Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią:

a) zjawiska fizyczne

odpowiedzialne za

osłabianie

promieniowania rtg i γ w

materii:



Zjawisko fotoelektryczne-

zjawisko to

jest bliskie procesowi jonizacji, a polega ono

na absorpcji energii kwantu promieniowania

przez elektron znajdujący się na jednej z

orbit atomu pochłaniającego. Energia

pochłanianych kwantów jest duża, dlatego

ich absorpcja prowadzi do jonizacji, a

wybite elektrony posiadają znaczną energię

kinetyczną, która jest równa różnicy między

energią pochłoniętego kwantu (

) i energią

jonizacji (E



Zjawisko Comptona-

Zjawisko to ma

miejsce, gdy energia kwantów

promieniowania posiada odpowiednią wartość

(od 10

eV do 10

eV). Polega ono na

sprężystym zderzeniu kwantu promieniowania

z elektronem. W zderzeniu tym foton oddaje

część swojej energii elektronowi, co zmniejsza

częstotliwość promieniowania. Zmienia się

także kierunek ruchu fotonu- dochodzi do jego

rozproszenia. Energia kwantu znacznie

przekracza energię wiązania elektronu w

atomie, dlatego w analizie zjawiska elektron

traktowany jest jako swobodny.

Fotony rozproszone w efekcie

Comptona, w zależności od ich energii,

mogą brać udział ponownie w tym

zjawisku lub mogą być pochłonięte w

efekcie fotoelektrycznym. Szybkie

elektrony uzyskiwane przy

rozproszeniu podlegają procesom

absorpcji cząsteczek.



Tworzenie par negaton- pozyton-

gdy

energia kwantu promieniowania przekracza

graniczną wartość 1,02 MeV i kwant taki

przechodzi w pobliżu jądra atomowego,

może wystąpić zjawisko tworzenia par. W

zjawisku tym dochodzi do zamiany energii

promieniowania na masę dwóch cząstek

elementarnych: negatonu i pozytonu. Obie

te cząstki to elektrony, negaton posiada

ładunek ujemny, a pozyton jest obdarzony

ładunkiem dodatnim. Masy obu cząsteczek

są jednakowe.

Gdy energia fotonu jest większa od wartości

granicznej, nadwyżka energii przekazywana

jest utworzonym cząstkom jako ich energia

kinetyczna. Czas życia pozytonu w otoczeniu

zbudowanym ze „zwykłej” materii jest krótki;

po napotkaniu przez pozyton negatonu obie

cząsteczki anihilują- znikają. W wyniku tego

procesu z dwóch cząstek powstaje

promieniowanie elektromagnetyczne typu γ.

W zależności od ilości kwantów

promieniowania powstających w tym

procesie mówimy o zaniku jedno-, dwu- lub

trój kwantowej.

W zjawisku anihilacji spełnione muszą być:

-zasada zachowania energii, z której wynika, że w

przypadku anihilacji wielokwantowej powstające

kwanty promieniowania γ mają energie mniejsze niż

1,02 MeV, czyli nie mogą uczestniczyć w tworzeniu

kolejnych par pozyton- negaton.

-zasada zachowania pędu- gdyby anihilujące cząstki

nie posiadały pędów to powstające kwanty

promieniowania powinny rozchodzić się w

przeciwległych kierunkach (suma ich pędów musi być

równa pędowi początkowemu układu, a więc zero). W

rzeczywistości kwanty te rozchodzą się pod kątem

różnym od 180

różnym od 180 º

, co oznacza, że przynajmniej jedna z

cząstek posiadała przed anihilacją pęd różny od zera.

Prawdopodobieństwo wystąpienia

jednego z trzech opisanych efektów

zależy od energii pochłanianego

promieniowania i od rodzaju substancji

pochłaniającej.

Na poniższym wykresie

przedstawiona jest możliwość

występowania tych efektów w

zależności od energii padających

kwantów oraz od liczby atomowej

pochłaniającego pierwiastka:

Zjawisko fotoelektryczne przeważa,

gdy energie padających kwantów są

małe, efekt Comptona występuje dla

średnich wartości energii, a zjawisko

tworzenia par przeważa, gdy energie

fotonów są odpowiednio wysokie i

liczba atomowa pochłaniającego

pierwiastka odpowiednio wysoka.



Pochłanianie wiązki

elektromagnetycznego

promieniowania jonizującego

prowadzi do jej osłabienia.

Zależność między natężeniem

wiązki promieniowania

przechodzącego przez warstwę

absorbenta o grubości

natężeniem wiązki padającej

określona jest przez prawo

absorpcji promieniowania.

Prawo absorpcji

promieniowania:

I = I

-μx

gdzie:

- natężenie wiązki promieniowania przechodzącej

przez absorbent,

- natężenie wiązki padającej,

- liniowy współczynnik pochłaniania,

- grubość warstwy absorbenta

Liniowy współczynnik pochłaniania

(μ):



charakteryzuje ośrodek pochłaniający,



składa się z trzech składników:

μ = τ + δ + π

fotoelektryczny

comptonowski

tworzenia par

•

jego wartość zależy od energii

padających

fotonów i gęstości absorbującego

ośrodka.

Masowy współczynnik pochłaniania

(μ / ρ):

•

charakteryzuje ośrodek pochłaniający,

•

pozwala uniknąć zależności od gęstości

absorbującego ośrodka,

•

odpowiada zdolności absorpcyjnej

warstwy

absorbentu o masie 1 kg i powierzchni 1

Promieniowanie

korpuskularne



Cząstki promieniowania korpuskularnego

posiadają duże energii kinetyczne co

umożliwia jonizacje lub wzbudzanie

atomów ośrodka pochłaniającego z którymi

się zderzają. Wzbudzone atomy emitują

kwanty promieniowania

elektromagnetycznego które przy niższych

energiach zamieniane są na ciepło. Jeśli

pochłanianymi cząstkami są elektrony (β-)

to dodatkowo mogą one być wyhamowane

w pobliżu jader atomowych ośrodka

pochłaniającego.

Jeśli energia wybitych elektronów jest

mała to poprzez zderzenia zostaje ona

zamieniona na ciepło.



„

Produktami” absorpcji

promieniowania korpuskularnego są:

Elektrony i zjonizowane atomy oraz

promieniowanie elektromagnetyczne i

ciepło.

Ponieważ jonizacja atomów jest

spowodowana zderzeniami cząstek

promieniowania z atomami,

promieniowanie korpuskularne

nazywamy promieniowaniem

jonizującym bezpośrednio



Zdolność danego ośrodka do

pochłaniania promieniowania

jonizującego może być opisana

poprzez podanie ilości energii

traconej przez promieniowanie na

jednostkę długości przez nie drogi

(dE/dx).



Wielkość ta określona jest przez

wzór Bethego.

Gdzie:

•

B - wielkość zależna m.in. Od ilości

ładunków elementarnych niesionych

przez cząstkę promieniowania

•

v - prędkość cząstki jonizującej

•

p - gęstość absorbującego ośrodka

•

Z i A - odpowiednio liczba atomowa i

masowa.

Document Outline