4.5 Вопросы для самоконтроля

1. Изобразите схемы распада нуклидов, в которых представлены: а) α- и γ-излучения; б) β^–- и γ-излучения; в) β⁺- и γ-излучения. Приведите конкретные примеры.

2. Опишите внутриядерный процесс, в результате которого возникает: а) β^–-излучение; б) β⁺ -излучение.

3. Почему β-спектры непрерывны?

4. Приведите соотношение между кинетической энергией альфа-частицы и кинетической энергией ядра отдачи.

5. В каких случаях образуются длиннопробежные альфа-частицы?

6. Приведите зависимость между периодом полураспада и энергией альфа-частицы.

7. Каков вид зависимости потенциальной энергии между α-частицей и ядром отдачи от расстояния между их центрами ?

8. Каковы условия β-распада ?

9. Эмпирическая формула Вайцзеккера.

10. Природа гамма-излучения. Ядерная изомерия.

11. Место гамма-излучения в электромагнитном спектре.

12. Спонтанное деление: механизм, примеры.

Глава 5. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разных знаков.

Ионизирующее излучение делится на корпускулярное, к которому относится излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля, т.е. α- и β-частицы, нейтроны, протоны, мезоны и др., и электромагнитное – фотонное излучение, в которое входит рентгеновское и гамма-излучение. По виду взаимодействия ионизирующее излучение подразделяется на непосредственное и косвенное ионизирующее.

Непосредственное ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, например, из электронов, протонов, α-частиц, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении с атомами среды. В результате такого взаимодействия выбиваются орбитальные электроны из атомов прямо при кулоновском взаимодействии, и образуются ионы.

Косвенное ионизирующее излучение состоит из незаряженных частиц, например, из нейтронов или фотонов, создающих непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывающих ядерные превращения с образованием ионизирующих частиц. Энергия этих частиц передается вначале заряженной частице (электрону или протону), а затем эти вторичные частицы уже производят ионизацию атомов и (или) вызывают ядерные превращения.

Проходя через вещество, ядерное излучение взаимодействует с орбитальными электронами атома и ядром посредством различных физических процессов. Характер взаимодействия зависит от вида и энергии излучения, а также от свойств среды, в которой происходит взаимодействие.

Различают два типа взаимодействия – упругое и неупругое. При упругом взаимодействии сумма кинетических энергий и взаимодействующих частиц не изменяется, а происходит лишь перераспределение энергии между ними. При неупругом взаимодействии сумма кинетических энергий участников взаимодействия уменьшается, так как часть кинетической энергии переходит в другие формы (энергию возбуждения, энергию разрыва связей и др.) и, в конечном счете, рассеивается в виде теплоты и длинноволнового излучения.

Ионизирующее излучение, в зависимости от массы и заряда, можно подразделить на четыре группы:

1) тяжелые заряженные частицы: α-частицы, протоны, ядра отдачи и др.;

2) легкие заряженные частицы: электроны и позитроны;

3) фотонное излучение: рентгеновское и γ-излучение;

4) нейтронное излучение: нейтроны различных энергий.

Рентгеновское излучение бывает двух видов: а) характеристическое излучение, возникающее при переходе электронов с одного атомного уровня на другой, и б) тормозное излучение, возникающее при торможении заряженных частиц в веществе. Характеристическое излучение является дискретным, тогда как тормозное излучение имеет непрерывный спектр.

Ниже будет рассмотрено взаимодействие основных видов излучения с веществом.