Чтение онлайн

При сложном -распаде каждой максимальной энергии Emax отвечает свое значение максимального пробега Rmax. Далее будем рассматривать лишь -излучение с простым спектром, характеризующимся одним значением максимальной энергии (соответственно максимального пробега).

Для того чтобы подчеркнуть совместную роль процессов поглощения и рассеяния в уменьшении числа -частиц с ростом толщины поглотителя, обычно говорят об ослаблении– излучения веществом.

Как уже говорилось, поток -частиц содержит электроны различных энергий. Кривая ослабления моноэнергетических электронов (ослабление приближенно следует линейному закону) показана на рис. 1.7. В результате сложения множества кривых ослабления, соответствующих моноэнергетическим электронам со всевозможными энергиями от нулевой до максимальной энергии -спектра (Emax), можно получить кривую ослабления -частиц, подобную приведенной на рис. 1.8.

3. Определение максимального пробега. Связь между пробегом и энергией – частиц. Рассмотрим простейший метод определения максимального пробега. Между -радиоактивным препаратом и детектором, регистрирующим излучение, помещают различное число пластинок поглотителя. В качестве поглощающего материала обычно употребляется алюминий. В процессе работы отмечают показания прибора, регистрирующего -частицы, при различных толщинах поглощающего слоя. По полученным данным строят кривую ослабления в полулогарифмическом масштабе (кривая на рис. 9). Максимальный пробег чаще всего выражают не в единицах толщины поглотителя (см), а в граммах вещества, приходящегося на один квадратный сантиметр поверхности поглотителя (г/см2), так называемая массовая толщина. Поэтому по оси абсцисс на рис. 1.9. отложена толщина поглотителя d, выраженная в граммах на квадратный сантиметр. ln I – логарифм показаний прибора без вычета фона (кривая 1) и за вычетом фона (кривая 2); Rmax – максимальный пробег -частиц. Максимальному пробегу -частиц отвечает такая толщина поглотителя, начиная с которой дальнейшее увеличение поглощающего слоя не приводит к снижению регистрируемого прибором числа частиц (этот постоянный уровень показаний прибора соответствует фону).

Рис. 1.9. Кривые ослабления -излучения в полулогарифмических координатах: 1– без вычета фона, 2– с вычетом фона.

Связь максимального пробега в алюминии с максимальной энергией -спектра хорошо изучена. Значения максимального пробега для различных энергий -частиц приведены в специальных таблицах (см, табл. 3). Кроме того, для разных интервалов энергии -частиц предложено большое число эмпирических формул вида

Использование графиков и таблиц значительно облегчает определение максимального пробега (максимальной энергии). При этом часто оказывается необходимым найти такие значения Rmах (или Emax) которые лежат в промежутках между значениями, приведенными в таблицах. Для этого прибегают к интерполяции табличных данных Ошибки интерполяции могут довольно сильно исказить результаты, особенно в области низких значений Emax. To же самое может иметь место при использовании графиков.

Оценить максимальный пробег -частиц можно также путем измерения слоя половинного ослабления -излучения. Слоем половинного ослабления– излучения d1/2 называют толщину поглотителя, снижающую вдвое начальное (за вычетом фона) число частиц. На рис. 1.9, где показано определение величины d1/2, кривые ослабления без вычитания фона и с вычетом фона на начальном участке совпадают. Для -частиц с Еmax > 0,6 МэВ (Rmax > 0,22 г/см2) величина d1/2 связана с Rmax приближенным соотношением:

Значения d1/2 в зависимости от максимальной энергии -спектра приведены в табл.3.

Таблица 3.

Максимальные пробеги Rmax, слои половинного ослабления и массовые коэффициенты ослабления – излучения в алюминии

Зная максимальный пробег -излучения или слой половинного ослабления, можно идентифицировать неизвестный радионуклид, так как эти величины связаны с такой важной его характеристикой, как максимальная энергия -спектра. Однако значения Rmax и d1/2 могут быть определены достаточно точно и просто лишь для радионуклидов с простым -распадом, не сопровождающимся испусканием -квантов.

Если -распад сопровождается -излучением, то для определения максимального пробега применяются более сложные и трудоемкие методы. Путем исследования ослабления -излучения вообще нельзя анализировать сложные схемы распада, включающие несколько групп -частиц с близкими значениями максимальных энергий. По этим причинам методы, основанные на изучении ослабления, все реже применяются для идентификации -излучателей, уступив место более точным методам ядерной спектроскопии.

4. Экспоненциальная формула для ослабления – частиц. Массовый коэффициент ослабления. На среднем участке кривые ослабления -частиц приблизительно следуют экспоненциальному закону (cм. рис. 1.8). Форма начальных участков кривых зависит от расстояния между источником излучения и детектором ядерных частиц, что определяется рассеянием -частиц. При относительно больших толщинах поглотителя наблюдается отклонение от экспоненциальной зависимости, поскольку -излучение имеет конечный пробег в веществе.

Экспоненциальная зависимость для ослабления -излучения может быть записана в виде I=Io e– ’l , где Io и I ; – число частиц, падающих на поглотитель и проходящих сквозь него (или число частиц, измеряемое детектором в единицу времени в отсутствие и при наличии поглотителя соответственно), l -толщина поглотителя, см; '-линейный коэффициент ослабления, см – 1. Значение коэффициента ' зависит от максимальной энергии излучения и от свойств поглощающего материала (в первом приближении только от числа электронов п в единице объема поглотителя).

Пусть в качестве поглотителя используется простое вещество. Если – плотность вещества; Na – постоянная Авогадро, то число электронов в единице объема вещества с атомным номером Z и молярной массой атомов А равно n=NA Z/A. Положив, что ' = kn, где k – коэффициент пропорциональности, получим ' = k NA Z/A) или ' / = kNA(Z/A). Отношение Z/A для различных веществ меняется в довольно узких пределах; для легких ядер Z/A – 0,5; для тяжелых – 0,4. Поэтому вместо ' удобнее пользоваться величиной ='/ , которую называют массовым коэффициентом ослабления и выражают обычно в квадратных сантиметрах на грамм; для одного и того же -излучателя, но различных поглощающих веществ значения массовых коэффициентов ослабления оказываются близкими.

Если используют массовые коэффициенты ослабления, то толщину поглотителя необходимо выражать в граммах на квадратный сантиметр, поскольку показатель степени в уравнении должен быть безразмерным. Поэтому вводят величину d, г/см2, равную d=l . Максимальные пробеги тоже удобно выражать в граммах на квадратный сантиметр (таким способом выражения толщины поглотителя мы уже пользовались). Значения Rmax (г/см2) в различных поглотителях близки: так, например, для воздуха они на 10–20% ниже, а для железа на 10–20% выше, чем для алюминия. Благодаря этому поглощающую способность многих веществ можно характеризовать значением максимального пробега, определенным для алюминия.