Авария на ЧАЭС Физика ядерного реактора Поглощение электромагнитного излучения в веществе Ядерное взаимодействие Эквивалентная доза. Радионуклиды в организме человека. Физика атомного ядра и элементарных частиц Цепная ядерная реакция

Атомная энергетика и ядерная физика

Пробег заряженных частиц в веществе. -электроны.

В пучке электронов даже при одинаковой их начальной энергии различные частицы по-разному углубляются в толщу вещества. Это связано с их рассеянием. Лишь некоторые электроны могут пройти весь путь в одном направлении. Минимальная толщина поглотителя, необходимая для полного поглощения энергии заряженной частицы, называется линейным пробегом (). Среднее значение модуля вектора между началом и концом пробега заряженной ионизирующей частицы в данном веществе называется средним линейным пробегом (). С увеличением энергии частицы её пробег в веществе возрастает. Пробег заряженной частицы в различных веществах будет обратно пропорционален концентрации электронов в поглощающей среде . Т.к.  ( - число Авогадро,  - плотность среды, А – массовое число), то , т.е. пробег, если его выражать в массе вещества, приходящегося на единицу площади , будет зависеть только от . За исключением атома водорода и атомов тяжёлых элементов эта величина  (начало и середина таблицы Менделеева). Величину  называют средним массовым пробегом. Теплоноситель, вода, движется в каналах с низу в верх, омывая ТВС и снимая тепловую энергию. Подвод теплоносителя осуществляется к каждому каналу, существует возможность регулировать расход воды через канал.

Длина пробега заряженных частиц зависит от заряда и энергии частиц и может быть рассчитана для средних и высоких энергий при интегрировании уравнения Бете-Блоха. Кривые «длина пробега – энергия» для электронов, протонов и -частиц в воде приведены на рис. 20.

Рис. 20. Длина пробега электронов (1), протонов (2) и a-частиц (3) в органических веществах с плотностью r=1г/см2 в зависимостью от энергии.

Чем больше первоначальная энергия частицы, тем больше её пробег в веществе. Для низких энергий падающих частиц эта теория становится неточной и значения, вычисленные для соответствующих длин пробега, недостоверны.

В конце пробега, заряженная частица создаёт больше ионов на единицу пути, чем в начале (рис. 21). Это следует из зависимости линейной плотности ионизации (ЛПИ) от скорости частицы, т.е. из того, что

Рис. 21. Линейная плотность ионизации для протонов (140 МэВ, биологическая ткань) – 1 и дейтинов (190 МэВ, Н2О) – 2.

Длина пробега некоторых типов заряженных частиц (в том числе и испускаемых некоторыми изотопами) представлена в таблицах 7-9.

Табл. 7

Длина пробега электронов

Е, КэВ

, мкм

0,1

0,0031

1,0

0,0554

10,0

2,517

100

141,2

480

1651

Табл. 8.

Длина пробега -частиц

Е, МэВ

Воздух, см

Биоткань, мкм

4

2,5

31

4,8

3,3

40

5,5

4,0

49

8,8

8,6

105

Табл. 9.

Длина пробега электронов

Изотоп

Е, МэВ

Воздух, см

Биоткань, мкм

0,0179

0,2

-

0,155

15,5

200

0,167

16,3

240

0,255

46,5

600

1,704

600

8000

3,58

1400

19000

Падающая быстрая заряженная частица передаёт выбитому из атома электрону столь большую энергию, что тот в свою очередь ионизирует соседние атомы до своей полной остановки. В таких случаях говорят об образовании -электронов (иногда устанавливают порог: если их энергия >>100 эВ). На пути движения -электронов наблюдаются вызванные ими скопления ионов (рои). Чем выше энергия -электронов, тем реже рои образуются. Доля скоплений с числом ионов, равным 1, 2, 3, 4 и более четырёх43%; 22%; 12%; 10% и 13% их общего числа. В среднем -электроны способны создать 3-4 пары ионов на своём пути. Почти половина всех ионизаций от заряженных частиц создаётся -электронами.

Возбуждение атомов требует меньше энергии, чем ионизация, и летящая частица способна возбуждать атомы, расположенные на большем удалении от её траектории, чем при ионизации. Поэтому на каждый акт ионизации приходится несколько актов возбуждения, на которые расходуется энергия летящей частицы. В среднем одна пара ионов образуется при поглощении в веществе биологического объекта примерно 33-34 эВ, что больше среднего потенциала ионизации (10-17 эВ). Соответственно этому энергия, теряемая падающей частицей на образование одного скопления ионов, составляет в среднем 100 эВ.


Атомная физика