radioaktivlik tashqi ta'sirlar bo'lmaganda, har qanday moddalarning o'z-o'zidan nurlanish xususiyati deb ataladi.

Radioaktiv xususiyatlar birinchi marta uranda 1896 yilda frantsuz fizigi Anri Bekkerel tomonidan kashf etilgan (uran tuzlari bilan tajriba)

Keyinchalik, atom raqami 83 dan katta bo'lgan barcha kimyoviy elementlar radioaktiv ekanligi aniqlandi.

Radioaktiv nurlanishning xossalari

1. Gazlarning ionlanishiga sabab bo'lish

2. Kimyoviy ta'sirga ega bo'ling

3. Radioaktivlik molekulyar hodisa emas, balki radioaktiv element atomlarining ichki xossasidir.

4. Preparatning har qanday bilan radioaktivligi kimyoviy tarkibi sof radioaktiv elementlarning radioaktivligiga teng, ular ushbu preparatda mavjud bo'lgan miqdorda olinadi

5. Radioaktiv nurlanish tashqi ta'sirlarga (isitish, bosimning oshishi) bog'liq emas. kimyoviy reaksiyalar, radioaktiv moddalar kiradigan, nurlanish intensivligiga ta'sir qilmaydi.

6. Radioaktiv nurlanish natijasida oʻzining fizikaviy va oʻziga xos xususiyatlariga koʻra butunlay boshqacha moddaning mutlaqo yangi turi hosil boʻladi. kimyoviy xossalari asl nusxadan. Radioaktiv transformatsiyalar zanjiri radioaktiv bo'lmagan (barqaror) izotop hosil bo'lishi bilan tugaydi.

7. Har bir radioaktiv modda uchun ma'lum vaqt oralig'i mavjud bo'lib, uning davomida faollik 2 marta kamayadi. Bu oraliq yarim yemirilish davri deb ataladi.

Yarim yemirilish davri T- bu radioaktiv atomlarning mavjud sonining yarmi parchalanadigan vaqt.

– radioaktiv parchalanish qonuni

N 0 - vaqtning dastlabki momentidagi radioaktiv atomlar soni

N- oxirgi vaqtda radioaktiv atomlar soni

t- vaqt

T- yarim hayot

8. Tabiiy radioaktivlik (tabiiy elementlarning radioaktivligi) va sun'iy radioaktivlik (yadro reaksiyalarida olingan elementlarning radioaktivligi)ni farqlang.

Radioaktiv nurlanishning murakkab tarkibini ochish uchun quyidagi tajriba o'tkazildi: qo'rg'oshin bo'lagidagi tor kanalning tubiga radioaktiv preparat qo'yildi. Kanalga qarshi fotografiya plitasi qo'yilgan. Kanaldan chiqishda induksiya chiziqlari nurga perpendikulyar bo'lgan nurlanishga kuchli magnit maydon ta'sir qildi. Barcha o'rnatish vakuumga joylashtirildi.

Magnit maydon yo'q bo'lganda, ishlab chiqilgandan so'ng fotografik plastinkada kanalga to'liq qarama-qarshi tomonda bitta qorong'u nuqta topildi.

Magnit maydonda nur uchta nurga bo'linadi.

alfa nurlanishi

Bu musbat zaryadlangan zarralar oqimi - geliy atomlarining yadrolari. Alfa zarrachalarning tezligi beta zarrachalarining tezligidan ancha past va 10000-20000 km/s oraliqda yotadi. Alfa zarralarining kinetik energiyasi yuqori: 4-10 MeV.

Alfa nurlanish eng kam kirib borish kuchiga ega. Taxminan 0,1 mm qalinlikdagi qog'oz qatlami ularni butunlay kechiktiradi.

Beta nurlanishi

Bu radioaktiv moddaning atomlaridan chiqadigan tez elektronlar oqimi. Beta zarralarining tezligi juda katta va yorug'lik tezligining 0,99 ni tashkil qiladi. Beta zarralarining energiyasi bir necha megaelektronvoltga etadi.

Beta nurlanish o'zining kirib borish kuchida o'rtacha. Ular bir necha millimetr qalinlikdagi alyuminiy plastinka bilan ushlab turiladi.

Gamma nurlanishi

Bu juda kichik uzunlikdagi (10 -8 - 10 -11 sm) elektromagnit to'lqinlar oqimi. Vakuumda gamma nurlarining tarqalish tezligi boshqa elektromagnit to'lqinlarniki bilan bir xil, 300 000 km/s.

Gamma nurlanishi eng yuqori penetratsion kuchga ega. 1 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin qatlami gamma nurlanishining intensivligini ikki baravar kamaytiradi.

Gamma nurlanishi va rentgen nurlari teng uzunlik to'lqinlar, olish usulidan tashqari, bir-biridan farq qilmaydi.

4.3.1. Umumiy ma'lumot
atom yadrolari haqida. izotoplar

Atom yadrolarining ikki turi mavjud elementar zarralar- protonlar va neytronlar. Proton bor musbat zaryad, hajmida zaryadga teng elektron, va tinch massasi m p = 1,6726 10 -27 kg. Neytronning zaryadi yo'q, uning massasi protonning massasidan bir oz kattaroqdir: m n = 1,6749 10 -27 kg. Bu zarralarning umumiy nomi nuklonlardir.

Atom yadrosining zaryadi kimyoviy element da ifodalangan elementar to'lovlar, D.Mendeleyev davriy sistemasidagi bu elementning atom raqami Z ga teng. Yadro zaryadi protonlarning zaryadlaridan iborat, shuning uchun atom yadrosidagi protonlar soni elementning atom raqamiga teng.

Atomning deyarli barcha massasi uning yadrosida to'plangan. Shuning uchun proton va neytronlar sonining yig'indisi atomning massa soniga teng bo'lishi kerak:

Yadrodagi neytronlar soni elementning massa soni va atom raqami o'rtasidagi farqga teng.

Yadrolari protonlari soni bir xil, ammo neytronlari har xil bo'lgan atomlarga izotoplar deyiladi. Bitta kimyoviy elementning barcha izotoplari elektron qobiqlarning bir xil tuzilishiga ega va shuning uchun bir xil kimyoviy xususiyatlarga ega.

Aksariyat elementlarning atom yadrolarining barqarorligi shundan dalolat beradi yadro kuchlari juda katta: ular yadrodagi protonlar orasida mavjud bo'lgan muhim Kulon elektrostatik itarilish kuchlaridan oshib ketishi kerak. Yadro kuchlari faqat 10 -13 sm gacha bo'lgan juda kichik masofalarda namoyon bo'ladi.Nuklonlar orasidagi masofaning ma'lum darajada ortishi bilan yadro kuchlari nolga kamayadi va Kulon kuchlari yadroni yo'q qiladi.

Yadro kuchlari tabiatan elektr va tortishish kuchlaridan farq qiladigan maxsus turdagi kuchlardir.

Taxminan bir xil miqdordagi neytron va protonlardan tashkil topgan engil elementlarning eng barqaror yadrolari. Yadrolari quyidagilardan iborat bo'lgan eng og'ir elementlar uchun (davriy tizimda vismutdan keyin joylashgan) katta raqam neytronlar ustun bo'lgan nuklonlar, yadro kuchlari endi yadroning barqarorligini ta'minlamaydi. Bunday yadrolar o'z-o'zidan parchalanib, engilroq elementlarning yadrolariga aylanadi. Bu hodisa tabiiy radioaktivlik deb ataladi.

4.3.2. tabiiy radioaktivlik.
Alfa, beta, gamma nurlanishi.

Tabiiy radioaktivlikni 1896 yilda Genri Bekkerel uran tuzlarida kashf etgan. Ko'rinmas nurlar lyuminestsensiyani keltirib chiqarishi, gazlarni ionlashtirishi va shaffof bo'lmagan to'siqlardan o'tib, fotografik plitalarni yoritib turishi aniqlandi. Tabiiy radioaktivlik nafaqat uranga, balki boshqa ko'plab og'ir elementlarga - aktiniy, poloniy, radiy, toriy va boshqalarga ham xosdir. Bunday elementlarni radioaktiv deb atashgan.

Radioaktiv nurlanishning tarkibi uchtadan iborat turli xil: alfa, beta, gamma nurlanish.

alfa nurlari elektr toki bilan buriladi va magnit maydonlar(4.3.1-rasm) va geliy atom yadrolari (alfa zarralari) oqimini ifodalaydi.

Guruch. 4.3.1. Magnit maydonning ta'siri (perpendikulyar yo'naltirilgan
chizma tekisligi kuzatuvchiga) radioaktiv nurlanishga

Har bir alfa zarrachaning zaryadi +2e va massa soni 4. Alfa zarrachalari radioaktiv elementlarning yadrolaridan 14000 dan 20 000 km/s gacha tezlikda uchib chiqadi, bu esa 4 dan 9 MeV gacha boʻlgan energiyaga toʻgʻri keladi.

Alfa zarracha materiya bo'ylab uchib o'tib, o'z atomlarini ionlashtiradi va ularga o'zi bilan ta'sir qiladi elektr maydoni, ya'ni. materiya atomlaridan elektronlarni uradi. Energiyani ionlash uchun sarflagan alfa zarrasi sekinlashadi va moddadagi bo'sh elektronlar orasidan ikkita elektronni ushlaydi va geliy gazi atomiga aylanadi. Alfa zarrachaning moddada bosib o'tgan yo'li (to'xtashdan oldin) uning diapazoni yoki o'tish kuchi, yo'l davomida hosil bo'lgan juft ionlar soni esa ionlashtiruvchi quvvat deb ataladi. Ionlash qobiliyati qanchalik katta bo'lsa, moddadagi zarrachaning diapazoni shunchalik qisqa bo'ladi.

Alfa zarrachalarining havodagi oqimi normal sharoitda 3-9 sm, ionlash qobiliyati esa 100-250000 juft ion (1 sm yugurishda oʻrtacha 30000 juft ion) boʻladi. Alfa zarralari yuqori ionlashtiruvchi va past penetratsion kuchga ega.

Alfa nurlari 0,06 sm qalinlikdagi alyuminiy qatlami yoki 0,12 sm qalinlikdagi biologik to'qimalar qatlami tomonidan to'liq so'riladi.

beta nurlari elektr va magnit maydonlari ta'sirida burilish; tez elektronlar oqimi bo'lib, b-zarralar deyiladi. Ularning massasi a-zarracha massasidan 7360 marta kichik. o'rtacha tezlik b zarrachalar tezligi taxminan 160 000 km/s ni tashkil qiladi. Bundan kelib chiqadiki, b-zarralar magnit maydon tomonidan a-zarrachalarning og'ishiga teskari yo'nalishda buriladi, bu qarama-qarshi zaryad bilan izohlanadi.

Alfa nurlaridan farqli o'laroq, b-nurlanish energiyaning barcha mumkin bo'lgan qiymatlari (tezlikning barcha mumkin bo'lgan qiymatlari) bo'lgan zarralarni o'z ichiga oladi. Xuddi shu radioaktiv elementning yadrolari ham nolga yaqin tezlikda, ham yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda b-zarrachalarni chiqaradi. b-zarrachalarning energiyasi yuzdan bir necha MeV gacha.

b-zarracha juda kichik massaga, yuqori tezlikka ega va uning zaryadi a-zarranikidan ikki baravar kam bo'lganligi sababli, uning ionlash qobiliyati taxminan 100 marta kamroq va diapazoni bir xil marta kattaroqdir. a-zarracha. Yuqori energiyali b-zarrachaning diapazoni havoda 40 sm, alyuminiyda 2 sm, biologik to'qimada 6 sm ga etadi.

gamma nurlari 10-12 m to'lqin uzunligiga to'g'ri keladigan 1020 Gts tartibli juda yuqori chastotali fotonlar oqimidir g-kvantalarning energiyasi taxminan 1 MeV qiymatiga ega.

Qattiq bo'lish elektromagnit nurlanish, g-nurlari xossalari boʻyicha xarakterli rentgen nurlanishiga oʻxshash. Ular elektr va magnit maydonlari ta'sirida burilmaydi, yorug'lik tezligida tarqaladi va kristallardan o'tganda diffraktsiyani boshdan kechiradi. Rentgen nurlaridan farqli o'laroq, g-nurlari atom yadrosidan chiqariladi.

Ionlash qobiliyati past; havoda u taxminan 100 juft ionga ega (1 sm yugurish uchun o'rtacha 1-2 juft ion). g nurlari eng ko'p o'tadigan nurlanishlardan biridir. Eng qattiq g-nurlari 5 sm qo'rg'oshin qatlamidan yoki bir necha yuz metr qalinlikdagi havo qatlamidan o'tadi; inson tanasiga kirib boradi.

4.3.3. Alfa va beta parchalanish qonunlari

Radioaktiv nurlanish radioaktiv elementlarning parchalanishi natijasida yuzaga keladi. Shubhasiz, nurlantiruvchi elementning atomlari boshqa kimyoviy elementning atomlariga aylanishi kerak.

b-zarracha chiqarilganda yadro zaryadi bir marta ortadi, massasi esa amalda o'zgarmaydi. Shuning uchun, b-emirilish davom etar ekan, radioaktiv element atom raqami bir kattaroq va bir xil massa soniga ega bo'lgan boshqa elementga aylanadi.

b-emirilish vaqtida element davriy tizimda o'zgarmagan holda bir raqamga o'ngga siljiydi. massa raqami.

b-emirilish sxemasi:

Masalan,

a-zarracha chiqarilganda yadro zaryadi ikki birlikka, massa soni esa 4 birlikka kamayadi. Binobarin,

a-emirilish paytida element davriy tizimda ikki raqamga chapga siljiydi, massa soni esa to'rt birlikka kamayadi:

Masalan,

Qoidalar (4.3.2) va (4.3.4) chaqiriladi siljish qonunlari.

Radioaktiv parchalanish radioaktiv element atomlari sonining asta-sekin kamayishiga olib keladi. Qaysi atom qachon va qachon parchalanishini oldindan aytib bo'lmaydi, degan ma'noda tasodifiydir. Biz faqat bunday parchalanish ehtimoli haqida gapirishimiz mumkin.

Bir muncha vaqt ichida parchalanadigan atomlar soni mutanosib bo'lib chiqdi umumiy soni atomlar va vaqt:

bu yerda l - mutanosiblik koeffitsienti, berilgan elementning parchalanish konstantasi deb ataladi. Minus belgisi vaqt o'tishi bilan radioaktiv element atomlarining kamayishini ko'rsatadi.

Integratsiyalash (4.3.6), biz quyidagilarni olamiz:

bu erda N 0 - vaqtning boshlang'ich momentidagi element atomlari soni.

Munosabatlar (4.3.7) radioaktiv parchalanish qonuni deb ataladi (4.3.2-rasm).

Guruch. 4.3.2. Radioaktiv parchalanish egri chizig'i

Parchalanish tezligini tavsiflash uchun T yarimparchalanish davri tushunchasi kiritiladi:

yarim hayot Dastlabki element atomlari soni ikki baravar kamaygan vaqt deb ataladi.

(4.3.7) dan kelib chiqadiki, agar e -lT = ½ bo'lsa, u holda:

Emirilish konstantasining o'zaro nisbati radioaktiv atomning o'rtacha ishlash muddati deb ataladi:

Shuning uchun, T = tln2, qaerdan t = T/ ln2 = 1,44T, ya'ni. o'rtacha umr ko'rish yarim umrining taxminan bir yarim barobarini tashkil qiladi.

Uranning yarim yemirilish davri 4,5 10 9 yil, poloniyniki 1,5 10 -4 s.

Radioaktiv elementda 1 soniyada sodir bo'ladigan atom parchalanishlari soni ushbu elementning faolligi deyiladi:

Nima qilinayotganini ko'rsatish mumkin:

Shunday qilib, elementning faolligi uning miqdoriga proportsional va yarim yemirilish davriga teskari proportsionaldir. Faollik birligi sifatida 1 g radiyning faolligi (1 Kyuri) olingan:

1 Ku \u003d 3,7 10 10 tarqalish / s.

Radioaktiv parchalanish mahsulotining o'zi radioaktiv bo'lishi mumkin. Shuning uchun radioaktiv parchalanish jarayoni bir qator oraliq bosqichlardan o'tib, radioaktiv elementlar zanjirini hosil qilib, barqaror element bilan yakunlanadi. Bunday elementlar zanjiri radioaktiv oila deyiladi.

Faoliyat birligi bekkerel(Bq) bu;

Eng ko'p ishlatiladigan faoliyat birligi Kyuri (Ci)

Yoki mCi - millikuri 10 -3 Ci, mCi - mikrokuri 10 -6 Ci. Tizimdan tashqari faoliyat birligi ham mavjud Rezerford (Pd) 1Rd = 10 6 Bq = 10 6 s -1 . Radioaktiv manbaning birlik massasining faolligini tavsiflash uchun chaqirilgan miqdor kiritiladi maxsus ommaviy faoliyat va izotop faolligining uning massasiga nisbatiga teng. Maxsus massa faolligi kilogramm boshiga bekkerelda (Bq/kg) yoki Ci/kg, Ci/g yoki Ci/L da ifodalanadi.

4.3.4. Pozitron yemirilishi b+, elektronni ushlash va ichki konversiya

, bu yerda n neytrino zarrasi, Q issiqlik miqdori. Bu yemirilish bilan bola element davriy sistemada bitta katakchaga chapga siljiydi.

Pozitron - elektron bilan bir xil zaryadga ega, ammo musbat zarracha.

.

Masalan, fosfor izotopining parchalanishi:

Elektron tutib olishda yadro atomning ichki qobig'idagi elektronlardan birini ushlaydi. Natijada atomning protoni neytronga aylanadi.

Bola element davriy jadvalda chapga siljiydi

Elektron tutilishi protonni neytronga aylantiradi.

.

Masalan:

Yemirilish vaqtida a va b yemirilishlari ham sodir bo'lishi mumkin

Atomlar yadrosi qo'zg'aluvchan holatda bo'lib, energiyasining bir qismini elektronlarga o'tkazadigan holatlar mavjud. ichki qatlamlar(K, L, M). Natijada elektron atomdan chiqib ketadi. Bunday elektronlar deyiladi ichki konvertatsiya elektronlari. Shuning uchun konvertatsiya elektronlarining emissiyasi to'g'ridan-to'g'ri bog'liq elektromagnit o'zaro ta'sir qobiq elektronlari bilan yadro. Konvertatsiya elektronlari mavjud chiziqli spektr beta-emirilish elektronlardan farqli ravishda energiya, berish doimiy spektr. Ichki konvertatsiya amalga oshirilgandan so'ng, elektron qobiq atom, chiqarilgan konvertatsiya elektronining "bo'sh" joyi paydo bo'ladi. Elektronlardan biri uzoqroq qatlamlardan (yuqoridan energiya darajalari) xarakterli rentgen nurlanishining emissiyasi bilan "bo'sh" joyga kvant o'tishni amalga oshiradi.

4.3.5. Ionlashtiruvchi nurlanishning moddalar bilan o'zaro ta'siri.

Zaryadlangan zarralar va g - moddada tarqaladigan fotonlar elektronlar va yadrolar bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada modda va zarrachalarning holati o'zgaradi.

Zaryadlangan zarrachalarning (a va b) moddalardan o'tayotganda energiya yo'qotishining asosiy mexanizmi ionlanish sekinlashuvidir. Zarrachalarning kinetik energiyasi muhit atomlarining qo'zg'alishi va ionlanishiga sarflanadi. Bu quyidagi parametrlar bilan aniqlanadi: chiziqli ionlanish zichligi i, S moddaning chiziqli to'xtash kuchi, o'rtacha chiziqli yo'l.

ostida chiziqli zichlik ionlanish dl elementar yo'lda zaryadlangan ionlashtiruvchi zarracha hosil qilgan bir xil belgili ionlar sonining dn nisbatini tushunaman: . Lineer to'xtash kuchi S modda - moddadagi dl elementar yo'ldan o'tishda zaryadlangan ionlashtiruvchi zarracha yo'qotgan energiya dE ning shu yo'l uzunligiga nisbati: . O'rtacha chiziqli kilometr zaryadlangan ionlashtiruvchi zarracha R - ma'lum bir moddadagi zaryadlangan zarracha yo'lining boshi va oxiri orasidagi masofaning o'rtacha qiymati.

a zarralar uchun havodagi chiziqli ionlanish zichligi , havodagi a zarrachalarning chiziqli to'xtash kuchi . Havodagi a zarrachalarning oʻrtacha chiziqli diapazoni bir necha sm, tirik organizmda (10-100 mikron) uning yoʻli toʻgʻri chiziqli boʻlib, faqat yaqinlashib kelayotgan atomlarning yadrolari bilan toʻqnashganda harakat yoʻnalishini oʻzgartiradi.

b zarrachalar uchun havoda va havodagi b zarrachalarning chiziqli to'xtash kuchi . b zarralar R uchun havodagi o'rtacha chiziqli diapazon 25 metr, tirik organizmda esa 1 sm gacha.

Ionlanish va qo'zg'alishdan tashqari, b zarralari boshqa jarayonlarni keltirib chiqaradi:

1. Zaryadlangan zarra yadroning elektr maydoni bilan o'zaro ta'sir qilishda sekinlashadi va bremsstrahlung rentgen nurlarini chiqaradi, ularning spektri 4.3.3-rasmda ko'rsatilgan.

2. Agar elektron muhitda bu muhitdagi yorug'lik tezligidan yuqori tezlikda harakat qilsa, u holda xarakterli Cherenkov nurlanishi (Cherenkov-Vavilov nurlanishi) paydo bo'ladi.

3. B+ zarracha moddaga kirganda, uning elektronlar bilan oʻzaro taʼsir qilish ehtimoli katta boʻladi, buning natijasida elektron-pozitron juftligi oʻrniga ikkita gamma-foton hosil boʻladi. Sxemasi 4.3.4-rasmda ko'rsatilgan bu jarayon annigilyatsiya deb ataladi. Annigilyatsiya paytida paydo bo'ladigan har bir g - fotonning energiyasi elektron yoki pozitronning qolgan energiyasidan kam bo'lmasligi kerak, ya'ni. kamida 0,51 MeV.

4.3.6. Gamma nurlanishining moddalar bilan o'zaro ta'siri.

Radioaktiv parchalanish jarayonida yadrolar energiyalari bir necha keV dan bir necha MeV gacha bo'lgan gamma nurlarini chiqaradi. Gamma - kvantlar moddadan o'tayotganda uchta ta'sir tufayli energiyani deyarli yo'qotadi: fotoelektrik yutilish (fotoelektrik effekt), Komptonning tarqalishi ( kompton effekti), elektron-pozitron juftlarining hosil bo'lishi (juft hosil bo'lishi). Har bir effektning kattaligi yutuvchi materialning atom raqamiga va foton energiyasiga bog'liq.

Fotoelektrik yutilish.

U quyidagi shartlarda amalga oshiriladi: hn³ A va, bu erda A va atomning ionlash ishi (fotoelektrik effekt sxemasi 4.3.5-rasmda ko'rsatilgan). Gamma kvantning energiyasi formula bo'yicha hisoblanadi va 50 keV dan oshmaydi. kinetik energiya, energiyaga teng gamma kvant minus atomdagi elektronning bog'lanish energiyasi. Elektron bo'shatilgan joyga l - qatlamdan k - qatlamga, m - qatlamning elektroni l qatlamga va hokazo sakrab o'tadi. O'tish vaqtida yorug'lik kvantlari hn chiqariladi va xarakterli rentgen nurlanishini hosil qiladi. X-nurlarining xarakterli spektri rasmda ko'rsatilgan. 4.3.6.

Havoda va biologik to'qimalarda g - kvantlarning energiyasi 60 KeV darajasida bo'lsa, fotoelektr effekti 50% ni tashkil qiladi. Eg=120 keV da u 10% ni tashkil qiladi va 200 keV dan boshlab bu jarayon endi kuzatilmaydi. Bunda gamma-nurlanish Komptonning tarqalishi hisobiga zaiflashadi.

Kompton effekti.

U hn>>A va shartida bajariladi.

g - tashqi bilan to'qnashuvchi kvantlar valent elektronlar energiyaning faqat bir qismini o'tkazish. Ular bilan to'qnashgandan keyin g - kvantlar harakat yo'nalishini o'zgartiradi va tarqaladi. Yadrodan ajralib chiqqan elektronlar sezilarli kinetik energiyaga ega bo'lib, moddaning ionlanishini (ikkilamchi ionlanish) hosil qiladi. Kompton effektining sxemasi 4.3.7-rasmda ko'rsatilgan.

Kompton effekti tufayli g-nurlanish zaiflashadi. Bu ta'sir havoda va 200 keV da biologik moddalarda sezilarli.

Kompton effekti uchun energiya balansi , qayerda

Elektronning kinetik energiyasi hn ' natijada yangi tarqalgan g-gamma yorug'lik kvantidir. Shunday qilib, Kompton effekti natijasida gamma-nurlanishning intensivligi muhit elektronlari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi gamma kvantlarning turli yo'nalishlarda tarqalishi va birlamchi nurdan tashqariga chiqishi tufayli zaiflashadi. ularning energiyasining bir qismini elektronlarga o'tkazish.

Juft shakllanishi.

Gamma - energiya E³ 1,02 MeV bo'lgan kvantlar moddadan o'tib, atom yadrosi yaqinidagi kuchli elektr maydoni ta'sirida "elektron-pozitron" juftligiga aylanadi. Bunday holda, materiyaning bir shakli - gamma nurlanishi boshqasiga - materiya zarralariga aylanadi. Bunday juft zarralarning hosil bo'lishi faqat g-kvantalarning har ikkala zarracha - elektron va pozitronning massasiga ekvivalent energiyadan kam bo'lmagan energiyalarda mumkin. Elektron va pozitronning massalari bir xil bo'lganligi sababli, ularga qo'shimcha kinetik energiya bermasdan ularni hosil qilish uchun g-kvant energiyasi massa va energiya o'rtasidagi munosabatni qondirishi kerak:

Agar g-kvantaning energiyasi 1,022 MeV dan katta bo'lsa, uning ortiqcha qismi zarrachalarga o'tadi. U holda hosil bo'lgan zarrachalarning kinetik energiyasi E k foton energiyasi Eg va elektronning ikki baravar tinch energiyasi o'rtasidagi farqga teng bo'ladi:

Olingan elektron-pozitron juftligi keyinchalik yo'qoladi (annigilyatsiya qilinadi), energiya zarrachaning tinch massasining energiya ekvivalentiga teng bo'lgan ikki ikkilamchi g-kvantaga aylanadi - 0,511 MeV. Ikkilamchi g-kvantlar faqat Kompton effektini va pirovardida fotoelektr effektini keltirib chiqarishi mumkin, ya'ni. faqat elektronlar bilan to'qnashganda energiya yo'qotadi. Juftlarning hosil bo`lish ehtimoli g-kvanta energiyasi va absorber zichligi ortishi bilan ortadi. Juftlikni shakllantirish sxemasi 4.3.8-rasmda ko'rsatilgan. Yuqori energiyali gamma nurlari (8 MeV dan ortiq) atom yadrolari bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin (yadro effekti). Bunday ta'sirning ehtimoli juda kichik va bu turdagi o'zaro ta'sir amalda moddadagi nurlanishni zaiflashtirmaydi.

4.3.7. Gamma-nurlanishning modda tomonidan susayishi qonuni

Gamma nurlari dastasi absorber qalinligining oshishi bilan doimiy ravishda so'riladi; uning intensivligi absorberning har qanday qalinligi uchun yo'qolmaydi. Bu shuni anglatadiki, modda qatlami qanchalik qalin bo'lmasin, gamma nurlari oqimini to'liq o'zlashtirib bo'lmaydi, faqat uning intensivligini ma'lum bir necha marta zaiflashtirish mumkin.

Shaklda. 4.3.9 gamma nurlanishining susayishining absorber qalinligiga bog'liqligini ko'rsatadi. Gamma-nurlanishni susaytirish mexanizmi 10-rasmda ko'rsatilgan. Materiya atomi tomonidan uch xil gamma-kvant tarqalishi ketma-ket o'tadi. Birinchidan, juft hosil bo'lish jarayoni, keyin Komptonning tarqalishi va fotoelektrik yutilish. Materiya bilan oxirgi o'zaro ta'sir paytida gamma kvantning energiyasi atomning ionlash ishidan kamroq bo'ladi va moddaning atomi bilan uchrashadigan zaif gamma kvant shunchaki tarqaladi. Oxirgi jarayon kogerent sochilish deb ataladi.

g-nurlari dastasining susayish qonuni quyidagi shaklga ega I=I taxminan e -md , bu erda I - moddadan o'tgan g-nurlarining intensivligi, qalinligi d; Men haqida - gamma nurlarining tushayotgan nurlarining intensivligi; m- chiziqli susaytirish omili.

Chiziqli zaiflashuv omili - bu dastlabki uchta jarayon tufayli gamma nurining zaiflashishini hisobga oladigan umumiy omil. Shunday qilib, m= m f + m k + m p.m ning qiymati kiruvchi gamma nurlarining energiyasiga va absorber materialiga bog‘liq bo‘lgani uchun uni m/r nisbatda ifodalash mumkin, bunda r. moddaning zichligi hisoblanadi. Bunday holda, m koeffitsienti massa zaiflashuv koeffitsienti deb ataladi va endi materialning zichligiga bog'liq bo'lmaydi.

Kuchlanish qonunini quyidagicha ifodalash mumkin yarim zaiflash qatlami(D1/2). Absorberning qalinligi, u orqali o'tgandan so'ng, nurlanish intensivligi yarmiga kamayadi, sirt zichligi birliklarida (mg/sm 2) o'lchanadigan yarim zaiflashtiruvchi qatlam D1/2 deb ataladi va nurlanish energiyasi va zichligiga bog'liq. absorber. Chiziqli zaiflashuv omili va yarim zaiflashuv qatlami o'rtasidagi bog'liqlik quyidagicha: .

Yarim zaiflashuv qatlamini bilib, nurlanishni ma'lum bir necha marta susaytirish uchun qaysi absorberni olish kerakligini aniqlash juda oson.

Masalan, bir qatlam D1/2 nurlanish intensivligini 2 marta, ikki qatlam - 4 marta, uch qatlam - 8 marta va hokazo, n qatlam - 2 n marta kamaytiradi. Shuning uchun, radiatsiyani, masalan, 512 marta susaytirish uchun, shuncha ko'p qatlamlarni olish kerak.

D1/2n, shuning uchun 2 n =512. Bizning holatda, n=9, ya'ni. Yarim zaiflashuvning 9 ta qatlami radiatsiya intensivligini 512 marta kamaytiradi.

4.3.8. Ionlashtiruvchi nurlanishni aniqlash va ro'yxatga olish usullari.

Radioaktiv nurlanish sezgilar tomonidan sezilmaydi. Bu nurlanishlarni maxsus asboblar yordamida aniqlash mumkin. Amalda radiatsiyaning materiya bilan o'zaro ta'sirining to'g'ridan-to'g'ri ta'sirini o'lchaydigan ionlashtiruvchi nurlanish detektorlari ko'pincha uchraydi - gaz muhitining ionlanishi (ionlash kameralari, proportsional hisoblagichlar va Geiger-Myuller hisoblagichlari, shuningdek toj va uchqun hisoblagichlari) . Boshqa usullarga ionlanish tufayli ikkilamchi effektlarni o'lchash kiradi - fotografik, lyuminestsent, kimyoviy, kalorimetrik va boshqalar.

1. Ionlashtiruvchi nurlanish detektorlari

Ionlashtiruvchi nurlanish detektorlari - elektr maydonini yaratish uchun elektrodlar bilan havo yoki gaz bilan to'ldirilgan kamera (4.3.10-rasm). U yo'q bo'lganda, oqim pallasida elektrodlar o'rtasida kuchlanish yo'q, chunki gaz yaxshi izolyatordir. Zaryadlangan (a, b) zarralar gazga kirganda, ion juftlari hosil bo'ladi va gaz elektr maydonining o'tkazuvchisiga aylanadi. Dastlab, elektrodlarda U=0 bo'lganda, dastlabki ionlanish natijasida hosil bo'lgan barcha ionlar neytral molekulalarga to'liq qayta birlashadi. Kuchlanish kuchayishi bilan ionlar yo'nalishli ta'sirga ega bo'ladi: musbatlar katodda, salbiy esa anodda to'planadi. Zanjirda ionlanish oqimi paydo bo'ladi, bu qurilma tomonidan ro'yxatga olinishi mumkin.

Ionlanish oqimining kattaligi nurlanish miqdorining o'lchovi bo'lib xizmat qiladi. 4.3.11-rasmda ionlanish oqimining detektor elektrodlariga qo'llaniladigan kuchlanishga bog'liqligi ko'rsatilgan. Bu bog'liqlik ionlanish detektorining joriy kuchlanish xarakteristikasi deb ataladi. 1-bo'limda ikkita jarayon mavjud: zaryadlangan zarralar-ionlarning hosil bo'lishi va ionlarning rekombinatsiyasi. Kuchlanish kuchayishi bilan rekombinatsiya jarayoni kamayadi va hosil bo'lgan barcha ionlar elektrodlarga etib boradi - 2-bo'lim.

2-bo'limdagi oqimning kattaligi faqat kiruvchi zaryadlangan zarrachalarning ionlash qobiliyatiga bog'liq. Demak, a - katta ionlashtiruvchi ta'sir natijasida hosil bo'lgan zarracha, yuqori egri chiziqqa mos keladi. 2-hudud ionlanish kamerasi hududi deb ataladi.

3-bo'limda ionlanish oqimining kuchi yana kuchaya boshlaydi, chunki. musbat ionlar va ayniqsa manfiy ionlar gazning atomlari yoki molekulalari bilan to'qnashuvi tufayli o'zlari ionlanish hosil qilish uchun sezilarli tezlanishga va natijada energiyaga ega bo'ladilar. Bu jarayon ikkilamchi ionlanish deb ataladi. 3-bo'limda dastlab hosil bo'lgan ionlar soni va ionlashtiruvchi oqimni yaratishda ishtirok etgan ionlarning umumiy miqdori o'rtasida qat'iy mutanosiblik mavjud. Bu maydon mutanosiblik maydoni deb ataladi. Ushbu rejimda proportsional hisoblagichlar ishlaydi. Buning uchun mintaqaga gazni kuchaytirish koeffitsienti Kg kiritiladi - ionlanish oqimini yaratishda ishtirok etadigan n ionlarining umumiy miqdorining birlamchi hosil bo'lgan ionlar soniga nisbati n 0 . Kgu=n/ n 0. 3-bo'lim uchun Kgu 10 3 - 10 4 ga etadi.

4-bo'limda dastlab hosil bo'lgan ionlar soni va ionlanish oqimining kuchi o'rtasidagi qat'iy proportsionallik buziladi. Shuning uchun u cheklangan proporsionallik mintaqasi deb ataladi.

5-bo'limda, hatto yuqori kuchlanishlarda, o'sib borayotgan oqimning kuchi endi birlamchi ionlar soniga bog'liq emas. Gazni kuchaytirish koeffitsienti 10 8 - 10 10 ga etadi va detektor kamerasida kamida bitta yadro zarrasi paydo bo'lganda, butun kamerani qoplaydigan o'z-o'zidan barqaror gaz razryadining chaqnashi paydo bo'ladi. Bu hudud Geiger hududi deb ataladi. Ushbu sohada ishlaydigan hisoblagichlar Geiger-Myuller hisoblagichlari deb ataladi.

6-maydonda detektordagi yuqori kuchlanishda doimiy uzluksiz zaryadsizlanish kuzatiladi va detektor ishlamay qoladi.

2. Proportsional hisoblagichlar

Proportsional hisoblagichlar 3-bo'limda ishlaydi. Hisoblagichlarda kuchaytirish proportsionalligi mavjudligi yadro zarralarining energiyasini aniqlash va ularning tabiatini o'rganish imkonini beradi. Odatda, mutanosib hisoblagich silindr shaklida amalga oshiriladi, uning o'qi bo'ylab metall ip tortiladi - anod (4.3.12-rasm). Tsilindrning ichki yuzasidagi Supero'tkazuvchilar qoplama katod bo'lib xizmat qiladi. Bunday qurilma bilan butun elektr maydoni ipning yonida to'plangan va uning maksimal qiymati qanchalik baland bo'lsa, ipning radiusi qanchalik kichik bo'lsa (4.3.13-rasm).

Proportsional hisoblagichlar ham oxirgi turdagi (4.3.14-rasm) amalga oshiriladi. Alfa zarrachalar hisoblagichining bo'shlig'iga kirib borishini ta'minlash uchun kirish slyuda oynasi juda nozik (4-10) mkm. Hisoblagichni neon va argon aralashmasi bilan deyarli atmosfera bosimi darajasiga to'ldiring. Ochiq hisoblagichlar mavjud bo'lib, ularning ish bo'shlig'i tashqi havo bilan aloqa qiladi. Ushbu hisoblagichlar atmosfera bosimida ishlaydi, ular doimiy oqim yoki ularni to'ldiruvchi gazning aylanishiga imkon beradi va shuning uchun ular ko'pincha gaz namunalarining faolligini qayd etish uchun ishlatiladi.

Geiger-Myuller hisoblagichlari (GM) tizimli ravishda silindrsimon va oxirgi turdagi proportsional hisoblagichlardan unchalik farq qilmaydi. Uning asosiy farqi shundaki, hisoblagichning ichki hajmi (GM) pasaytirilgan bosimda inert gaz bilan to'ldiriladi va ish Geiger hududida amalga oshiriladi, ya'ni. o'z-o'zidan gaz chiqarish rejimida. Ishlash printsipiga ko'ra, hisoblagichlar (GM) o'z-o'zidan o'chadigan va o'z-o'zidan o'chmaydiganlarga bo'linadi. Yadro zarrasi o'z-o'zidan o'chmaydigan hisoblagichga kirganda, gaz muhitining birlamchi ionlanishi sodir bo'ladi. Musbat ionlar katodga, elektronlar esa anodga qarab harakatlanadi. Bunday holda, yuqori kuchlanish ta'sirida elektronlar katta tezlashuv bilan tezlashadi va ikkilamchi ionlanish hosil qiladi. Yangi hosil bo'lgan ionlar ham etarlicha yuqori tezlikka ega bo'lib, ionlanish hosil qiladi va elektronlarni katoddan chiqarib yuboradi. Bu elektronlar ko'chki ta'sirini yanada kuchaytiradi. Natijada, butun hisoblagich tushirish bilan qoplanadi. Kgu 10 8 - 10 10 ga yetishi mumkin.

Agar tez o'sib borayotgan ikkilamchi ionlanish vaqtida navbatdagi yadro zarrasi o'z-o'zidan o'chmaydigan hisoblagichga kirsa, u holda hisoblash moslamasi tomonidan ro'yxatga olinmaydi. Ikkinchi yadro zarrasini aniqlash uchun birinchisidan ionlanish jarayonini "o'chirish" kerak, bunga yuqori qarshilikli elektr zanjirini kiritish yoki hisoblagichga organik bug'ni kiritish orqali erishish mumkin. Bunday variantlar o'z-o'zidan o'chadigan hisoblagichlarda qo'llaniladi. Odatda, polihidrik spirt bug'lari 90% argon va 10% spirt bug'lari nisbatida ishlatiladi. Organik qo'shimcha zaif bog'langan elektronlarni berib, ijobiy argon ionlarini neytrallaydi. Natijada, ko'p atomli gaz (alkogol) molekulalari ikkilamchi ionlanishni to'xtatadi va hisoblagich keyingi zarrachani ro'yxatga olishga tayyor bo'ladi.

3. Hisoblagichning xarakteristikalari

o'lik vaqt- bu hisoblagich unga tushgan zarrachani (kvantni) qayd eta olmaydigan vaqt. O'z-o'zidan o'chadigan hisoblagichlarning o'lik vaqti 10 -4 s.

Qarshi rezolyutsiya hisoblagich bir soniyada ro'yxatdan o'tishi mumkin bo'lgan maksimal zarrachalar soni va o'lik vaqtning o'zaro nisbati sifatida hisoblanadi. O'lik vaqt qanchalik kichik bo'lsa, hisoblagichning o'lchamlari shunchalik katta bo'ladi. O'z-o'zidan o'chmaydigan hisoblagichlar 10 2 - 10 3 imp/s dan ko'p bo'lmagan, o'z-o'zidan o'chadigan - 10 4 imp/s gacha bo'lgan vaqtni alohida ro'yxatga olish imkoniyatiga ega.

Hisoblagich samaradorligi hisoblagich tomonidan qayd etilgan impulslar sonining xuddi shu vaqt ichida hisoblagichning ish hajmiga tushgan zarrachalarning (kvantlarning) umumiy soniga nisbati. Samaradorlik faolligi ma'lum bo'lgan radioaktiv preparatlarning nurlanishini o'lchash yo'li bilan aniqlanadi (ma'lumotnoma).

Hisoblash xususiyati hisoblash tezligining (impulslar soni / min) hisoblagichga qo'llaniladigan kuchlanishga bog'liqligini ifodalaydi. Vaqt birligida doimiy hisoblash tezligi o'rnatilgan kuchlanish mintaqasi "qarshi plato" deb ataladi. Qanchalik katta bo'lsa va platoning nishabi qanchalik past bo'lsa, hisoblagich shunchalik yaxshi bo'ladi (4.3.15-rasm).

O'z-o'zidan o'chadigan metrlarda platoning uzunligi 200-300 V, nishab 3-5% ni tashkil qiladi.

Nurlanishni ro'yxatga olishning sintillyatsion (lyuminestsent) usuli.

Atomlarning qo'zg'aluvchan holatdan yoki ionlangan holatdan asosiy holatga o'tishida energiya yorug'lik chaqnashi (ssintilatsiya) shaklida chiqariladi, masalan, yorug'lik energiyasini elektr signaliga aylantirish orqali aniqlanishi mumkin. fotoelektrik multiplikator (PMT) yordamida. Sintillyatsion hisoblagich qurilmasining sxemasi 4.3.16-rasmda ko'rsatilgan.

Sintilatorda hosil bo'lgan yorug'lik impulsi ta'sirida elektronlar fotoelektrik effekt tufayli fotokatoddan chiqib ketadi, ular elektr maydoni tomonidan to'planadi va birinchi dinodga yo'naltiriladi, ikkinchi darajali elektronlarni siqib chiqarish uchun etarli energiyaga tezlashadi. keyingi dinod va boshqalar. Shunday qilib, elektronlarning ko'chkisi katoddan anodgacha ortadi; sintilatorda hosil bo'lgan juda zaif yorug'lik chaqnashlari ro'yxatga olingan elektr impulslariga aylanadi.

Ssintillyatsion hisoblagichlar gaz razryadli hisoblagichlarga nisbatan yuqori hisoblash samaradorligi (100% gacha) va alfa zarralarini ro'yxatga olishda 10 -5 va beta zarralarini ro'yxatdan o'tkazishda 10 -8 ga ega.

Yarimo'tkazgichli detektorlar Ionlashtiruvchi nurlanishning (PPD) qattiq holatdagi ionlash kamerasi bo'lib, unda elektronlar va teshiklar elektr zaryad tashuvchisi rolini o'ynaydi. Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida PPDda elektr toki hosil bo'ladi. Oqimning kattaligi ionlashtiruvchi nurlanish miqdorini aniqlaydi.

Fotosurat usuli ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida fotografik emulsiyaning qorayish darajasini aniqlashga asoslanadi. Fotoplastinka fotoemulsiyasining qorayish darajasi nurlanish dozasiga proporsionaldir. Beta va gamma nurlanish bilan ishlaydigan shaxslar uchun dozimetrik foto nazorati (IPC) ushbu printsipga asoslanadi.

Kimyoviy usullar radiatsiya ta'sirida yuzaga keladigan ma'lum o'zgarishlarni ro'yxatga olish asosida. Masalan, rangning o'zgarishi, gazning chiqishi, kolloid eritmalarning cho'kishi va boshqalar. O'zgarish darajasi so'rilgan nurlanish energiyasiga proportsionaldir. Radiatsiya ta'sirida ikki valentli temir ionining uch valentli ionga oksidlanishiga asoslangan ferrosulfat va seriy dozimetrlari keng tarqalgan. Seriyli dozimetrda seriyning konsentratsiyasi nurlanishdan oldin va keyin aniqlanadi.

Kalorimetrik usul moddada nurlanish energiyasini yutish jarayonida ajralib chiqadigan issiqlik energiyasini maxsus kalorimetrlar yordamida o'lchashga asoslanadi.

Radiatsiyani o'lchash asboblari va ularning maqsadi.

Ionlashtiruvchi nurlanishni o'lchash asboblarini shartli ravishda uch toifaga bo'lish mumkin: radiometrik (radiometrlar), dozimetrik (dozimetrlar), yadro fizikasi tadqiqotlari uchun elektron uskunalar bloklari va qurilmalari.

radiometrlar- bular radioaktiv preparatlar va nurlanish manbalarining faolligini o'lchash, ionlashtiruvchi zarrachalar va kvantlarning oqim zichligi yoki intensivligini, ob'ektlarning sirt radioaktivligini, aerozollarning o'ziga xos faolligini aniqlash uchun mo'ljallangan gaz tashuvchisi, sintillyatsion hisoblagichlar va boshqa detektorli qurilmalar. , gazlar va suyuqliklar.

Dozimetrlar (radiometrlar) - ta'sir qilish va so'rilgan nurlanish dozalarini yoki mos keladigan doza tezligini o'lchaydigan asboblar. Dozimetrlar uchta asosiy qismdan iborat: detektor, ionlanish oqimini kuchaytiruvchi radio sxemasi va ro'yxatga olingan (o'lchash) qurilma.

Ishlash printsipiga ko'ra, dozimetrlarni ikki guruhga bo'lish mumkin. Birinchi guruh vaqt birligidagi rentgenlarda doza tezligini o'lchaydigan dozimetrlardan iborat, bu doza tezligi o'lchagichlari deb ataladi. Ikkinchi guruhga ma'lum vaqt oralig'ida nurlanish dozasini o'lchaydigan integratsiyalashgan dozimetrlar kiradi. Doza tezligini o'lchagichlardagi radiatsiya detektori ionlash kameralari, gaz deşarjlari yoki sintillyatsiya hisoblagichlari bo'lishi mumkin. Ionizatsiya kameralari odatda qurilmalarni birlashtirishda detektor sifatida ishlatiladi.