1. Koeficient lineárneho útlmu m je pomer očakávanej hodnoty akcie dN/N nepriamo ionizujúce častice, ktoré zažili interakciu počas prechodu elementárnej dráhy dl
Jednotka merania je m - 1 / m, 1 / cm.
2. Koeficient útlmu hmoty m m- pomer koeficientu lineárneho útlmu m k hustote látky r, cez ktorú ionizujúce žiarenie nepriamo prechádza:
Jednotka merania je m 2 / kg, cm 2 / g.
3. Pod najazdených kilometrov nabitých častíc sa rozumie extrapolovaný rozsah a rozsah g-kvant je prevrátenou hodnotou koeficientu lineárneho zoslabenia v látke.
4. Pomer prenosu lineárneho výkonu m tr Je pomer energetickej frakcie d e / e nepriamo ionizujúceho žiarenia, ktoré sa pri prechode elementárnou cestou premieňa na kinetickú energiu nabitých častíc dl v podstate na dĺžku tejto cesty:
m tr = . (2.3)
Jednotka merania m tr- 1 / m, 1 / cm.
Koeficient prestupu hmoty m tr, m súvisí s koeficientom lineárneho prenosu energie m tr
m tr, m = . (2.4)
Jednotka merania m tr, m- m 2 / kg, cm 2 / g.
5. Koeficient absorpcie lineárnej energie m ru Je produktom koeficientu lineárneho prenosu energie m tr rozdielom medzi jednotkou a zlomkom energie g sekundárne nabité častice transformujúce sa v danej látke na bremsstrahlung:
m ru= m tr× (1 - g). (2.5)
Jednotka merania m ru- 1 / m, 1 / cm.
Koeficient absorpcie energie m en, m súvisí s koeficientom lineárnej absorpcie energie m ru cez hustotu média r, v ktorom sa žiarenie šíri:
m en, m= m ru/ r. (2,6)
Jednotka merania m en, m- m 2 / kg, cm 2 / g.
Pre rádionuklidové zdroje fotónového žiarenia
(e 3 MeV) vo vzduchu g 0,01 GBP, dá sa teda predpokladať s presnosťou dostatočnou na uplatnenie problémov.
Pre fotónové žiarenie sa koeficienty prenosu a absorpcie energie získavajú súčtom interakčných koeficientov v dôsledku fotoabsorpcie, nekoherentného rozptylu slabo viazanými elektrónmi a absorpcie počas tvorby párov elektrón-pozitrón.
6. Pre chemické zlúčeniny alebo zložité chemické látky sa hmotnostné koeficienty prenosu a absorpcie energie fotónov získajú súčtom:
m m = , (2.7)
kde m m, i- hmotnostný koeficient i th zložka s hmotnostným zlomkom w i; = 1.
7. Interakcia neutrónov s hmotou je zložitejšia ako interakcia fotónov a závisí nielen od chemického zloženia, ale aj od izotopového zloženia, tj. z jednotlivých nuklidov, ktoré tvoria látku. V referenčných knihách sú uvedené celkové mikroskopické prierezy interakcie ako funkcia energie s (e). Makroskopický prierez daného jadrového procesu S, 1 / cm, súvisí s mikroskopickým prierezom s, cm 2 vyjadrením
kde e je energia neutrónov; N A- číslo Avogadra; M, r je hmotnostné číslo a hustota prvku, s ktorým neutrón interaguje.
8. Charakteristikou interakcie nabitých častíc s hmotou je energia žiarenia e prenášaná do hmoty v interakciách vedúcich k ionizácii a excitácii atómov a molekúl. Pomer priemernej hodnoty energie stratenej nabitou časticou v dôsledku kolízií pozdĺž elementárnej dráhy dl, na dĺžku tejto cesty je množstvo úplný lineárny prenos energie L:
Straty energie pre brzdenie nie sú zahrnuté vo vzorci (2.9). Skratka LET sa používa na označenie úplného lineárneho prenosu výkonu. Jednotka LET je J / m. Špeciálnou použitou jednotkou je kiloelektrón-volt na mikrometer (keV / μm) vody.
9. Priemerná NS energia prenesená do cieľa... Energia prenášaná žiarením na obmedzený objem hmoty sa rovná rozdielu medzi celkovou kinetickou energiou všetkých nabitých a nenabitých častíc a množstiev vstupujúcich do uvažovaného objemu a celkovou kinetickou energiou všetkých nabitých a nenabitých častíc a množstiev opúšťajúcich tento objem .
Lineárny prenos energie (LET) je fyzikálna charakteristika kvality ionizujúceho žiarenia, ktorá sa rovná pomeru celkovej prenesenej energie: k látke nabitou časticou v dôsledku kolízií na ceste, k dĺžke tohto atuti. [. ..]
Minimálna hodnota K = 1 zodpovedá prípadu lineárneho prenosu energie. V ostatných prípadoch odporúča hodnotu tohto koeficientu Medzinárodná komisia pre radiačnú ochranu (ICRP) a je uvedená v tabuľke. 10,2 (maximálna hodnota K = 20). [...]
Existujú dva dôvody, prečo je vyššie uvedená lineárna teória v skutočnosti nevhodná na vysoko presné výpočty hurikánového efektu. Jedným z nich je, že samotný dopad hurikánu je taký silný, že je nemožné zanedbať nelineárne výrazy v rovniciach. Druhým dôvodom je veľká úloha tepelných účinkov. Účinok prenosu tepla sa ukazuje ako obzvlášť dôležitý, pretože (pozri) hurikány skutočne podporujú ich existenciu vďaka energii, ktorú čerpajú z dostupného zásobníka tepla v oceáne. Hurikán zároveň nielen odstraňuje teplo z oceánu, ale ho aj redistribuuje zmiešaním, ktoré pôsobí súčasne s účinkami advekcie. Všetky tieto účinky ovplyvňujú distribúciu izopycnu znázornenú na obr. 9.9. [...]
Medzi charakteristické znaky štvorpólového hmotnostného filtra patrí lineárna stupnica hmotnostného spektra, vysoký koeficient prenosu iónov zo zdroja do detektora a nevýznamná závislosť rozlíšenia od počiatočného šírenia energie iónov. [...]
Najdôležitejšie ukazovatele účinku žiarenia na látku sú absorbovaná dávka a lineárny prenos energie (LET). [...]
Pri grafickom znázornení rovnice (IV.105) v logaritmických súradniciach pre predpokladané procesy prenosu energie získame lineárnu závislosť ukazovateľa vlastností molekuly od dávky žiarenia. [...]
Kvôli nedostatku experimentálnych prostriedkov na testovanie takéhoto predpokladu je hypotéza o úlohe tangenciálnej sily pri prenose energie do vĺn až do našej doby držaná mnohými autormi. Medzitým je možné preukázať, že množstvo energie prijatej vlnami týmto kanálom je zanedbateľné v porovnaní s tým, čo sa v skutočnosti získava z vetra. Ak vezmeme do úvahy pohyb častíc povrchovej vody pozdĺž ich dráh, malo by sa dospieť k záveru, že v hornej polovici obežnej dráhy by mala tangenciálna sila prispievať k zvýšeniu lineárnej rýchlosti častíc; ale na druhej strane by v dolnej polovici obežnej dráhy mala tangenciálna sila trenia vzduchu proti vodnej hladine spomaliť orbitálny pohyb častíc, pretože tu je nasmerovaná v opačnom smere ako je lineárna rýchlosť častíc. [...]
Biologická syntéza proteínov je zložitý, viacfázový alebo viacstupňový proces. Na syntéze bielkovín sa okrem RNA podieľa aj množstvo enzýmov. V prvom štádiu sa aktivujú aminokyseliny, ktoré sa potom spoja do peptidových reťazcov. Druhým krokom je transport aktivovaných aminokyselín do ribozómov. Tretím krokom je usporiadanie a kombinácia iniciovaných aminokyselín a ich umiestnenie v požadovanej sekvencii na mediátorovej RNA, po ktorom nasleduje uzatvorenie peptidových väzieb. Štvrtým krokom je tvorba objemovej štruktúry z lineárnej molekuly vlastnej danému proteínu. Zvýšenie reaktivity, aktivácia aminokyselín zvyšuje možnosť ich vzájomnej interakcie; tento proces sa uskutočňuje interakciou aminokyselín s kyselinou adenozíntrifosforečnou (ATP). V tomto prípade sa energia prenáša z jednej vysokoenergetickej väzby ATP na aminokyselinu, ktorá sa posúva na vyššiu energetickú hladinu. Aktivácia aminokyseliny prebieha za účasti enzýmu aminoacyl-RNA syntetázy. Na aktiváciu rôznych aminokyselín sú potrebné rôzne enzýmy, syntetázy. Počas syntézy sa aminokyselinová sekvencia uskutočňuje pomocou kodónov (fragmentov reťazca DNA).
Metódy hodnotenia a predpovedania radiačného rizika na kozmickej lodi sú založené na štúdiách mechanizmov výskytu radiačných účinkov v pevných látkach a biologických objektoch, ktoré sa uskutočňujú v laboratórnych podmienkach na simulačných zariadeniach ionizujúceho žiarenia (urýchľovače, rádioizotopové zariadenia). Tieto dlhodobé štúdie umožnili vyvinúť modely a ustanoviť všeobecné vzorce výskytu radiačných účinkov v konštrukčných materiáloch a výrobkoch kozmickej technológie, ako aj všeobecne vyriešiť problém radiačnej bezpečnosti astronautov v kozmickom priestore. lety. Účinky žiarenia sa vyskytujú v dvoch fázach. V prvej rýchlo tečúcej fáze (< ~ 1 нс) происходит передача кинетической энергии от налетающих частиц электронам и ядрам вещества. Выделяют образование эффектов двух типов: ионизационных эффектов и первичных структурных нарушений (смещенных атомов). На 2-ой стадии возбужденная система из электронов и атомов приходит в новое равновесное состояние. Процессы релаксации обоих подсистем взаимосвязаны, а время их протекания зависит от температуры, распределения электрических полей и других свойств вещества.
Lineárny prenos energie (LET)
Hodnota LET, L, kvantitatívne charakterizuje hlavnú príčinu účinkov žiarenia - prenos energie z častice na hmotu. LET sa uvažujú pri tvorbe ionizačných účinkov a štrukturálnych porúch. Pri hodnotení účinkov žiarenia vznikajúcich pri pôsobení nabitých častíc vesmíru sa hodnoty LET rovnajú strate špecifickej energie, dE / dx, - priemernej energii, ktorú častica stratí na jednotku svojej dráhy.
- LET je hlavná fyzikálna veličina, ktorá kvantitatívne charakterizuje energetický príspevok jednej častice k vzniku účinku žiarenia,
- LET, L je priemerná energia, ktorú môže látka prijať od dopadajúcej nabitej častice na jednotku jej dráhy
- LET jednotky - MeV / cm alebo MeV / (g / cm 2)
Strata energie nabitých častíc
Merné energetické straty nabitých častíc dE / dx = (dE / dx) e + (dE / dx) n sú definované v jadrovej fyzike pre kolízie častíc s elektrónmi hmoty (ionizačné straty, označené indexom „e“) a s atómami jadra (atómovo-jadrové straty, označené indexom „n“). Hodnoty týchto množstiev v závislosti od energie nabitých častíc sú známe pre mnohé látky ( Ziegler J. F. a kol., 1995).
Napríklad čísla ukazujú hodnoty (dE / dx) e(plné krivky) a (dE / dx) n(bodkované krivky) v kremíku „Si“, v závislosti od energie protónov (vodíkové jadrá „H“) (červené krivky), železných jadier „Fe“ (zelené krivky) a elektrónov „e“ (fialové krivky). Berie sa do úvahy, že pri vysokých energiách protónov (> ~ 30 MeV) prispievajú jadrové reakcie k ďalším stratám atómovej a jadrovej energie.
Je dôležité zdôrazniť, že pre vysokoenergetické nabité častice prítomné vo vesmíre (dE / dx) e >> (dE / dx) n.
Klasifikácia
- Účinky absorbovanej dávky sa prejavujú v dôsledku súčtu energie, ktorú mnoho častíc prenáša na citlivý objem látky
- Náhodné jednotlivé efekty vznikajú pri prenose energie z jednej častice na citlivý objem hmoty
Moderná klasifikácia radiačných účinkov berie do úvahy, že vnikanie častíc z celkového toku korpuskulárneho žiarenia do citlivý objem(objem, ktorý určuje funkčné vlastnosti materiálu alebo zariadenia) ožarovaného objektu diskrétne. Náhodné jednotlivé efekty (SAE) vznikajú v objektoch obsahujúcich citlivé objemy veľkosti mikrónov a v súčasnosti sa prejavujú, keď sú vysokoenergetické kozmické lúče vystavené moderným typom polovodičových elektronických zariadení (mikroobvody, CCD, optočleny atď.).
Absorbovaná dávka
Absorbovaná dávka D je kvantitatívne meranie rozsahu účinku žiarenia, ak k nemu dôjde v dôsledku vstupu mnohých častíc do citlivého objemu látky. Absorbovaná dávka je integrálnym indikátorom charakterizujúcim zmenu vlastností materiálu alebo zariadenia, ku ktorej došlo počas letu kozmickej lode od jej vypustenia.
Podľa definície: Absorbovaná dávka D - energia prevedená zo žiarenia na elementárny objem látky s jednotkovou hmotnosťou
D = ΔE / Δm [J / kg alebo sivá (100 rad)]
Pri vystavení prúdu častíc Ф s energiou E 0 = konšt
Pri vystavení prúdu častíc Ф i (E) odlišné typy a rôzne energie
kde 
- LET spektrum toku všetkých častíc.
Absorbovaná dávka zohľadňuje celkovú energiu prenesenú z častice do elektrónov aj do jadier elementárneho objemu. Ak sa však radiačný efekt vysvetľuje buď ionizáciou alebo štrukturálnymi poruchami, potom sa pri výpočtoch použijú hodnoty strát špecifickej energie buď pri elektronických, alebo pri jadrových zrážkach. V týchto prípadoch sa hovorí o ionizačná alebo neionizačná dávka(v zahraničnej literatúre „celková ionizujúca dávka (TID)“ a „neionizujúca elastická strata (NIEL)“).
Príklad účinku ionizačnej dávky
Nerovnovážne nosiče náboja, ktoré vznikajú počas ožarovania štruktúry MOS, menia existujúce náboje v oxidovej hmote a na rozhraní oxid-polovodič. Prvý účinok vedie k poklesu (zelená krivka) a druhý, počínajúc od určitej hodnoty ionizačnej dávky, k zvýšeniu (modrá krivka) prahového napätia n-kanálového MOS tranzistora. Výsledkom je, že konkurencia medzi týmito dvoma efektmi vysvetľuje nemonotónnu závislosť prahového napätia n-kanálového MOS tranzistora od ionizačnej dávky (červená krivka).
Príklad účinku neionizačnej dávky
Fotoprúd Ja
generované solárnymi článkami závisí od životnosti menšinových nosičov náboja v základnom polovodičovom materiáli prvku (kremík, arzenid gália) prvku. Pri vystavení žiareniu vysokej energie sa znižuje v dôsledku zníženia životnosti menšinových nosičov, čo sa vysvetľuje tvorbou štrukturálnych porúch (porúch žiarenia).
Toto zníženie (a následne akumulácia radiačných defektov) skutočne dobre koreluje so zvýšením neionizačnej dávky Dn bez ohľadu na typ dopadajúceho žiarenia (elektróny, protóny) a jeho energiu.
Ekvivalentná dávka
Výpočet absorbovanej dávky predpokladá, že uvoľnená energia z mnohých častíc je rovnomerne rozložená v elementárnom objeme. Iba v tomto prípade možno absorbovanú dávku považovať za kvantitatívne meranie radiačného účinku bez ohľadu na energiu a typ žiarenia.
Táto podmienka nie je splnená pôsobením protónov a silne nabitých častíc, keď sa uvoľnená energia koncentruje lokálne v stopách týchto častíc. V takom prípade je potrebné objasniť použitie absorbovanej dávky na posúdenie radiačného účinku.
Takže v rádiobiológii (a v radiačnej bezpečnosti letov s posádkou) na tieto účely faktor kvality w(Ľ) žiarenie, ktorý závisí od lineárneho prenosu energie (LET) častice, ktorý kvantitatívne charakterizuje energetický príspevok jednej častice k vzniku radiačného javu, ale nezohľadňuje veľkosť dráhy častíc, a teda ani distribúciu hustota prenesenej energie v tejto koľaji .
Ako kvantitatívne meranie radiačného účinku v rádiobiológii sa zvyčajne používa množstvo ekvivalentná dávka.
H [Sievert (100 rem)] = ∫ w (L) · L · Ф (L) dL
Jednotlivé náhodné efekty
Jednotlivé náhodné efekty (SSE) vznikajú v dôsledku porušenia vlastností citlivého objemu, keď ním prejde jedna častica. Vznikajú, keď ióny (ťažko nabité častice) ožarujú citlivé objemy veľkosti mikrónov. Napríklad v moderných mikroelektronických zariadeniach vznikajú OSE v dôsledku tvorby nerovnovážnych nosičov náboja v dôsledku ionizácie.
Podmienka výskytu: energia ∆E prenesená časticou do citlivého objemu musí byť vyššia ako prahová hodnota E c, ktorá charakterizuje funkčnú vlastnosť tohto objemu.
Snímka zobrazuje dva mechanizmy výskytu OSE pri vystavení časticiam kozmického žiarenia: priamo z iónov tvoriacich kozmické žiarenie (priamy mechanizmus) a zo sekundárnych iónov vytvorených v dôsledku jadrových zrážok protónov kozmického žiarenia s jadrami hmota (jadrový mechanizmus).
OSE je stochastický jav a pravdepodobnosť jeho výskytu je charakterizovaná takzvaným prierezom OSE. Všeobecne platí, že táto hodnota σ i ( E,θ
) závisí od typu častíc, ich energie a smeru pohybu iónov v citlivom objeme.
Modely priameho mechanizmu výskytu OSE zohľadňujú prierez OSE σ i (L, θ) v závislosti od LET iónov bez ohľadu na ich typ, čo umožňuje mať jednu závislosť prierezu OSE (namiesto mnohých) odhadnúť frekvenciu narušení z tokov iónov kozmického žiarenia vrátane iónov rôznych typov ...
Je dôležité poznamenať, že na rozdiel od absorbovanej dávky frekvencia OSE charakterizuje vlastnosť materiálu alebo zariadenia v určitom časovom okamihu, synchronizovanom s pôsobiacim tokom častíc. Frekvencia OSE sa však počíta aj pre dlhý časový interval, ale potom sa na jej výpočet použije priemerná hustota toku častíc v tomto intervale.
Kvantitatívne meranie výskytu OSE pri pôsobení toku častíc je Frekvencia OSE.
Pod vplyvom hustoty toku častíc F (1 / cm 2 s) s energiou E 0 = konšt a uhlom dopadu
θ 0 = konšt
ν = σ (E 0, θ 0) F
Pri vystavení hustote izotropného toku častíc F i (E) (1 / cm 2 cMeV) rôznych typov a rôznych energií
ν = ∑ i ∫∫∫ σ i (E, Ω) F i (E) dEdΩ
alebo použitie modelových reprezentácií pre priamy mechanizmus výskytu OSE
ν = ∫∫∫ σ ión (L, Ω) F i (L) dLdΩ
kde F (L) je diferenciálne LET spektrum hustoty toku častíc
Na stanovenie absolútnych hodnôt prierezov OSE a formy závislostí σ p (E) a σ iónov (L) sa používajú urýchľovače protónov a ťažkých iónov.
Hodnoty prierezu RSE σ iónu (L) z TSP stúpajú so zvyšovaním LET z určitej prahovej hodnoty L c a majú tendenciu ku konštantnej hodnote σ sat, ktorá závisí od veľkosti citlivého objemu mikroobjektu. Podobné zvýšenie hodnôt prierezu RSE σ p (E) sa pozoruje v závislosti od protónovej energie; v tomto prípade však prahová hodnota E c závisí od efektívnej prahovej hodnoty jadrových reakcií a hodnota σ sat závisí nielen od veľkosti citlivého objemu, ale aj od prierezu pre tvorbu zvyškových jadier v látke mikroobjektu.
V súčasnosti sa takéto závislosti získali pre mnoho pamäťových mikroobvodov, ktoré sa používali a používajú v zariadeniach kozmických lodí, pretože sú najcitlivejšou súčasťou modernej elektroniky z hľadiska výskytu OSE.
Príklady prierezu OSE pre pamäťové mikroobvody v normálnom uhle dopadu v závislosti od efektívneho LET (obrázok vľavo) a energie protónov (obrázok vpravo).
závery
- V súčasnosti je skúmaný vplyv radiačných účinkov na vlastnosti mnohých materiálov a výrobkov kozmickej technológie.
- Účinky žiarenia vo výrobkoch vesmírnych technológií sa ďalej členia na účinky absorbovanej dávky (EPD) a jednotlivé náhodné účinky (SSE).
- Kvantitatívnym meradlom radiačného rizika z EPD je vypočítaná hodnota absorbovanej dávky (ionizácia a neionizácia).
- Odhadovaná frekvencia jednotlivých náhodných účinkov slúži ako kvantitatívne meranie radiačného rizika z OSE.
- Riziko žiarenia pre produkty kozmickej technológie na palube kozmickej lode závisí od:
- jednotlivé charakteristiky materiálu a zariadenia, ktoré sa vyznačujú hodnotou lineárneho prenosu energie alebo prierezom jednotlivých náhodných účinkov a odrážajú ich radiačný odpor (citlivosť),
- ovplyvňujúceho radiačného prostredia, ktoré sa vyznačuje rozdielnymi energetickými spektrami toku Ф (Е) alebo hustoty toku F (E) častíc a odráža radiačné podmienky na kozmickej lodi.
Na stanovenie radiačných podmienok na kozmickej lodi je potrebné vziať do úvahy rôzne radiačné polia, ktoré sú vo vesmíre tvorené rôznymi zdrojmi a zahŕňajú toky nabitých častíc rôznych typov s rôznymi energetickými spektrami.
Forma týchto spektier a tokov častíc sa navyše mení v závislosti od trajektórie letu kozmickej lode a môže sa meniť počas letu kozmickej lode. Všetky tieto zmeny majú výrazný vplyv na úroveň radiačného rizika, ktoré by sa malo brať do úvahy na zabezpečenie prevádzkyschopnosti zariadenia kozmickej lode.
Ďalšia časť bude venovaná diskusii o všeobecných vzorcoch zmien radiačných podmienok a charakteristikách radiačného rizika vo vesmíre a na letových dráhach kozmických lodí.
Lineárny prenos energie (LET) nabitých častíc v absorpčnej látke (alebo L) je pomer priemernej energie dE prenesenej na absorbujúcu látku pohybujúcou sa nabitou časticou v dôsledku kolízií, keď sa pohybuje o vzdialenosť dl na túto vzdialenosť:
L = dE / dl. (2.4)
Termín LET úzko súvisí s brzdnou silou S. Hlavný rozdiel je v tom, že LET súvisí s energiou prenesenou do absorbujúcej látky, zatiaľ čo
ako S charakterizuje vlastnosť absorbujúcej látky, ukazuje, ako efektívne nabitá častica v látke stráca energiu, t.j. ako efektívne absorbér berie energiu z nabitej častice.
LET je dôležitý v radiačnej ochrane, pretože sa používa na výpočet faktora kvality daného radiačného poľa.
LET sa rovnako ako zastavovacia sila S meria v keV / μm.
INTERAKCIA ŤAŽKO NABITÝCH ČASTÍC S LÁTKOU
Interakcia nabitých častíc sa delí na elastickú a nepružnú.
Elastické interakcie sú tie, pri ktorých zostáva súčet kinetických energií interagujúcich častíc pred a po interakcii nezmenený. Tento proces je pružný rozptyl.
Pri nepružnej interakcii sa časť kinetickej energie nabitej častice prenáša na výsledné častice alebo fotóny; iná časť kinetickej energie sa prenáša do atómu alebo jadra na ich excitáciu alebo preskupenie. Medzi tieto interakcie patrí nepružný rozptyl, ionizácia a excitácia atómov a tvorba bremsstrahlung.
Uvažujme o interakcii ťažko nabitých častíc s hmotou na príklade α-častíc. Alfa častica je jadro atómu hélia, má dvojitý kladný náboj a štyri jednotky hmotnosti. Hmotnosť a-častice je 4,002777 amu. Rádionuklidy ťažkých prvkov prechádzajú hlavne rozpadom. Energia α-častíc (E α) emitovaných prírodnými a umelými rádionuklidmi sa pohybuje od 4,0 do 9,0 MeV. Takže pre 239 Pu E α = 5,15 MeV, pre 210 Po - 5,3 MeV, pre 226 Ra - 4,777 MeV. Rýchlosť pohybu α-častíc je rádovo 9 9 cm / s.
Pri prechode látkou sa energia častice α vynakladá hlavne na ionizáciu a excitáciu atómov absorbujúceho média (straty ionizáciou), ktoré pri E α> 0,1 MeV možno vyjadriť vzorcom:
kde E α - kinetická energia α-častice; e je elektrónový náboj; z je náboj α-častice;
Z je sériové číslo absorbéra; n je počet atómov v 1 cm3 látky; B je brzdný koeficient; m asi - pokojová hmotnosť elektrónu; V je rýchlosť častíc.
Jednou z najcharakteristickejších vlastností α-častíc je to, že majú určitý rozsah. Priemerný rozsah Ra monoenergetických α-častíc sa zvyčajne počíta pomocou empirických vzorcov. Na vzduchu za normálnych podmienok
(2.6)
kde R α - počet kilometrov, cm; 
- kinetická energia α-častíc, MeV;
n je bezrozmerný koeficient stanovený empiricky.
Pre α-častice emitované prírodnými α-žiaričmi (1< Е α <9МэВ), а = 0,318, n = 1,5. Для α-частиц с более высокими энергиями (Е α = ≤200 МэВ) а = 0,148, n = 1,8.
Takže α-častice s energiou E α = 5 MeV prechádzajú vzduchom vo vzdialenosti 3,52 cm a s energiou E α = 30 MeV - 68 cm.
Dráhu dráhy častice α v inom médiu možno určiť Braggovým vzorcom:
(2.7)
alebo podľa Glessenovho vzorca:
(2.8)
kde E α je energia alfa častice, MeV; A je atómová hmotnosť; Z - sériové číslo;
ρ je hustota absorpčnej látky, g / cm 3.
Na konci dráhy energia a-častice klesá natoľko, že už nie je schopná produkovať ionizáciu a po pripojení dvoch elektrónov k sebe sa zmení na atóm hélia. Plná ionizácia pre častice α predstavuje niekoľko stotisíc iónových párov. Napríklad sa vytvorí a-častica s energiou 7 MeV podľa (2.1)
páry iónov.
Čím väčšia je energia častice α, tým väčší je jej rozsah a tým viac sa tvoria iónové páry.
Lineárna ionizačná hustota tiež závisí od energie častice α, ale závislosť je inverzná - čím nižšia je energia častice, a teda aj rýchlosť, tým väčšia je pravdepodobnosť jej interakcie s orbitálnymi elektrónmi. Lineárna hustota ionizácie vzduchu a-časticou, napríklad pre 210 Po (E α = 5,3 MeV, lineárny rozsah R = 3,87 cm, energia tvorby páru iónov ε = 33,85 eV / pár) je určené vzorcom (2.2)
iónové páry / cm.
Špecifická ionizácia dosiahne svoju maximálnu hodnotu na konci cyklu.
Lineárna ionizačná hustota vzduchu pozdĺž dráhy α-častice je znázornená na obrázku 2.4. Z obrázku je zrejmé, že hustota lineárnej ionizácie je rozložená nerovnomerne, zvyšuje sa na konci dráhy a potom prudko klesá na nulu. Napríklad a-častica s energiou 4,8 MeV vo vzduchu na začiatku dráhy tvorí 2,104 párov iónov / cm a na konci dráhy 6,104 párov iónov / cm. Zvýšenie hustoty ionizácie na konci dráhy, po ktorom nasleduje prudké zníženie na nulu, sa vysvetľuje skutočnosťou, že častica α, ktorá prechádza spomalením, stráca svoju rýchlosť, keď sa pohybuje látkou; následne sa zvyšuje čas jeho prechodu cez atóm na konci dráhy, a teda aj pravdepodobnosť prenosu na elektrónovú energiu dostatočnú na jej vytrhnutie z atómu. Keď sa stane rýchlosť častice α
porovnateľná s rýchlosťou pohybu atómov hmoty, potom častica α zachytí a udrží prvý jeden a potom druhý elektrón a premení sa na atóm hélia - ionizácia sa zastaví.
Ryža. 2.4. Lineárna ionizačná hustota vzduchu pozdĺž dráhy α-častice.
α-častice s rovnakou energiou (monoenergetickou) v absorbéri prechádzajú prakticky rovnakou vzdialenosťou, t.j. počet α-častíc pozdĺž takmer celej dráhy dráhy neustále a na konci dráhy prudko klesá na nulu. Spektrum distribúcie dráhy monoenergetických α-častíc je znázornené na obrázku 2.5. Diferenciáciou integrálnej krivky je možné získať distribučnú krivku rozsahov α-častíc okolo priemernej hodnoty R 0 - priemerného rozsahu α-častíc.
Rozsah α-častíc je vzhľadom na ich veľkú hmotnosť prakticky priamočiary, čo bráni v odchýlení sa častíc α od priamej dráhy pôsobením elektrických síl atómu. Napriek vysokým energiám α-častíc je ich penetračná schopnosť a dosah extrémne malá, napríklad 4 × 10 cm vo vzduchu, a v ľudských mäkkých tkanivách, v tekutých a tuhých látkach, to bude niekoľko mikrónov.
Ryža. 2.5. Distribučné spektrum rozsahov monoenergetických α-častíc: 1 - integrálne; 2 - diferenciál.
Keď sa energia zmení z 1 na 10 MeV, maximálny rozsah α-častíc vo vzduchu sa zmení z 0,52 na 10,5 cm a pri E α = 5 MeV je 3,52 cm a v biologickom tkanive sa zmení zo 7,2 10 -1 na 1,2 · 10. -2 cm, pri E α = 5 MeV Rmax = 4,4 · 10 -3 cm.
INTERAKCIA ĽAHKO NABITÝCH ČASTÍC S LÁTKOU
Uvažujme ako príklad interakciu svetlo nabitých častíc s hmotou pomocou β-častíc. β-častice sú prúdom elektrónov alebo pozitrónov. Elektrón a pozitrón
majú rovnakú hmotnosť a rovnaký náboj, ale líšia sa v znamení náboja. Hmotnosť elektrónu je 0,000549 amu. Na rozdiel od α-častíc majú β-častice spojité, spojité, energetické spektrum.
V závislosti od energie β-častíc sa rozlišuje medzi mäkkým a tvrdým β-žiarením. β-Častice s energiami do niekoľkých desiatok keV sa nazývajú mäkké β-žiarenie a tie s vysokou energiou sa nazývajú tvrdé β-žiarenie.
Proces prechodu β-častíc hmotou je zložitejší ako proces prechodu α-častíc. Energia sa vynakladá na ionizáciu a straty žiarenia, na rozptyl β-častíc. Jadrové reakcie prebiehajú iba pri vysokých (viac ako 20 MeV) elektrónových energiách.
Ionizačné straty β-častíc, ako aj α-častíc, sú spojené s ionizáciou a excitáciou atómov absorbéra, ale pravdepodobnosť interakcie β-častíc s hmotou je menšia ako u α-častíc, pretože β- častice majú v porovnaní s α-časticami polovičný náboj a mnohokrát menšiu hmotnosť (7 000-krát). Počas ionizácie β-častice vyrážajú orbitálne elektróny, ktoré môžu produkovať ďalšiu (sekundárnu) ionizáciu. Celková ionizácia je súčtom primárnej a sekundárnej ionizácie. Na dráhe 1 um v látke vytvorí β-častica niekoľko stoviek párov iónov. Spomalený elektrón zostane voľný alebo bude zachytený atómom a bude vo viazanom stave a pozitrón anihiluje.
Straty ionizáciou závisia od počtu elektrónov v atómoch absorbéra. Počet elektrónov v 1 cm 3 látky sa dá vypočítať z pomeru
n = ρ Ν Α (Ζ / Α) = 6,023 10 23 ρ (Ζ / Α), (2,9)
kde Ν Α je Avogadrovo číslo; A je atómová hmotnosť; ρ je hustota absorbéra; Z je atómové číslo absorpčného prvku.
Následkom toho sú ionizačné straty (dЕ / dх) ión ≈ ρ · Ζ /.
Pri zmene Z sa pomer Z / A mení z 0,5 pre ľahké látky na 0,4 pre olovo, t.j. pre rôzne prvky pomer Z / A sa mení nevýznamne (okrem vodíka, pre ktorý Z / A = 1), čo nám umožňuje považovať tento pomer za približne konštantný. Preto vyjadrenie nameranej hrúbky absorpčnej vrstvy nie v centimetroch, ale v jednotkách ρ · cm, t.j. v g / cm 2 možno vyvodiť záver, že absorpcia β-žiarenia danej energie bude približne rovnaká pre všetky látky.
β-Častice, ktoré letia v blízkosti jadra atómov absorbéra, sú spomalené v poli jadra a menia smer ich pohybu. Pokles energie v dôsledku spomalenia elektrónov v poli jadra absorbéra (straty žiarením) spojené s emisiou bremsstrahlung.
Pre β-častice s vysokou energiou (niekoľko MeV) je pomer strát žiarenia k stratám ionizácie určený výrazom
n = (dE / dx) rad / (dE / dx) ión = E β m ax Ζ / 800, (2,10)
kde E β m ax je maximálna energia pre spojité spektrum β-častíc alebo počiatočná energia monoenergetických elektrónov;
Z je atómové číslo prvku, v ktorom sú elektróny spomalené.
Pri určitej energii β-častíc sú straty žiarením úmerné stratám ionizácie. Táto energia sa nazýva kritická. Keď sú straty žiarením a ionizáciou rovnaké, kritická energia (E 0, MeV) sa určí výrazom
E 0 = 800 / Z. (2,11)
Napríklad pre olovo (Z = 82) je kritická energia E 0 = 800/82 ≈ 10 MeV.
Pretože hmotnosť β-častíc je malá, vyznačujú sa rozptylovým účinkom. K rozptýleniu β-častíc dochádza pri kolíziách s orbitálnymi elektrónmi atómov látky absorbéra. Počas rozptylu sa energia β-častice stráca vo veľkých častiach, v niektorých prípadoch až v polovici. Rozptyl závisí od energie β-častíc a od povahy látky absorbéra: so znížením energie β-častíc a so zvýšením atómového čísla látky absorbéra sa rozptyl zvyšuje.
V dôsledku rozptylu v absorbéri nie je dráha β-častíc priamočiara, ako je to v prípade α-častíc, a skutočná dĺžka dráhy v absorbéri môže prekročiť ich rozsah 1,5 - 4-krát. Vrstva hmoty, ktorá sa rovná dĺžke dráhy β-častíc s maximálnou energiou, úplne inhibuje β-častice emitované týmto rádionuklidom.
Absorpcia β-častíc s kontinuálnym spektrom sa vyskytuje exponenciálne. Je to spôsobené tým, že β-častice rôznych energií sú úplne absorbované rôznymi vrstvami absorbéra:
φ = φ 0 exp (- μd), (2,12)
kde φ ο je počiatočná hustota toku β-častíc; φ - hustota toku β-častíc po prechode cez absorbér s hrúbkou d; μ-lineárny koeficient útlmu udávajúci podiel β-častíc absorbovaných na jednotku hrúbky absorbéra.
Ryža. 2.6. Graf závislosti maximálneho rozsahu β-častíc na ich maximálnej energii.
Jednou z najcharakteristickejších vlastností β-častíc, ako sú α-častice, je to, že majú určitý rozsah v absorbujúcej látke a pri radiačnej ochrane sa dostupné relatívne spoľahlivé a dostatočné údaje najčastejšie používajú pre maximálnu energiu E β a maximálny rozsah R β. Graf závislosti maximálneho rozsahu β-častíc na ich maximálnej energii pre niekoľko prvkov je znázornený na obr. 2.6.
Hliník sa najčastejšie používa ako ochranný materiál proti β-časticiam. Empirické vzorce a tabuľky závislostí maximálneho rozsahu β-častíc R β (ako aj α-častíc) na ich maximálnej energii sú dostatočne podrobne uvedené v referenčnej literatúre.
Maximálna dráha β-častice vo vzduchu so zmenou energie od 1 do 10 MeV sa pohybuje od 292 do 3350 cm a v biologickom tkanive - od 0,335 do 4,3 cm. Keď E β = 5 MeV, R β vo vzduchu je 1,7 10 3 cm a v biologickom tkanive - 2,11 cm.
INTERAKCIA GAMMOVÉHO ŽIARENIA S LÁTKOU
Fotonické žiarenie označuje elektromagnetické nepriame ionizujúce žiarenie a zahŕňa röntgenové a γ-lúče.
Pôvod röntgenového a γ-žiarenia je rôzny, ale ich povaha je rovnaká: z pohľadu klasickej fyziky - elektromagnetické žiarenie (vlny), a kvantové - tok fotónov (kvantá), t.j. častice. Duálnu povahu fotónového žiarenia treba chápať tak, že v niektorých javoch toto žiarenie vykazuje vlnové vlastnosti (odraz, lom, difrakcia, interferencia), v iných - vlastnosti častíc nazývaných γ-kvantá (fotoelektrický efekt, jadrové reakcie) .
Napriek svojmu rozdielnemu pôvodu, pri interakcii s hmotou, röntgenové žiarenie a y-žiarenie, ktoré majú rovnakú energiu, vykazujú rovnaké vlastnosti. Mechanizmus interakcie fotónov s hmotou je úplne odlišný od interakcie nabitých častíc. Nabité častice prechádzajúce absorpčnou látkou jej dodávajú časť alebo celú svoju energiu, zatiaľ čo fotónové žiarenie prechádza, hovoríme o pravdepodobnosti jeho interakcie s absorpčnou látkou a pravdepodobnosť interakcie exponenciálne rastie so zvyšujúcou sa hrúbkou absorbéra. .
Rysom γ-kvant pri prechode hmotou je, že sa pomerne zriedka zrazia s elektrónmi a jadrami, ale na druhej strane sa pri kolízii spravidla prudko odchyľujú od svojej dráhy, t. prakticky vypadnúť z lúča. Druhou charakteristickou črtou γ-kvant je, že majú nulovú pokojovú hmotnosť, a preto nemôžu mať inú rýchlosť ako rýchlosť svetla, čo znamená, že γ-kvantá v médiu nemôžu spomaliť. Sú buď absorbované alebo rozptýlené, a to hlavne vo veľkých uhloch.
Pre γ-kvantá neexistujú koncepty rozsahu, maximálneho rozsahu, straty energie na jednotku dĺžky. Keď lúč lúča γ kvanta prechádza absorbujúcou látkou, ich energia sa nemení, ale v dôsledku kolízií sa intenzita lúča postupne oslabuje.
; hodnota strát ionizačnej energie na jednotku dráhy v látke. LET je definovaný ako pomer celkovej energie dE preniesol do hmoty častica v dôsledku zrážok na ceste dl, na dĺžku tejto cesty: L = dE / dl... Pre nenabité častice sa LET neaplikuje, ale použijú sa hodnoty LET ich sekundárne nabitých častíc vytvorených v látke. Merané v eV / nm. Hodnoty LET sa pohybujú od 0.2 pre vysokoenergetické fotóny až 104 eV / nm pre fragmenty štiepenia uránu.
Tento koncept je široko používaný v rádiobiológii pri hodnotení rádiobiologických účinkov rôznych druhov žiarenia.
pozri tiež
- Relatívna biologická účinnosť ionizujúceho žiarenia
Wikimedia Foundation. 2010.
Zistite, čo je „Lineárny prenos energie“ v iných slovníkoch:
- (LET), energia prenášaná ionizujúcou bunkou na woo v danom susedstve jej dráhy na jednotku. dĺžka cesty: Ldeltt = (d? cp / dl) deltt, kde dl je cesta, ktorú prešiel poplatok. h ce in ve, d? cp porov. energia stratená osobou pri nárazoch, pri ktorých ... ... Fyzická encyklopédia
lineárny prenos sily- 4,5 lineárneho prenosu sily [LET]; LΔ: Pomer energie dE, lokálne prenesenej nabitou časticou do média v dôsledku kolízie na elementárnej dráhe dl, k dĺžke tejto dráhy Zdroj ...
lineárny prenos sily- ilginė elektringųjų dalelių energijos perdava statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Jonizuojančios elektringosios dalelės, tam tikroje vietoje nueinančios elementarųjį atstumą, energia ijta ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
lineárny prenos sily- ilginė energijos perdava statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. lineárny prenos energie vok. Energieabgabe je Längeneinheit, f rus. lineárny prenos sily, f pranc. transfert d'énergie linéique, m ... Fizikos terminų žodynas
- (LET) priemerná energia absorbovaná médiom v bode prechodu nabitej častice na jednotku jej dráhy; používa sa na zohľadnenie rozdielov v biologickom účinku rôznych druhov ionizujúceho žiarenia ... Komplexný lekársky slovník
Zobraziť ionizujúce žiarenie ... Chemická encyklopédia
Lineárny prenos energie (LET)- 5. Lineárny prenos sily (LET) podľa GOST 15484 Zdroj ... Slovník-príručka pojmov normatívnej a technickej dokumentácie
lineárny- 98 lineárnych [nelineárnych] elektrických obvodov Elektrický obvod, v ktorom sú navzájom spojené elektrické napätia a elektrické prúdy a (a) elektrické prúdy a väzby magnetického toku, alebo (a) elektrické náboje a elektrické napätia ... .. . Slovník-príručka pojmov normatívnej a technickej dokumentácie
GOST 25645.218-90: Radiačná bezpečnosť posádky kozmickej lode pri kozmickom lete. Závislosť faktora kvality kozmického žiarenia na lineárnej energii- Terminológia GOST 25645.218 90: Radiačná bezpečnosť posádky kozmickej lode pri kozmickom lete. Závislosť faktora kvality kozmického žiarenia na lineárnej energii pôvodný dokument: 7. Dávkové spektrum lineárneho prenosu ... ... Slovník-príručka pojmov normatívnej a technickej dokumentácie
POĎME- lineárny prenos energie lineárne straty energie (množné číslo) lineárne straty energie ... Slovník skratiek ruského jazyka