Длины волн различных видов электромагнитного излучения

Как будет показано далее, ионизация веществ лежит в основе биологической активности ИИ. Этот же феномен используется для их выявления и количественной оценки (дозиметрии).

Взаимодействие электромагнитного ИИ с атомами вещества может протекать в формах фотоэффекта, Комптон-эффекта и обюразования электрон-позитронных пар.

Фотоэффект – поглощение одной из внешних электронных оболочек атома всей энергии фотона с превращением её в кинетическую энергию «выбитого» из атома электрона. Этот эффект преобладает при энергии фотонов до 0,05 МэВ.

Комптон-эффект – передача электрону лишь части энергии фотона; остальная энергия передаётся вторичному («рассеянному») фотону, который взаимодействует с атомами по механизму фотоэффекта или комптон-эффекта. При энергиях квантов от 0,1 до 2,0 МэВ (например, в случае проникающей радиации ядерного взрыва) на долю комптон-эффекта приходится до 100% поглощённой веществом энергии g-излучения.

Образование электрон-позитронных пар при прохождении g-кванта в непосредственной близости от ядра атома. Это основной вид взаимодействия фотонов с веществом при их энергии более 50 МэВ, его удаётся наблюдать лишь в лабораторных условиях.

Образующиеся при поглощении квантов электромагнитного излучения ускоренные заряженные частицы (фотоэлектроны, комптоновские электроны) являются вторичным, но первостепенным по значимости фактором ионизации и возбуждения атомов в облучаемом веществе. Поэтому рентгеновы и гамма-лучи называют косвенно ионизирующими излучениями.

Энергия фотонов определяет не только их ионизирующую, но и проникающую способность. Высокоэнергетические («жёсткие» - по определению В.К. Рентгена) электромагнитные излучения легко проникают вглубь тела человека и животных, вызывая ионизацию во всех клетках организма. Напротив, «мягкие» рентгеновы лучи, которые получают при напряжении на аноде рентгеновской трубки величиной в несколько кВ, задерживаются, в основном, кожей, не оказывая существенного прямого действия на глубоко лежащие ткани.

При прохождении электромагнитных ИИ через вещество интенсивность их потока уменьшается в соответствии с уравнением закона Ламберта-Бера:

I = I₀ e^-mx ,

где I₀ – интенсивность падающего, а I – интенсивность прошедшего сквозь экран толщиною х потока излучения; е – основание натурального логарифма и m - коэффициент ослабления, величина которого зависит от энергетического спектра ИИ и свойств вещества.

Практически удобным показателем экранирующей способности материалов является толщина их слоя, ослабляющего излучение вдвое - слой половинного ослабления. Эта величина связана с коэффициентом ослабления ИИ зависимостью:

D = 0,693/ m .

Коэффициент ослабления электромагнитных ИИ растёт с увеличением порядкового номера в таблице Менделеева, а значит, и атомной массы входящих в вещество элементов. Поэтому наиболее эффективно экранируют от электромагнитных ИИ вещества, содержащие тяжёлые металлы («защита экранированием»). Свинец и барий вводят в состав материалов, используемых при сооружении помещений для лучевой диагностики и терапии. «Защита экранированием» дополняется «защитой расстоянием», основанной на зависимости интенсивности потока ИИ от расстояния до его источника, и «защитой временем» - минимизацией времени воздействия ИИ на персонал.