për herë të parë në uranium në 1896 nga fizikani francez Henri Becquerel (eksperiment me kripërat e uraniumit)

Më pas, u zbulua se të gjithë elementët kimikë me një numër atomik më të madh se 83 janë radioaktivë.

Vetitë e rrezatimit radioaktiv

1. Shkakton jonizimin e gazeve

2. Kanë efekt kimik

3. Radioaktiviteti nuk është një fenomen molekular, por një veti e brendshme e atomeve të një elementi radioaktiv.

4. Radioaktiviteti i barit me ndonjë përbërje kimike e barabartë me radioaktivitetin e elementëve radioaktivë të pastër, të marrë në sasinë në të cilën ato përmbahen në këtë preparat

5. Rrezatimi radioaktiv nuk varet nga ndikimet e jashtme (ngrohja, rritja e presionit), reaksionet kimike, në të cilën hyjnë substancat radioaktive, nuk ndikojnë në intensitetin e rrezatimit.

6. Si rezultat i rrezatimit radioaktiv, formohet një substancë krejtësisht e re, krejtësisht e ndryshme në fizike dhe vetitë kimike nga origjinali. Zinxhiri i transformimeve radioaktive përfundon me formimin e një izotopi jo radioaktiv (të qëndrueshëm).

7. Për çdo substancë radioaktive ekziston një interval kohor i caktuar gjatë të cilit aktiviteti zvogëlohet me 2 herë. Ky interval quhet gjysma e jetës.

Gjysma e jetës T- kjo është koha gjatë së cilës gjysma e numrit të disponueshëm të atomeve radioaktive kalbet.

– ligji i kalbjes radioaktive

N 0 - numri i atomeve radioaktive në momentin fillestar të kohës

N- numri i atomeve radioaktive në kohën e fundit

t- koha

T- gjysem jete

8. Të dallojë radioaktivitetin natyror (radioaktiviteti i elementeve natyrore) dhe radioaktiviteti artificial (radioaktiviteti i elementeve të përftuara në reaksionet bërthamore).

Për të zbuluar përbërjen komplekse të rrezatimit radioaktiv, u krye eksperimenti i mëposhtëm: një preparat radioaktiv u vendos në fund të një kanali të ngushtë në një copë plumbi. Kundër kanalit u vendos një pllakë fotografike. Në dalje nga kanali, një fushë e fortë magnetike ka vepruar në rrezatim, linjat e induksionit të së cilës janë pingul me rreze. I gjithë instalimi u vendos në një vakum.

Në mungesë të një fushe magnetike, një pikë e vetme e errët u gjet në pllakën fotografike pas zhvillimit, pikërisht përballë kanalit.

Në një fushë magnetike, rrezja ndahet në tre rreze.

rrezatimi alfa

Kjo është një rrjedhë e grimcave të ngarkuara pozitivisht - bërthamat e atomeve të heliumit. Shpejtësia e grimcave alfa është shumë më e vogël se shpejtësia e grimcave beta dhe shtrihet në intervalin 10,000-20,000 km/s. Energjia kinetike e grimcave alfa është e lartë: 4-10 MeV.

Rrezatimi alfa ka fuqinë më të vogël depërtuese. Një shtresë letre me trashësi rreth 0,1 mm i vonon plotësisht ato.

Rrezatimi beta

Kjo është një rrjedhë e elektroneve të shpejta që ikin nga atomet e një lënde radioaktive. Shpejtësia e grimcave beta janë të mëdha dhe arrijnë në 0.99 të shpejtësisë së dritës. Energjia e grimcave beta arrin disa megaelektronvolt.

Rrezatimi beta është mesatar në fuqinë e tij depërtuese. Ato mbahen nga një pllakë alumini me trashësi disa milimetra.

Rrezatimi gama

Kjo është një rrjedhë valësh elektromagnetike me gjatësi shumë të vogël (10 -8 - 10 -11 cm). Shpejtësia e përhapjes së rrezeve gama në vakum është e njëjtë me atë të valëve të tjera elektromagnetike, 300 000 km/s.

Rrezatimi gama ka fuqinë më të lartë depërtuese. Një shtresë plumbi 1 cm e trashë zvogëlon intensitetin e rrezatimit gama përgjysmë.

Rrezatimi gama dhe rrezet X gjatësi të barabartë valët, përveç metodës së marrjes, nuk ndryshojnë nga njëra-tjetra.

4.3.1. Informacion i pergjithshem
rreth bërthamave atomike. izotopet

Ekzistojnë dy lloje të bërthamave atomike grimcat elementare- protonet dhe neutronet. Protoni ka ngarkesë pozitive, në madhësi e barabartë me ngarkesën elektroni, dhe masa e pushimit m p = 1,6726 10 -27 kg. Neutroni nuk ka ngarkesë, masa e tij është pak më e madhe se masa e protonit: m n = 1,6749 10 -27 kg. Emri i zakonshëm për këto grimca është nukleone.

Ngarkesa e një bërthame atomike element kimik shprehur në tarifat elementare, është i barabartë me numrin atomik Z të këtij elementi në sistemin Periodik të D. Mendelejevit. Ngarkesa e bërthamës përbëhet nga ngarkesat e protoneve, prandaj, numri i protoneve në bërthamën atomike është i barabartë me numrin atomik të elementit.

Pothuajse e gjithë masa e një atomi është e përqendruar në bërthamën e tij. Prandaj, shuma e numrit të protoneve dhe neutroneve duhet të jetë e barabartë me numrin masiv të atomit:

Numri i neutroneve në bërthamë është i barabartë me ndryshimin midis numrit masiv dhe numrit atomik të elementit.

Atomet, bërthamat e të cilave kanë të njëjtin numër protonesh, por numër të ndryshëm neutronesh quhen izotope. Të gjithë izotopet e një elementi kimik kanë të njëjtën strukturë të predhave elektronike dhe, për rrjedhojë, të njëjtat veti kimike.

Qëndrueshmëria e bërthamave atomike të shumicës së elementeve sugjeron që forcat bërthamore janë jashtëzakonisht të mëdha: ato duhet të tejkalojnë forcat e rëndësishme të sprapsjes elektrostatike të Kulombit që ekzistojnë midis protoneve në bërthamë. Forcat bërthamore manifestohen vetëm në distanca shumë të vogla prej 10 -13 cm. Me një rritje të caktuar të distancës midis nukleoneve, forcat bërthamore zvogëlohen në zero dhe forcat e Kulonit shkatërrojnë bërthamën.

Forcat bërthamore janë forca të një lloji të veçantë, të ndryshme në natyrë nga ato elektrike dhe gravitacionale.

Bërthamat më të qëndrueshme të elementeve të lehta, të përbërë nga afërsisht të njëjtin numër neutronesh dhe protonesh. Për elementët më të rëndë (të vendosur pas bismutit në Tabelën Periodike), bërthamat e të cilëve përbëhen nga një numër i madh nukleonet me mbizotërim të neutroneve, forcat bërthamore nuk sigurojnë më qëndrueshmërinë e bërthamës. Bërthama të tilla prishen spontanisht, duke u shndërruar në bërthama elementësh më të lehtë. Ky fenomen quhet radioaktivitet natyror.

4.3.2. radioaktiviteti natyror.
Rrezatimi alfa, beta, gama.

Radioaktiviteti natyror u zbulua nga Henri Becquerel në 1896 në kripërat e uraniumit. U zbulua se rrezet e padukshme shkaktojnë ndriçim, jonizojnë gazrat dhe depërtojnë nëpër barriera të errëta, duke ndriçuar pllakat fotografike. Radioaktiviteti natyror është karakteristik jo vetëm për uraniumin, por edhe për shumë elementë të tjerë të rëndë - aktinium, polonium, radium, torium, etj. Elementë të tillë quheshin radioaktivë.

Përbërja e rrezatimit radioaktiv përfshin tre lloj te ndryshme: rrezatimi alfa, beta, gama.

rrezet alfa janë të devijuara elektrike dhe fusha magnetike(Fig. 4.3.1) dhe përfaqësojnë një rrymë bërthamash atomike të heliumit (grimca alfa).

Oriz. 4.3.1. Ndikimi i fushës magnetike (drejtuar pingul me
rrafshi i vizatimit tek vëzhguesi) ndaj rrezatimit radioaktiv

Çdo grimcë alfa ka një ngarkesë prej +2e dhe ka një numër masiv prej 4. Grimcat alfa fluturojnë jashtë bërthamave të elementeve radioaktive me shpejtësi nga 14,000 deri në 20,000 km/s, që korrespondon me energjitë nga 4 në 9 MeV.

Duke fluturuar nëpër materie, një grimcë alfa jonizon atomet e saj, duke vepruar me to mbi to fushe elektrike, d.m.th. nxjerr elektronet nga atomet e materies. Duke shpenzuar energji për jonizimin, grimca alfa ngadalësohet dhe kap dy elektrone nga ato të lira në substancë, duke u shndërruar në një atom të gazit helium. Rruga e ndjekur nga një grimcë alfa në materie (para ndalimit) quhet diapazoni i saj ose fuqia depërtuese, dhe numri i çifteve të joneve të krijuara gjatë rrugës quhet fuqia e saj jonizuese. Sa më i madh të jetë kapaciteti jonizues, aq më i shkurtër është diapazoni i grimcave në substancë.

Rrjedha e grimcave alfa në ajër në kushte normale është 3-9 cm, dhe kapaciteti i tyre jonizues është 100,000-250,000 palë jone (mesatarisht 30,000 çifte jonesh për 1 cm vrapim). Grimcat alfa janë shumë jonizuese dhe kanë fuqi të ulët depërtuese.

Rrezet alfa absorbohen plotësisht nga një shtresë alumini me trashësi 0,06 cm ose një shtresë indi biologjik me trashësi 0,12 cm.

rrezet beta devijuar nga fushat elektrike dhe magnetike; janë një rrymë elektronesh të shpejta dhe quhen grimca β. Masa e tyre është 7360 herë më e vogël se masa e një grimce α. Shpejtësia mesatare grimcat β janë rreth 160,000 km/s. Nga kjo rrjedh se grimcat β devijohen nga fusha magnetike në drejtim të kundërt me devijimin e grimcave α, gjë që shpjegohet me ngarkesën e kundërt.

Ndryshe nga rrezet alfa, rrezatimi β përmban grimca me të gjitha vlerat e mundshme të energjisë (të gjitha vlerat e mundshme të shpejtësisë). Bërthamat e të njëjtit element radioaktiv lëshojnë grimca β si me shpejtësi afër zeros ashtu edhe me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës. Energjia e grimcave β varion nga të qindtat në disa MeV.

Meqenëse grimca β ka një masë shumë të vogël, shpejtësi të lartë dhe ngarkesa e saj është dy herë më e vogël se ajo e grimcës α, aftësia e saj jonizuese është rreth 100 herë më pak dhe diapazoni është po aq herë më i madh se ai i grimcës α. α-grimca. Gama e një grimce β ​​me energji të lartë arrin 40 cm në ajër, 2 cm në alumin dhe 6 cm në indet biologjike.

rrezet gama janë një rrymë fotonesh që kanë një frekuencë shumë të lartë, të rendit 1020 Hz, që i përgjigjet një gjatësi vale të rendit 10 -12 m. Energjia e γ-kuanteve ka një vlerë rreth 1 MeV.

Të qenit i ashpër rrezatimi elektromagnetik, rrezet γ janë të ngjashme në vetitë e tyre me rrezatimin karakteristik të rrezeve X. Ato nuk devijohen nga fushat elektrike dhe magnetike, përhapen me shpejtësinë e dritës dhe përjetojnë difraksion kur kalojnë nëpër kristale. Ndryshe nga rrezet X, rrezet γ lëshohen nga bërthama atomike.

Aftësia jonizuese është e ulët; në ajër, ai ka rreth 100 palë jone (mesatarisht, 1-2 palë jone për 1 cm vrapim). Rrezet γ janë një nga rrezatimet më depërtuese. Rrezet γ më të forta kalojnë përmes një shtrese plumbi 5 cm ose përmes një shtrese ajri disa qindra metra të trashë; depërtojnë nëpër trupin e njeriut.

4.3.3. Ligjet e kalbjes alfa dhe beta

Rrezatimi radioaktiv rezulton nga prishja e elementeve radioaktive. Natyrisht, atomet e elementit rrezatues duhet të shndërrohen në atome të një elementi tjetër kimik.

Kur lëshohet një grimcë β, ngarkesa e bërthamës rritet me një dhe masa mbetet praktikisht e pandryshuar. Prandaj, ndërsa zbërthehet β, një element radioaktiv shndërrohet në një element tjetër me një numër atomik një më të madh dhe me të njëjtin numër masiv.

Gjatë zbërthimit β, elementi zhvendoset në sistemin periodik me një numër në të djathtë pa ndryshuar. numri masiv.

Skema e β-zbërthimit:

Për shembull,

Kur emetohet një grimcë α, ngarkesa bërthamore zvogëlohet me dy njësi, dhe numri i masës - me 4 njësi. Rrjedhimisht,

Gjatë kalbjes α, elementi zhvendoset në sistemin periodik me dy numra në të majtë me një ulje të numrit të masës me katër njësi:

Për shembull,

Rregullat (4.3.2) dhe (4.3.4) thirren ligjet e zhvendosjes.

Zbërthimi radioaktiv çon në një ulje graduale të numrit të atomeve të një elementi radioaktiv. Është e rastësishme në kuptimin që është e pamundur të parashikohet se cili atom do të kalbet dhe kur. Mund të flasim vetëm për probabilitetin e një prishjeje të tillë.

Numri i atomeve që kalben në njëfarë kohe doli të ishte proporcional numri total atomet dhe koha:

ku λ është koeficienti i proporcionalitetit, i quajtur konstanta e zbërthimit të një elementi të caktuar. Shenja minus tregon uljen e atomeve të një elementi radioaktiv me kalimin e kohës.

Duke integruar (4.3.6), marrim:

ku N 0 është numri i atomeve të elementit në momentin fillestar të kohës.

Marrëdhënia (4.3.7) quhet ligji i zbërthimit radioaktiv (Fig. 4.3.2).

Oriz. 4.3.2. Kurba e kalbjes radioaktive

Për të karakterizuar shkallën e kalbjes, është prezantuar koncepti i gjysmë-jetës T:

gjysem jete quhet koha gjatë së cilës numri i atomeve të elementit origjinal është përgjysmuar.

Nga (4.3.7) rrjedh se nëse e -λT = ½, atëherë:

Reciprociteti i konstantës së zbërthimit quhet jetëgjatësia mesatare e një atomi radioaktiv:

Prandaj, Т = τln2, prej nga τ = Т/ ln2 = 1,44T, d.m.th. jetëgjatësia mesatare është rreth një herë e gjysmë më shumë se gjysma e jetës.

Gjysma e jetës së uraniumit është 4,5 10 9 vjet, polonium është 1,5 10 -4 s.

Numri i zbërthimeve atomike që ndodhin në një element radioaktiv në 1 s quhet aktiviteti i këtij elementi:

Mund të tregohet se çfarë po bëhet:

Kështu, aktiviteti i një elementi është në përpjesëtim me sasinë e tij dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me gjysmëjetën e tij. Aktiviteti i 1 g radium (1 Curie) u mor si njësi aktiviteti:

1 Ku \u003d 3.7 10 10 përhapje / s.

Një produkt i zbërthimit radioaktiv mund të jetë në vetvete radioaktiv. Prandaj, procesi i zbërthimit radioaktiv kalon në një sërë fazash të ndërmjetme, duke formuar një zinxhir elementësh radioaktivë, duke përfunduar me një element të qëndrueshëm. Një zinxhir i tillë elementësh quhet familje radioaktive.

Njësia e veprimtarisë është bekerel(Bq) kjo;

Njësia më e përdorur e aktivitetit është Curie (Ci)

Ose mCi - millicurie 10 -3 Ci, mCi - microcurie 10 -6 Ci. Ekziston gjithashtu një njësi aktiviteti jashtë sistemit Rutherford (Pd) 1Рd = 10 6 Bq = 10 6 s -1. Për të karakterizuar aktivitetin e një njësie masë të një burimi radioaktiv, futet një sasi e quajtur aktivitet masiv specifik dhe e barabartë me raportin e aktivitetit të izotopit me masën e tij. Aktiviteti masiv specifik shprehet në Bekerel për kilogram (Bq/kg) ose Ci/kg, Ci/g ose Ci/l.

4.3.4. Zbërthimi i pozitronit β+, kapja e elektroneve dhe shndërrimi i brendshëm

, ku ν është një grimcë neutrino, Q është sasia e nxehtësisë. Me këtë zbërthim, elementi fëmijë zhvendoset majtas nga një qelizë në tabelën periodike.

Një pozitron është një grimcë që ka të njëjtën ngarkesë si një elektron, por pozitive.

.

Për shembull, prishja e një izotopi të fosforit:

Në kapjen e elektroneve, bërthama kap një nga elektronet nga shtresa e brendshme e atomit. Si rezultat, protoni i atomit shndërrohet në një neutron.

Elementi fëmijë zhvendoset majtas në tabelën periodike

Kapja e elektroneve e kthen një proton në një neutron.

.

Për shembull:

Gjatë kalbjes, mund të ndodhin edhe kalbjet α dhe β

Ka raste kur bërthama e atomeve, duke qenë në gjendje të ngacmuar, transferon një pjesë të energjisë së saj tek elektronet në shtresat e brendshme(K, L, M). Si rezultat, elektroni largohet nga atomi. Elektrone të tilla quhen elektronet e konvertimit të brendshëm. Prandaj, emetimi i elektroneve të konvertimit është për shkak të drejtpërdrejtë ndërveprimi elektromagnetik bërthama me elektrone të guaskës. Elektronet e konvertimit kanë spektri i linjës energji në ndryshim nga elektronet e zbërthimit beta, duke dhënë spektri i vazhdueshëm. Pasi të ketë ndodhur një konvertim i brendshëm, shtresë elektronike atom, shfaqet një vend "i zbrazët" i elektronit të konvertimit të nxjerrë. Një nga elektronet nga shtresat më të largëta (nga më e larta nivelet e energjisë) kryen një kalim kuantik në një vend "të lirë" me emetimin e rrezatimit karakteristik me rreze X.

4.3.5. Ndërveprimi i rrezatimit jonizues me lëndën.

Grimcat e ngarkuara dhe γ - fotonet, që përhapen në materie, bashkëveprojnë me elektronet dhe bërthamat, si rezultat, gjendja e materies dhe grimcave ndryshon.

Mekanizmi kryesor i humbjes së energjisë së grimcave të ngarkuara (α dhe β) kur kalojnë nëpër materie është ngadalësimi i jonizimit. Energjia kinetike e grimcave shpenzohet në ngacmimin dhe jonizimin e atomeve të mediumit. Kjo matet me parametrat e mëposhtëm: dendësia lineare e jonizimit i, fuqia ndaluese lineare e substancës S, rruga mesatare lineare.

Nën dendësia lineare jonizimi kuptoj raportin e numrit dn të joneve të së njëjtës shenjë, të formuar nga një grimcë jonizuese e ngarkuar në rrugën elementare dl: . Fuqia ndaluese lineare substanca S është raporti i energjisë dE të humbur nga një grimcë jonizuese e ngarkuar gjatë kalimit të rrugës elementare dl në substancë me gjatësinë e kësaj rruge: . Kilometrazh mesatar linear grimca jonizuese e ngarkuar R është vlera mesatare e distancës midis fillimit dhe fundit të rrjedhës së një grimce të ngarkuar në një substancë të caktuar.

Për grimcat α, dendësia lineare e jonizimit në ajër është , fuqia ndaluese lineare e grimcave α në ajër . Gama mesatare lineare për grimcat α në ajër është disa cm, dhe në një organizëm të gjallë (10-100 mikron), rruga e tij është drejtvizore dhe ndryshon drejtimin e lëvizjes vetëm kur përplaset me bërthamat e atomeve që vijnë.

Për grimcat β në ajër, dhe fuqia ndaluese lineare e grimcave β në ajër . Për grimcat β R, diapazoni mesatar linear në ajër është 25 metra, dhe në një organizëm të gjallë deri në 1 cm.

Përveç jonizimit dhe ngacmimit, grimcat β shkaktojnë procese të tjera:

1. Duke ndërvepruar me fushën elektrike të bërthamës, grimca e ngarkuar ngadalësohet dhe lëshon rreze X bremsstrahlung, spektri i të cilave është paraqitur në Fig. 4.3.3

2. Nëse një elektron lëviz në një mjedis me një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e dritës në këtë mjedis, atëherë lind rrezatimi karakteristik Cherenkov (rrezatimi Cherenkov-Vavilov).

3. Kur një grimcë β + hyn në një substancë, ka më shumë gjasa që ajo të ndërveprojë me elektrone, si rezultat i së cilës në vend të një çifti elektron-pozitron formohen dy fotone gama. Ky proces, skema e të cilit është paraqitur në figurën 4.3.4, quhet asgjësim. Energjia e çdo γ - fotoni, që lind gjatë asgjësimit, duhet të jetë jo më pak se energjia e mbetur e një elektroni ose pozitroni, d.m.th. jo më pak se 0.51 MeV.

4.3.6. Ndërveprimi i rrezatimit gama me materien.

Gjatë zbërthimit radioaktiv, bërthamat lëshojnë rreze gama me energji që variojnë nga disa keV në disa MeV. Gama - kuantet, kur kalojnë nëpër një substancë, humbasin energji praktikisht për shkak të tre efekteve: thithja fotoelektrike (efekti fotoelektrik), shpërndarja e Compton ( efekt kompton), formimi i çifteve elektron-pozitron (formimi i çiftit). Madhësia e secilit efekt varet nga numri atomik i materialit thithës dhe nga energjia e fotonit.

Thithja fotoelektrike.

Ajo kryhet nën kushtin: hν³ A dhe, ku A dhe është puna e jonizimit të një atomi (skema e efektit fotoelektrik është paraqitur në Fig. 4.3.5). Energjia e një kuantike gama llogaritet me formulë dhe nuk i kalon 50 keV. energjia kinetike, e barabartë me energjinë gama kuantike minus energjinë e lidhjes së një elektroni në një atom. Një elektron kërcen në vendin e liruar nga shtresa l në shtresën k, elektroni i shtresës m në shtresën l etj. Gjatë tranzicionit, kuantet e dritës hν emetohen, duke prodhuar rrezatim karakteristik me rreze X. Spektri karakteristik i rrezeve X është paraqitur në fig. 4.3.6.

Në ajër dhe në indet biologjike, efekti fotoelektrik është 50% nëse energjia e γ - kuanteve është e rendit 60 KeV. Në Eγ=120 keV është 10%, dhe duke filluar nga 200 keV ky proces nuk vërehet më. Në këtë rast, rrezatimi gama dobësohet për shkak të shpërndarjes së Compton.

Efekti Compton.

Ajo kryhet me kushtin hν>>A dhe.

γ - kuante që përplasen me të jashtmen elektronet e valencës transferoni vetëm një pjesë të energjisë. Pas përplasjes me to, γ - kuantet ndryshojnë drejtimin e lëvizjes dhe shpërndahen. Elektronet, duke u shkëputur nga bërthama, fitojnë energji të konsiderueshme kinetike dhe prodhojnë jonizimin e materies (jonizimi sekondar). Skema e efektit Compton është paraqitur në Fig.4.3.7.

Për shkak të efektit Compton, rrezatimi γ dobësohet. Ky efekt është i rëndësishëm në ajër dhe në lëndën biologjike në 200 keV.

Bilanci i energjisë për efektin Compton , ku

Energjia kinetike e një elektroni, hν ' është kuanti i ri i dritës γ-gama i shpërndarë. Kështu, si rezultat i efektit Compton, intensiteti i rrezatimit gama dobësohet për shkak të faktit se kuantet gama, duke bashkëvepruar me elektronet e mediumit, shpërndahen në drejtime të ndryshme dhe shkojnë përtej rrezes parësore, si dhe për shkak të transferimi i një pjese të energjisë së tyre tek elektronet.

Formimi i çiftit.

Gama - kuantet me energji E³ 1.02 MeV, duke kaluar nëpër substancë, shndërrohen nën ndikimin e një fushe të fortë elektrike pranë bërthamës së një atomi në një çift "elektron-pozitron". Në këtë rast, një formë e materies - rrezatimi gama - shndërrohet në një tjetër - në grimca të materies. Formimi i një çifti të tillë grimcash është i mundur vetëm në energji të γ-kuante jo më pak se energjia ekuivalente me masën e të dy grimcave - një elektron dhe një pozitron. Meqenëse masat e një elektroni dhe një pozitroni janë të njëjta, atëherë për t'i formuar ato pa u dhënë atyre energji shtesë kinetike, energjia e γ-kuantike duhet të kënaqë marrëdhënien midis masës dhe energjisë:

Nëse energjia e γ-kuantës është më e madhe se 1.022 MeV, atëherë teprica e saj transferohet tek grimcat. Atëherë energjia kinetike e grimcave të formuara E k është e barabartë me ndryshimin midis energjisë së fotonit Eγ dhe energjisë së dyfishuar të pushimit të elektronit:

Çifti elektron-pozitron që rezulton më pas zhduket (asgjësohet), duke u shndërruar në dy γ-kuanta sekondare me një energji të barabartë me ekuivalentin e energjisë së masës së pushimit të grimcave - 0,511 MeV. γ-kuanta dytësore mund të shkaktojë vetëm efektin Compton dhe, në fund të fundit, efektin fotoelektrik, d.m.th. humbin energjinë vetëm kur përplasen me elektronet. Probabiliteti i formimit të çifteve rritet me rritjen e energjisë së γ-kuanteve dhe dendësisë së absorbuesit. Skema e formimit të çifteve është paraqitur në figurën 4.3.8. Rrezet gama me energji të lartë (më shumë se 8 MeV) mund të ndërveprojnë me bërthamat atomike (efekti bërthamor). Probabiliteti i një efekti të tillë është shumë i vogël, dhe ky lloj ndërveprimi praktikisht nuk e dobëson rrezatimin në substancë.

4.3.7. Ligji i zbutjes së rrezatimit gama nga lënda

Një rreze rrezesh gama përthithet vazhdimisht me një rritje në trashësinë e absorbuesit; intensiteti i tij nuk zhduket për asnjë trashësi të absorbuesit. Kjo do të thotë se sado e trashë të jetë shtresa e substancës, është e pamundur të absorbohet plotësisht rrjedha e rrezeve gama, por vetëm të dobësohet intensiteti i saj me një numër të caktuar herë.

Në fig. 4.3.9 tregon varësinë e dobësimit të rrezatimit gama nga trashësia e absorbuesit. Mekanizmi i zbutjes së rrezatimit gama është paraqitur në Fig. 10. Tre lloje të shpërndarjes gama-kuantike nga një atom materie kalojnë radhazi. Së pari, ekziston procesi i formimit të çifteve, pastaj shpërndarja e Compton dhe thithja fotoelektrike. Gjatë bashkëveprimit të fundit me lëndën, energjia e një kuantike gama bëhet më e vogël se puna e jonizimit të një atomi, dhe një kuantike gama e dobët, duke u takuar me një atom të një substance, thjesht shpërndahet. Procesi i fundit quhet shpërndarje koherente.

Ligji i zbutjes së një rreze rrezesh γ ka formën e mëposhtme I=I rreth e -μd , ku I është intensiteti i rrezeve γ të kaluar nëpër substancë, trashësia d; I rreth - intensiteti i rrezes rënëse të rrezeve gama; μ- faktori linear i dobësimit.

Faktori i zbutjes lineare është një faktor total që merr parasysh dobësimin e rrezes gama për shkak të tre proceseve të para. Kështu, μ= μ f + μ k + μ p. Meqenëse vlera e μ varet nga energjia e rrezeve gama hyrëse dhe nga materiali i absorbuesit, ajo mund të shprehet përmes raportit μ/ρ, ku ρ është dendësia e substancës. Në këtë rast, koeficienti μ do të quhet koeficienti i zbutjes së masës dhe nuk do të varet më nga dendësia e materialit.

Ligji i dobësimit mund të shprehet në terma të gjysma e shtresës së dobësimit(Δ1/2). Trashësia e absorbuesit, pasi kalon nëpër të cilin intensiteti i rrezatimit zvogëlohet përgjysmë, quhet shtresa gjysmë zbutëse Δ1/2 matet në njësi të densitetit sipërfaqësor (mg/cm 2) dhe varet nga energjia e rrezatimit dhe dendësia e absorbuesin. Marrëdhënia midis faktorit të dobësimit linear dhe gjysmës së shtresës së zbutjes është si më poshtë: .

Duke ditur gjysmën e shtresës së zbutjes, është mjaft e lehtë të përcaktohet se cili absorbues duhet të merret për të zbutur rrezatimin me një numër të caktuar herë.

Për shembull, një shtresë Δ1/2 zvogëlon intensitetin e rrezatimit me 2 herë, dy shtresa - me 4 herë, tre shtresa - me 8 herë, etj., n shtresa - me 2 n herë. Prandaj, për të zbutur rrezatimin, për shembull, me 512 herë, është e nevojshme të merren sa më shumë shtresa.

Δ1/2n në mënyrë që 2 n =512. Në rastin tonë, n=9, d.m.th. 9 shtresa gjysmë zbutjeje zvogëlojnë intensitetin e rrezatimit me 512 herë.

4.3.8. Metodat për zbulimin dhe regjistrimin e rrezatimit jonizues.

Rrezatimi radioaktiv nuk perceptohet nga shqisat. Këto rrezatime mund të zbulohen duke përdorur instrumente speciale. Në praktikë, më së shpeshti hasen detektorë të rrezatimit jonizues, të cilët matin efektet e drejtpërdrejta të bashkëveprimit të rrezatimit me lëndën - jonizimin e një mjedisi të gaztë (dhoma jonizuese, numërues proporcional dhe numërues Geiger-Muller, si dhe numërues të koronave dhe shkëndijave). . Metoda të tjera përfshijnë matjen e efekteve dytësore për shkak të jonizimit - fotografik, lumineshent, kimik, kalorimetrik, etj.

1. Detektorë të rrezatimit jonizues

Detektorë të rrezatimit jonizues - një dhomë e mbushur me ajër ose gaz me elektroda për të krijuar një fushë elektrike (Fig. 4.3.10). Në mungesë të U, nuk ka tension midis elektrodave në qarkun aktual, pasi gazi është një izolant i mirë. Kur grimcat e ngarkuara (α, β) hyjnë në gaz, formohen çifte jonesh dhe gazi bëhet përçues i fushës elektrike. Në fillim, kur në elektroda U=0, të gjitha jonet e krijuara nga jonizimi fillestar rikombinohen plotësisht në molekula neutrale. Me rritjen e tensionit, jonet fitojnë një efekt drejtimi: ato pozitive mblidhen në katodë, dhe ato negative në anodë. Në qark lind një rrymë jonizimi, e cila mund të regjistrohet nga pajisja.

Madhësia e rrymës së jonizimit shërben si masë e sasisë së rrezatimit. Figura 4.3.11 tregon varësinë e rrymës së jonizimit nga tensioni i aplikuar në elektrodat e detektorit. Kjo varësi quhet karakteristika aktuale e tensionit të detektorit të jonizimit. Në seksionin 1, ekzistojnë dy procese: formimi i joneve të grimcave të ngarkuara dhe rikombinimi i joneve. Me rritjen e tensionit, procesi i rikombinimit zvogëlohet, dhe të gjitha jonet e formuara arrijnë në elektroda - seksioni i 2-të.

Madhësia e rrymës në seksionin 2 varet vetëm nga kapaciteti jonizues i grimcave të ngarkuara në hyrje. Pra α është një grimcë e formuar nga një veprim i madh jonizues, që korrespondon me kurbën e sipërme. Rajoni 2 quhet rajoni i dhomës së jonizimit.

Në seksionin e 3-të, forca e rrymës së jonizimit përsëri fillon të rritet, sepse. Jonet pozitive, dhe veçanërisht ato negative, fitojnë nxitim të konsiderueshëm dhe, rrjedhimisht, energji për të prodhuar vetë jonizimin për shkak të përplasjeve me atomet ose molekulat e gazit. Ky proces quhet jonizimi sekondar. Në seksionin 3, ekziston një proporcion i rreptë midis numrit të joneve të formuara fillimisht dhe sasisë totale të joneve të përfshira në krijimin e rrymës jonizuese. Kjo zonë quhet zona e proporcionalitetit. Numëruesit proporcionalë punojnë në këtë mënyrë. Për ta bërë këtë, koeficienti i amplifikimit të gazit Kg futet në rajon - raporti i sasisë totale të joneve n të përfshirë në krijimin e rrymës së jonizimit me numrin e joneve të formuara parësore n 0 . Kgu=n/ n 0. Për seksionin 3 Kgu arrin 10 3 - 10 4 .

Në seksionin 4, proporcionaliteti i rreptë midis numrit të joneve të formuara fillimisht dhe fuqisë së rrymës së jonizimit është shkelur. Prandaj, quhet rajoni i proporcionalitetit të kufizuar.

Në seksionin 5, në tensione edhe më të larta, forca e rrymës në rritje nuk varet më nga numri i joneve parësore. Faktori i amplifikimit të gazit arrin 10 8 - 10 10, dhe kur të paktën një grimcë bërthamore shfaqet në dhomën e detektorit, ndodh një ndezje e një shkarkimi gazi të vetë-qëndrueshëm, i cili mbulon të gjithë dhomën. Kjo zonë quhet rajoni Geiger. Sportelet që veprojnë në këtë zonë quhen sportele Geiger-Muller.

Në zonën 6, në një tension të lartë në detektor, vërehet një shkarkim konstant i vazhdueshëm dhe detektori dështon.

2. Matës proporcional

Numëruesit proporcionalë funksionojnë në seksionin 3. Prania e proporcionalitetit të amplifikimit në numërues bën të mundur përcaktimin e energjisë së grimcave bërthamore dhe studimin e natyrës së tyre. Zakonisht, një numërues proporcional bëhet në formën e një cilindri, përgjatë boshtit të të cilit tërhiqet një fije metalike - anoda (Fig. 4.3.12). Veshja përçuese në sipërfaqen e brendshme të cilindrit shërben si katodë. Me një pajisje të tillë, e gjithë fusha elektrike është e përqendruar pranë fillit dhe vlera maksimale e saj është sa më e lartë, aq më e vogël rrezja e fillit (Fig. 4.3.13).

Numëruesit proporcionalë bëhen edhe të tipit fundor (Fig. 4.3.14). Për të siguruar depërtimin në zgavrën e numëruesit të grimcave alfa, dritarja e mikës së hyrjes është bërë shumë e hollë (4-10) µm. Mbushni banakin me një përzierje neoni dhe argon pothuajse në nivelin e presionit atmosferik. Ka matës të hapur, zgavra e punës e të cilëve komunikon me ajrin e jashtëm. Këta matës funksionojnë me presion atmosferik, lejojnë rrjedhjen ose qarkullimin e vazhdueshëm të gazit duke i mbushur, dhe për këtë arsye shpesh përdoren për të regjistruar aktivitetin e mostrave të gazit.

Numëruesit Geiger-Muller (GM) strukturisht nuk janë shumë të ndryshëm nga numëruesit proporcionalë të llojit cilindrikë dhe fundor. Dallimi kryesor i tij është se vëllimi i brendshëm i numëruesit (GM) është i mbushur me një gaz inert me presion të reduktuar, dhe puna kryhet në rajonin Geiger, d.m.th. në modalitetin e shkarkimit të gazit vetë-qëndrueshëm. Sipas parimit të funksionimit, njehsorët (GM) ndahen në vetë-shuarës dhe jo vetë-shuarës. Kur një grimcë bërthamore hyn në një numërues që nuk shuhet vetë, ndodh jonizimi primar i mediumit të gaztë. Jonet pozitive lëvizin drejt katodës dhe elektronet drejt anodës. Në këtë rast, nën veprimin e tensionit të lartë, elektronet përshpejtohen me nxitim të madh dhe prodhojnë jonizimin dytësor. Jonet e sapoformuara gjithashtu fitojnë një shpejtësi mjaft të lartë, prodhojnë jonizimin dhe nxjerrin elektronet nga katoda. Këto elektrone rrisin më tej efektin e ortekëve. Si rezultat, i gjithë banaku mbulohet nga një shkarkesë. Kgu mund të arrijë 10 8 - 10 10 .

Nëse, gjatë një jonizimi sekondar me rritje të shpejtë, grimca e radhës bërthamore hyn në numëruesin që nuk shuhet vetë, atëherë ajo nuk do të regjistrohet nga pajisja e numërimit. Për të zbuluar grimcën e dytë bërthamore, është e nevojshme "shuarja" e procesit të jonizimit nga e para, e cila mund të arrihet ose duke përfshirë një qark elektrik me rezistencë të lartë ose duke futur avull organik në banak. Opsione të tilla përdoren në njehsorët vetë-shuarës. Në mënyrë tipike, avujt polihidrik të alkoolit përdoren në një raport prej 90% argon dhe 10% avull alkooli. Aditivi organik neutralizon jonet pozitive të argonit duke dhuruar elektrone të lidhura dobët. Rrjedhimisht, molekulat e një gazi poliatomik (alkooli) pezullojnë jonizimin dytësor dhe numëruesi bëhet gati për të regjistruar grimcën tjetër.

3. Karakteristikat e banakut

kohë e vdekur- kjo është koha gjatë së cilës numëruesi nuk mund të regjistrojë grimcën (kuantike) që ka rënë në të. Koha e ngordhur e sporteleve vetë-fikëse është 10 -4 s.

Kundërrezolucionështë numri maksimal i grimcave që numëruesi mund të regjistrojë në një sekondë dhe llogaritet si reciproke e kohës së vdekur. Sa më e vogël të jetë koha e vdekur, aq më e madhe është rezolucioni i numëruesit. Sportelet jo-shuarëse janë në gjendje të regjistrojnë veçmas jo më shumë se 10 2 - 10 3 imp / s, vetë-shuarje - deri në 10 4 imp / s.

Kundër-efikasitetiështë përqindja e numrit të pulseve të regjistruara nga numëruesi ndaj numrit të përgjithshëm të grimcave (kuanteve) që kanë rënë në vëllimin e punës të numëruesit gjatë të njëjtës periudhë kohore. Efikasiteti përcaktohet duke matur rrezatimin e preparateve radioaktive me aktivitet të njohur (referencë).

Karakteristikë e numërimit shpreh varësinë e shpejtësisë së numërimit (numri i pulseve/min) nga tensioni i aplikuar në numërues. Rajoni i tensionit në të cilin vendoset një normë konstante numërimi për njësi të kohës quhet "pllaja e kundërt". Sa më e madhe shtrirja dhe pjerrësia e pjerrësisë së pllajës, aq më i mirë është banaku (Fig. 4.3.15).

Në matësit vetë-shuarës, gjatësia e pllajës është 200-300 V, pjerrësia është 3-5%.

Metoda e shkrepjes (lumineshente) e regjistrimit të rrezatimit.

Gjatë kalimit të atomeve nga një gjendje e ngacmuar ose nga një gjendje e jonizuar në gjendjen bazë, energjia emetohet në formën e një ndezje drite (scintilimi), e cila mund të zbulohet, për shembull, duke shndërruar energjinë e dritës në një sinjal elektrik. duke përdorur një shumëzues fotoelektrik (PMT). Skema e pajisjes së numëruesit të shintilacionit është paraqitur në figurën 4.3.16.

Nën veprimin e një pulsi drite të gjeneruar në scintilator, elektronet rrëzohen nga fotokatoda për shkak të efektit fotoelektrik, të cilat mblidhen nga një fushë elektrike dhe drejtohen në dinodin e parë, duke u përshpejtuar në një energji të mjaftueshme për të rrëzuar elektronet dytësore nga dinodën e radhës etj. Kështu, orteku i elektroneve rritet nga katoda në anodë; ndezjet shumë të dobëta të dritës të krijuara në shintilator shndërrohen në impulse elektrike të regjistruara.

Numëruesit e scintilacionit kanë një efikasitet numërimi më të lartë (deri në 100%) dhe një rezolucion prej 10 -5 kur regjistrojnë grimcat alfa dhe 10 -8 kur regjistrojnë grimcat beta, në krahasim me numëruesit e shkarkimit të gazit.

Detektorë gjysmëpërçues(PPD) i rrezatimit jonizues është një dhomë jonizuese në gjendje të ngurtë në të cilën elektronet dhe vrimat luajnë rolin e bartësve të ngarkesës elektrike. Nën veprimin e rrezatimit jonizues, një rrymë elektrike gjenerohet në PPD. Madhësia e rrymës përcakton sasinë e rrezatimit jonizues.

Metoda fotografike bazohet në përcaktimin e shkallës së nxirjes së një emulsioni fotografik nën veprimin e rrezatimit jonizues. Shkalla e nxirjes së fotoemulsionit të një pllake fotografike është proporcionale me dozën e rrezatimit. Kontrolli fotografik dozimetrik (IPC) për personat që punojnë me rrezatim beta dhe gama bazohet në këtë parim.

Metodat Kimike bazuar në regjistrimin e ndryshimeve të caktuara që ndodhin nën ndikimin e rrezatimit. Për shembull, ndryshimi i ngjyrës, shkarkimi i gazit, reshjet e tretësirave koloidale, etj. Shkalla e ndryshimit është proporcionale me energjinë e rrezatimit të absorbuar. Dozimetrat e ferrosulfatit dhe ceriumit, të bazuara në oksidimin e një joni dyvalent hekuri në një trevalent nën ndikimin e rrezatimit, janë përhapur gjerësisht. Në një dozimetër cerium, përqendrimi i ceriumit përcaktohet para dhe pas rrezatimit.

Metoda kalorimetrike bazohet në matjen me ndihmën e kalorimetrave të posaçëm të energjisë termike të çliruar gjatë përthithjes së energjisë së rrezatimit në një substancë.

Pajisjet për matjen e rrezatimit dhe qëllimi i tyre.

Instrumentet për matjen e rrezatimit jonizues mund të ndahen me kusht në tre kategori: radiometrike (radiometra), dozimetrike (dozimetra), blloqe dhe pajisje të pajisjeve elektronike për kërkime të fizikës bërthamore.

radiometra- këto janë pajisje me shkarkim gazi, njehsues shkrehjeje dhe detektorë të tjerë të krijuar për të matur aktivitetin e preparateve radioaktive dhe burimet e rrezatimit, për të përcaktuar densitetin ose intensitetin e fluksit të grimcave dhe kuanteve jonizuese, radioaktivitetin sipërfaqësor të objekteve, aktivitetin specifik të aerosoleve , gaze dhe lëngje.

Dozimetra (radiometra) - pajisje që matin ekspozimin dhe dozat e rrezatimit të përthithur ose normat përkatëse të dozës. Dozimetrat përbëhen nga tre pjesë kryesore: një detektor, një qark radio që amplifikon rrymën e jonizimit dhe një pajisje të regjistruar (matëse).

Sipas parimit të funksionimit, dozimetrat mund të ndahen në dy grupe. Grupi i parë përbëhet nga dozimetra që matin shkallën e dozës në roentgjen për njësi të kohës, të ashtuquajturat matës të normës së dozës. Grupi i dytë përfshin dozimetra integrues që matin dozën e rrezatimit për një periudhë të caktuar kohore. Detektori i rrezatimit në matësit e shpejtësisë së dozës mund të jetë dhoma jonizimi, matësa e shkarkimit të gazit ose scintilimi. Dhomat e jonizimit zakonisht përdoren si detektorë në pajisjet integruese.