Характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Передача энергии и поглощение энергии ионизирующего излучения веществом

1. Линейный коэффициент ослабления m – отношение ожидаемого значения доли dN/N косвенно ионизирующих частиц, испытавших взаимодействие при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути:

. (2.1)

Единица измерения m – 1/м, 1/см.

2. Массовый коэффициент ослабления m_m – отношение линейного коэффициента ослабления m к плотности вещества r, через которое проходит косвенно ионизирующее излучение:

. (2.2)

Единица измерения – м²/кг, см²/г.

3. Под пробегом заряженных частиц подразумевается экстраполированный пробег, под пробегом g-квантов – величина, обратная линейному коэффициенту ослабления в веществе.

4. Линейный коэффициент передачи энергии m_tr[5] – отношение доли энергии de/e косвенно ионизирующего излучения, которая преобразуется в кинетическую энергию заряженных частиц при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути:

m_tr = . (2.3)

Единица измерения m_tr – 1/м, 1/см.

Массовый коэффициент передачи энергии m_tr,m связан с линейным коэффициентом передачи энергии m_tr через плотность среды r, в которой распространяется излучение:

m_tr,m = . (2.4)

Единица измерения m_tr,m – м²/кг, см²/г.

5. Линейный коэффициент поглощения энергии m_en[6] – произведение линейного коэффициент передачи энергии m_tr на разность между единицей и долей энергии g вторичных заряженных частиц, переходящей в тормозное излучение в данном веществе:

m_en = m_tr ×(1 – g). (2.5)

Единица измерения m_en – 1/м, 1/см.

Массовый коэффициент поглощения энергии m_en,m связан с линейным коэффициентом поглощения энергии m_en через плотность среды r, в которой распространяется излучение:

m_en,m = m_en/r. (2.6)

Единица измерения m_en,m – м²/кг, см²/г.

Для радионуклидных источников фотонного излучения
(e £ 3 МэВ) в воздухе g £ 0,01, поэтому с достаточной для прикладных задач точностью можно полагать .

Для фотонного излучения коэффициенты передачи и поглощения энергии получают суммированием коэффициентов взаимодействия, обусловленных фотопоглощением, некогерентным рассеянием на слабосвязанных электронах и поглощением в процессе образования электронно-позитронных пар.

6. Для химических соединений или сложных химических веществ массовые коэффициенты передачи и поглощения энергии фотонов получают суммированием:

m_m = , (2.7)

где m_m,i - массовый коэффициент i-го компонента с массовой долей w_i; = 1.

7. Взаимодействие нейтронов с веществом более сложное, чем фотонов, и зависит не только от химического состава, но и от изотопного, т.е. от отдельных нуклидов, входящих в состав вещества. В справочниках приводят полные микроскопические сечения взаимодействия как функции энергии s(e). Макроскопическое сечение данного ядерного процесса S, 1/см, связано с микроскопическим сечением s, см² выражением

S(e) = , (2.8)

где e – энергия нейтрона; N_А – число Авогадро; M, r – массовое число и плотность элемента, с которым происходит взаимодействие нейтрона.

8. Характеристикой взаимодействия заряженных частиц с веществом является энергия излучения e, переданная веществу во взаимодействиях, приводящих к ионизации и возбуждению атомов и молекул. Отношение среднего значения энергии , потерянной заряженной частицей вследствие столкновений на элементарном пути dl, к длине этого пути является величиной полной линейной передачи энергии L:

. (2.9)

Потери энергии на тормозное излучение в формулу (2.9) не входят. Для обозначения полной линейной передачи энергии используется аббревиатура ЛПЭ. Единица ЛПЭ – Дж/м. В качестве специальной единицы используют килоэлектронвольт на микрометр (кэВ/мкм) воды.

9. Средняя энергия, переданная мишени . Энергия, переданная излучением ограниченному объему вещества, равна разности между суммарной кинетической энергией всех заряженных и незаряженных частиц и квантов, входящих в рассматриваемый объем, и суммарной кинетической энергией всех заряженных и незаряженных частиц и квантов, выходящих из этого объема:

, (2.10)

где – энергия поля излучения, входящая в рассматриваемый объем (без учета энергии покоя); – энергия поля излучения, выходящая из рассматриваемого объема (без учета энергии покоя); – изменение энергии покоя ядер или частиц, которое произошло в объеме. Индекс im (сокращение английского imparted to – переданный кому-либо или чему-либо) указывает, что рассматривается только та часть энергии излучения, переданной веществу, которая была поглощена в рассматриваемом объеме вещества.