Ioniseeriva kiirguse lineaarne energiaülekanne. Kiirgusefektid

Lineaarne energiaülekanne (LET) on ioniseeriva kiirguse kvaliteedi füüsikaline omadus, mis on võrdne teel kokkupõrgete tõttu laetud osakeste poolt ainele ülekantava energia ja selle kiirguse pikkuse suhtega [.. .]

Minimaalne väärtus K = 1 ja vastab lineaarse energiaülekande korrale. Muudel juhtudel soovitab selle koefitsiendi väärtust Rahvusvaheline Kiirguskaitsekomisjon (ICRP) ja see on esitatud tabelis. 10,2 (maksimaalne väärtus K= 20).[...]

On kaks põhjust, miks ülaltoodud lineaarne teooria tegelikult orkaaniefekti ülitäpseks arvutamiseks ei sobi. Üks neist on see, et orkaani enda mõju on nii tugev, et võrrandite mittelineaarseid termineid on võimatu tähelepanuta jätta. Teine põhjus on soojusefektide suur roll. Soojusülekande mõju on eriti oluline, sest (vt) orkaanid säilitavad oma olemasolu tänu energiale, mida nad ammutavad ookeani olemasolevatest soojusvarudest. Samal ajal ei eemalda orkaan mitte ainult soojust ookeanist, vaid jaotab selle ümber ka segunemise tõttu, mis toimib samaaegselt advektsiooni mõjudega. Kõik need mõjud mõjutavad joonisel fig. 9.9.[...]

Kvadrupoolse massifiltri iseloomulikud tunnused hõlmavad lineaarset massispektri pühkimisskaala, kõrget iooniülekande koefitsienti allikast detektorisse ja eraldusvõime kerget sõltuvust ioonide energia esialgsest levikust.[...]

Kiirguse mõju ainele olulisemad näitajad on neeldunud doos ja lineaarne energiaülekanne (LET).

Võrrandi (IV.105) graafilisel kujutamisel kavandatud energiaülekandeprotsesside logaritmilistes koordinaatides saame molekuli omaduste indikaatori lineaarse sõltuvuse kiiritusdoosist.[...]

Kuna sellise oletuse kontrollimiseks puuduvad eksperimentaalsed vahendid, on mitmed autorid kuni meie ajani säilitanud hüpoteesi tangentsiaalse jõu rollist energia ülekandmisel lainetele. Vahepeal saab näidata, et lainete poolt selle kanali kaudu vastuvõetud energia hulk on tühine võrreldes sellega, mida tuulest tegelikult saadakse. Arvestades pinnaveeosakeste liikumist mööda nende orbiite, tuleks järeldada, et orbiidi ülemises pooles peaks tangentsiaalne jõud aitama kaasa osakeste joonkiiruse suurenemisele; kuid orbiidi alumises pooles peaks õhu tangentsiaalne hõõrdejõud veepinnale aeglustama osakeste orbitaalset liikumist, kuna siin on see suunatud osakeste joonkiirusele vastupidises suunas.[ ...]

Bioloogiline valgusüntees on keeruline, mitmefaasiline või mitmeastmeline protsess. Lisaks RNA-le osalevad valkude sünteesis mitmed ensüümid. Esimeses etapis aktiveeritakse aminohapped, mis seejärel ühendatakse peptiidahelateks. Teine etapp on aktiveeritud aminohapete transport ribosoomidesse. Kolmas etapp on initsieeritud aminohapete järjestamine ja kombineerimine ning nende paigutamine vajalikus järjestuses messenger-RNA-s, millele järgneb peptiidsidemete sulgemine. Neljas etapp on antud valgule iseloomuliku kolmemõõtmelise struktuuri moodustamine lineaarsest molekulist. Aminohapete reaktiivsuse ja aktiveerimise suurenemine suurendab nende vastastikuse mõju võimalust; See protsess viiakse läbi aminohapete interaktsioonil adenosiintrifosforhappega (ATP). Sel juhul kantakse ühe suure energiaga ATP sideme energia üle aminohappele, mis liigub kõrgemale energiatasemele. Aminohapete aktiveerimisreaktsioon toimub ensüümi aminoatsüül-RNA süntetaasi osalusel. Erinevate aminohapete aktiveerimiseks on vaja erinevaid ensüüme – süntetaase. Aminohappejärjestus sünteesi ajal viiakse läbi koodonitega (DNA ahela fragmendid).

Kosmoselaevade kiirgusohtude hindamise ja prognoosimise meetodid põhinevad tahketes ja bioloogilistes objektides esinevate kiirgusmõjude tekkemehhanismide uuringutel, mis viiakse läbi laboritingimustes ioniseeriva kiirguse simulatsiooniseadmetes (kiirendid, radioisotoopide paigaldised). Need pikaajalised uuringud võimaldasid välja töötada mudeleid ja luua üldisi mustreid kiirgusmõjude esinemisest konstruktsioonimaterjalides ja kosmosetehnoloogiatoodetes, samuti üldiselt lahendada astronautide kiirgusohutuse probleemi mehitatud kosmoselendudel. Kiirgusmõjude ilmnemine toimub kahes etapis. Esimeses kiiresti esinevas etapis (< ~ 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.

Lineaarne energiaülekanne (LET)

LET väärtus L iseloomustab kvantitatiivselt kiirgusmõjude algpõhjust – energia ülekandumist osakeselt ainele. Arvesse võetakse ionisatsiooniefektide ja struktuurihäirete tekkele suunatud LET-i. Laetud osakeste mõjust kosmoses tekkivate kiirgusmõjude hindamisel võrdsustatakse LET väärtused erienergiakadudega, dE/dx, keskmise energiaga, mida osake kaotab oma teekonna ühiku kohta.

• LET on peamine füüsikaline suurus, mis kvantitatiivselt iseloomustab ühe osakese energiapanust kiirgusefekti kujunemisse,
• LET, L – keskmine energia, mida aine võib saada langevast laetud osakesest teeühiku kohta
• LET mõõtühikud – MeV/cm või MeV/(g/cm2)

Laetud osakeste energiakadu

Laetud osakeste energia erikaod dE/dx = (dE/dx) e + (dE/dx) n on tuumafüüsikas defineeritud osakeste kokkupõrgete kohta aine elektronidega (ionisatsioonikaod, tähistatud indeksiga "e") ja aine tuumadega (aatomi-tuumakaod, tähistatud indeksiga "n"). Nende koguste väärtused sõltuvalt laetud osakeste energiast on teada paljude ainete puhul ( Ziegler J. F. et al., 1995).

Näitena on joonistel näidatud väärtused (dE/dx)e(tahked kõverad) ja (dE/dx)n(katkendlikud kõverad) ränis "Si", sõltuvalt prootonite (vesiniku tuumad "H") (punased kõverad), raudtuumade "Fe" (rohelised kõverad) ja elektronide "e" (lillad kõverad) energiast. Arvesse võetakse, et kõrge prootonienergia (>~30 MeV) korral annavad tuumareaktsioonid täiendava panuse nende aatom-tuumaenergia kadudesse.
Oluline on rõhutada, et kosmoses leiduvate suure energiaga laetud osakeste puhul (dE/dx)e >> (dE/dx)n.

Klassifikatsioon

• Imendunud annuse mõju ilmnevad energia liitmise tulemusena, mille paljud osakesed kanduvad üle tundlikule ainemahule
• Juhuslikud üksikud efektid tekivad siis, kui energia kandub ühelt osakeselt tundlikule ainemahule

Kaasaegne kiirgusmõjude klassifikatsioon võtab arvesse, et osakeste sisenemine korpuskulaarse kiirguse üldisest voolust tundlik helitugevus(maht, mis määrab materjali või seadme funktsionaalsed omadused) kiiritatud objekti tekib diskreetselt. Juhuslikud üksikefektid (RSE) tekivad objektides, mis sisaldavad tundlikke mikronisuurusi ruumalasid, ja ilmuvad praegu siis, kui suure energiaga kosmiline kiirgus mõjutab tänapäevaseid tahkiselektroonilisi seadmeid (mikroskeemid, CCD-d, optronid jne).

Imendunud annus

Imendunud annus D on kiirgusefekti suuruse kvantitatiivne mõõt, kui see tekib paljude osakeste sattumise tulemusena tundlikku ainemahtu. Neeldunud doos on lahutamatu näitaja, mis iseloomustab materjali või seadme omaduste muutust, mis on toimunud kosmoseaparaadi lennu ajal pärast selle starti.

Definitsiooni järgi: neeldunud doos D on energia, mis kantakse kiirgusest massiühikulise aine elementaarmahule

D = ΔE/Δm [J/kg või hall (100 rad)]

Kokkupuutel osakeste vooluga Ф energiaga E 0 = konst

Kokkupuutel erinevat tüüpi ja erineva energiaga osakeste Ф i (E) vooluga

Kus − Kõikide osakeste voo LET-spekter.

Neeldunud doosi suurus võtab arvesse osakeselt nii elektronidele kui ka elementaarmahu tuumadele ülekantavat koguenergiat. Kui aga kiirgusefekti seletatakse kas ionisatsiooni või struktuursete häiretega, siis kasutatakse arvutustes vastavalt konkreetsete energiakadude väärtusi kas elektroonika- või tuumakokkupõrgetes. Nendel juhtudel räägime ionisatsiooni- või mitteionisatsioonidoos(väliskirjanduses “kogu ioniseeriv doos (TID)” ja “mitteioniseeriv elastsuskadu (NIEL)”).

Näide ionisatsioonidoosi mõjust

MOS-struktuuri kiiritamisel tekkivad mittetasakaalulised laengukandjad muudavad olemasolevaid laenguid oksiidi põhimassis ja oksiidi-pooljuhi liideses. Esimene efekt viib n-kanali MOS-transistori lävipinge vähenemiseni (roheline kõver) ja teine, alates ionisatsioonidoosi teatud väärtusest, suurendab (sinine kõver). Selle tulemusena selgitab kahe efekti konkurents n-kanaliga MOS-transistori lävipinge mittemonotoonset sõltuvust ionisatsioonidoosist (punane kõver).

Näide mitteioniseeriva doosi mõjust

Fotovool I , mida tekitavad päikesepatareid, sõltub vähemuslaengukandjate elueast elemendi baaspooljuhtmaterjalis (räni, galliumarseniid). Suure energiaga kiirgusega kokkupuutel väheneb see vähemuskandjate eluea lühenemise tõttu, mis on seletatav struktuursete kahjustuste (kiirgusdefektide) tekkega.
Tõepoolest, see vähenemine (ja sellest tulenevalt ka kiirgusdefektide kuhjumine) korreleerub hästi mitteionisatsioonidoosi D n suurenemisega, sõltumata kiirguse tüübist (elektronid, prootonid) ja selle energiast.

Samaväärne annus

Neeldunud doosi arvutamine eeldab, et paljudest osakestest vabanev energia on elementaarmahus ühtlaselt jaotunud. Ainult sel juhul saab neeldunud doosi pidada kiirgusefekti kvantitatiivseks mõõduks, sõltumata kiirguse energiast ja liigist.
See tingimus ei ole täidetud prootonite ja raskete laetud osakestega kokkupuutel, kui vabanev energia koondub lokaalselt nende osakeste jälgedesse. Sel juhul vajab selgitamist neeldunud doosi väärtuse kasutamine kiirgusmõju hindamiseks.

Nii et radiobioloogias (ja mehitatud lendude kiirgusohutuses) on see neil eesmärkidel kasutusele võetud kvaliteeditegur w(L) kiirgus, mis sõltub osakese lineaarsest energiaülekandest (LET), mis kvantitatiivselt iseloomustab ühe osakese energiapanust kiirgusefekti kujunemisse, kuid ei võta arvesse osakeste raja suurust ja seega ka jaotust. ülekantud energia tihedus sellel rajal .
Radiobioloogias on tavaks kasutada kogust kiirgusefekti kvantitatiivse mõõdikuna ekvivalentne annus.

H [Sivert (100 rem)] = ∫ w(L) L Ф(L)dL

Üksikud juhuslikud efektid

Üksikud juhuslikud efektid (SRE) tekivad tundliku ruumala omaduste rikkumise tõttu, kui üks osake seda läbib. Need tekivad tundlike mikronisuuruste ruumide kiiritamisel ioonidega (raske laenguga osakesed). Näiteks moodsates mikroelektroonikaseadmetes tekivad OSE-d ionisatsiooni tulemusena mittetasakaaluliste laengukandjate moodustumise tõttu.
Esinemise tingimus: osakese poolt tundlikule ruumalale ülekantav energia ∆E peab olema suurem kui selle ruumala funktsionaalset omadust iseloomustav läviväärtus E c.

Slaidil on kaks mehhanismi OSE esinemiseks kosmilise kiirguse osakeste mõjul: otse ioonidest, mis on osa kosmilistest kiirtest (otsene mehhanism) ja sekundaarsetest ioonidest, mis tekivad kosmilise kiirguse prootonite tuumakokkupõrgete tulemusena. aine (tuumamehhanism).

OSE on stohhastiline nähtus ja selle esinemise tõenäosust iseloomustab nn OSE ristlõige. Üldjuhul on see väärtus σ i ( E,θ ) sõltub osakeste tüübist, nende energiast ja ioonide liikumissuunast tundlikus mahus.
OSE esinemise otsese mehhanismi mudelid arvestavad OSE ristlõiget σ i (L,θ) sõltuvalt ioonide LET-st, olenemata nende tüübist, mis võimaldab OSE ristlõikel olla üks sõltuvus (mitme arvu asemel) kosmilise kiirguse ioonivoogude, sealhulgas erinevat tüüpi ioonide rikete sageduse hindamiseks.
Oluline on märkida, et erinevalt neeldunud doosist iseloomustab OSE sagedus materjali või seadme omadust teatud ajahetkel, sünkroniseerituna mõjutava osakeste vooluga. Siiski arvutatakse OSE sagedus ka pika ajaintervalli kohta, kuid siis kasutatakse selle arvutamiseks osakeste voo tihedust, mis on keskmistatud selle intervalli kohta.
OSE esinemise kvantitatiivne mõõde osakeste voolu mõjul on OSE sagedus.

Kokkupuutel osakeste voo tihedusega F (1/cm 2 s) energiaga E 0 = konst ja langemisnurk
θ 0 = konst

ν = σ(E 0 , θ 0) F

Kokkupuutel erinevat tüüpi ja erineva energiaga osakeste isotroopse voo tihedusega F i (E) (1/cm 2 cMeV)

ν = ∑ i ∫∫∫ σ i (E,Ω)F i (E)dEdΩ

või mudeliesitluste kasutamine OSE esinemise otsese mehhanismi jaoks

ν = ∫∫∫ σ ioon (L,Ω)F i (L)dLdΩ

kus F(L) on osakeste voo tiheduse diferentsiaal-LET spekter

OSE ristlõigete absoluutväärtuste ja sõltuvuste σ p (E) ja σ ioon (L) määramiseks kasutatakse prootoni- ja raskeioonide kiirendeid.
OSE ristlõike σ ioon (L) väärtused TSP-st suurenevad LET suurenemisega teatud läviväärtusest L c ja kalduvad konstantsele väärtusele σ sat , mis sõltub mikroobjekti tundliku ruumala suurusest. Sõltuvalt prootoni energiast täheldatakse sarnast OSE ristlõike σ p (E) väärtuste suurenemist, kuid sel juhul sõltub läviväärtus E c tuumareaktsioonide efektiivsest lävest ja väärtusest σ sat ei sõltu ainult tundliku ruumala suurusest, vaid ka mikroobjekti aines jääktuumade moodustamise ristlõikest.
Praegu on sellised sõltuvused saadud paljude kosmoselaevade seadmetes kasutatud ja kasutatavate mälukiipide jaoks, kuna need on OSE esinemise seisukohalt kaasaegse elektroonika kõige tundlikumad komponendid.

Näited OSE ristlõikest mälukiipide jaoks normaalse langemisnurga all sõltuvalt efektiivsest LET-st (vasakul joonisel) ja prootonite energiast (parempoolne joonis).

järeldused

• Praegu on uuritud kiirgusmõjude mõju paljude materjalide ja kosmosetehnoloogia toodete omadustele.
• Kosmosetehnoloogiatoodete kiirgusefektid jagunevad neeldumisdoosi mõjudeks (EDE) ja üksikjuhuslikeks mõjudeks (SRE).
  • EPD kiirgusohu kvantitatiivne mõõt on neeldunud doosi (ionisatsioon ja mitteionisatsioon) arvutatud väärtus.
  • OSE-st tuleneva kiirgusohu kvantitatiivne mõõt on üksikute juhuslike mõjude arvutatud sagedus.
• Kosmoselaeva pardal olevate kosmosetehnoloogia toodete kiirgusoht sõltub:
  • materjali ja seadme individuaalsed omadused, mida iseloomustab lineaarse energiaülekande suurus või üksikute juhuslike mõjude ristlõige ja mis peegeldavad nende kiirgustakistust (tundlikkust),
  • mõjutav kiirguskeskkond, mida iseloomustavad osakeste voo F(E) diferentsiaalenergia spektrid või voo tihedus F(E) ja mis peegeldab kosmoselaeva kiirgustingimusi.

Kosmoselaeva kiirgustingimuste määramiseks on vaja arvesse võtta mitmesuguseid kiirgusvälju, mis avakosmoses on moodustatud erinevatest allikatest ja hõlmavad erinevat tüüpi laetud osakeste voogusid erineva energiaspektriga.
Veelgi enam, nende spektrite välimus ja osakeste vood muutuvad sõltuvalt kosmoselaeva lennutrajektoorist ja võivad muutuda kosmoselaeva lennu ajal. Kõik need muutused mõjutavad oluliselt kiirgusohu taset, mida tuleks kosmoselaeva seadmete töövõime tagamiseks arvesse võtta.
Järgmine osa on pühendatud kosmoses ja kosmoselaevade lennuorbiitidel toimuvate kiirgustingimuste ja kiirgusohu omaduste muutuste üldiste mustrite arutelule.

Laetud osakeste lineaarne energiaülekanne (LET) neelavas aines (või L) on liikuva laetud osakese poolt neelavale ainele ülekantava keskmise energia dE suhe kokkupõrgete tõttu, kui see liigub selle kaugusele dl:

L = dE/dl. (2.4)

Mõiste LET on tihedalt seotud pidurdusjõuga S. Peamine erinevus seisneb selles, et LET on seotud neelavale ainele ülekantava energiaga, samal ajal

kuidas S iseloomustab neelava aine omadust, näidates, kui tõhusalt kaotab aines olev laetud osake energiat, s.t. Kui tõhusalt eemaldab neelduja laetud osakestest energiat.

LET on kiirguskaitses oluline, kuna seda kasutatakse antud kiirgusvälja kvaliteediteguri arvutamiseks.

LET, nagu ka peatumisjõudu S, mõõdetakse ühikutes keV/µm.

RASKETE LAETUD OSAKESTE KOOSTÖÖ AINEGA

Laetud osakeste vastastikmõju jaguneb elastseks ja mitteelastseks.

Elastsed interaktsioonid hõlmavad selliseid interaktsioone, mille puhul interakteeruvate osakeste kineetiliste energiate summa enne ja pärast vastastikmõju jääb muutumatuks. Selline protsess on elastne hajumine.

Ebaelastse interaktsiooni käigus kantakse osa laetud osakese kineetilisest energiast üle tekkivatele osakestele ehk footonitele; teine ​​osa kineetilisest energiast kantakse üle aatomile või tuumale nende ergastamiseks või ümberstruktureerimiseks. Sellised interaktsioonid hõlmavad mitteelastset hajumist, aatomite ioniseerumist ja ergastumist ning tõkestamise tekkimist.

Vaatleme α-osakeste näitel raskete laetud osakeste vastastikmõju ainega. α-osake on heeliumi aatomi tuum, sellel on topeltpositiivne laeng ja neli massiühikut. α osakese mass on 4,002777 amu. Raskete elementide radionukliidid lagunevad peamiselt. Looduslike ja tehislike radionukliidide poolt kiiratavate α-osakeste (E α) energia jääb vahemikku 4,0–9,0 MeV. Niisiis, 239 Pu puhul E α = 5,15 MeV, 210 Po puhul - 5,3 MeV, 226 Ra puhul - 4,777 MeV. α-osakeste liikumiskiirus on umbes 10 9 cm/sek.

Aine läbimisel kulub α osakese energia peamiselt neelava keskkonna aatomite ioniseerimisele ja ergastamisele (ionisatsioonikaod), mida E α >0,1 MeV juures saab väljendada valemiga:

kus E α on α osakese kineetiline energia; e - elektronide laeng; z on α osakese laeng;

Z on absorbendi seerianumber; n on aatomite arv 1 cm 3 aines; B - pidurdustegur; m o - elektronide puhkemass; V on osakeste kiirus.

α-osakeste üks iseloomulikumaid omadusi on see, et neil on teatud vahemik. Monoenergeetiliste α osakeste keskmine vahemik Ra arvutatakse tavaliselt empiiriliste valemite abil. Õhus tavatingimustes

(2.6)

kus R α - läbisõit, cm; - α-osakeste kineetiline energia, MeV;

n on empiiriliselt määratud dimensioonita koefitsient.

Looduslike α-emitrite poolt eralduvate α-osakeste puhul (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.

Seega läbivad α-osakesed energiaga E α = 5 MeV õhus 3,52 cm ja energiaga E α = 30 MeV - 68 cm.

α-osakese teepikkuse teistes keskkondades saab määrata Braggi valemi abil:

(2.7)

või Glesseni valemi järgi:

(2.8)

kus E α on α osakese energia MeV; A - aatommass; Z - seerianumber;

ρ on absorbeeriva aine tihedus, g/cm3.

Jooksu lõpuks väheneb α-osakese energia nii palju, et see ei ole enam võimeline ionisatsiooni tekitama ja, olles enda külge kinnitanud kaks elektroni, muutub heeliumi aatomiks. α-osakeste koguionisatsioon on mitusada tuhat ioonipaari. Näiteks tekib alfaosake, mille energia on 7 MeV vastavalt (2.1).

ioonipaarid.

Mida suurem on α osakese energia, seda suurem on selle ulatus ja seda rohkem tekkisid ioonipaarid.

Lineaarne ionisatsioonitihedus sõltub ka α-osakese energiast, kuid seos on vastupidine – mida väiksem on osakese energia ja seega ka kiirus, seda suurem on tõenäosus tema interaktsiooniks orbitaalelektronidega. Määratakse õhu lineaarne ionisatsiooni tihedus α-osakese poolt, näiteks 210 Po korral (E α = 5,3 MeV, lineaarvahemik R = 3,87 cm, ioonipaari moodustumise energia ε = 33,85 eV/paar). valemiga (2.2)

ioonipaare/cm.

Spetsiifiline ionisatsioon saavutab maksimaalse väärtuse jooksu lõpus.

Õhu ionisatsiooni lineaarne tihedus piki α-osakese liikumisteed on näidatud joonisel 2.4. Joonisel on näha, et lineaarne ionisatsioonitihedus jaotub ebaühtlaselt, suureneb tee lõpu poole ja langeb seejärel järsult nullini. Näiteks alfaosake energiaga 4,8 MeV õhus tee alguses moodustab 2·10 4 ioonipaari/cm ja tee lõpus 6·10 4 ioonipaari/cm. Ionisatsioonitiheduse suurenemine raja lõpus, millele järgneb järsk langus nullini, on seletatav asjaoluga, et aeglustumist kogev α-osake kaotab ainest läbi liikudes oma kiiruse; Järelikult suureneb aeg, mis kulub selle tee lõpus oleva aatomi läbimiseks, ja vastavalt sellele suureneb ka tõenäosus, et see kandub üle elektronile piisava energia, et see aatomist välja rebida. Millal muutub α osakese kiirus

võrreldav aine aatomite liikumiskiirusega, siis α-osake haarab ja hoiab kinni kõigepealt ühe ja seejärel teise elektroni ning muutub heeliumi aatomiks - ionisatsioon peatub.

Riis. 2.4. Õhu ionisatsiooni lineaarne tihedus alfaosakese teekonnal.

Sama energiaga (monoenergeetilised) α-osakesed neelduris läbivad peaaegu sama vahemaa, s.o. α-osakeste arv peaaegu kogu teekonna jooksul on konstantne ja langeb tee lõpus järsult nullini. Monoenergeetiliste α-osakeste leviulatuse spekter on näidatud joonisel 2.5. Integraalkõverat eristades on võimalik saada α-osakeste liikumisteede jaotuskõver R 0 keskmise väärtuse ümber - α-osakeste keskmine teekond.

α-osakeste teekond on nende suure massi tõttu peaaegu lineaarne, mis ei lase α-osakesel aatomi elektriliste jõudude mõjul sirgelt teelt kõrvale kalduda. Vaatamata α-osakeste suurele energiale on nende läbitungimisvõime ja ulatus äärmiselt väikesed, näiteks õhus 4·10 cm ning inimese pehmetes kudedes, vedelates ja tahketes ainetes, on see mitu mikronit.

Riis. 2.5. Monoenergeetiliste α-osakeste radade jaotusspekter: 1 - integraal; 2 - diferentsiaal.

α-osakeste maksimaalne ulatus õhus energia muutumisel 1–10 MeV muutub 0,52–10,5 cm ja E α = 5 MeV juures on 3,52 cm ning bioloogilises koes muutub see vahemikus 7,2 10 -1 kuni 1,2 10 - 2 cm, E α juures = 5 MeV R max = 4,4 10 -3 cm.

KERGE LAEGUNUD OSAKESTE KOOSTÖÖ AINEGA

Vaatleme valguse laenguga osakeste vastastikmõju ainega, kasutades näitena β-osakesi. β-osakesed on elektronide või positronite voog. Elektron ja positron

neil on sama mass ja sama laeng, kuid erinevad laengu märgi poolest. Elektroni mass on 0,000549 amu. Erinevalt α-osakestest on β-osakestel pidev pidev energiaspekter.

Sõltuvalt β-osakeste energiast eristatakse pehmet ja kõva β-kiirgust. β-osakesi energiaga kuni mitukümmend keV nimetatakse pehmeks β-kiirguseks ja suurema energiaga osakesi kõvaks β-kiirguseks.

β-osakeste läbimise protsess on keerulisem kui α-osakeste läbimise protsess. Energia kulub ionisatsiooni- ja kiirguskadudele, β-osakeste hajumisele. Tuumareaktsioonid toimuvad ainult suure (üle 20 MeV) elektronenergia korral.

β-osakeste, aga ka α-osakeste ionisatsioonikaod on seotud neelavate aatomite ionisatsiooni ja ergastamisega, kuid β-osakeste ainega interaktsiooni tõenäosus on väiksem kui α-osakestel, kuna β-osakestel on pool. laeng ja kordades väiksem mass (7000 korda) võrreldes α-osakestega. Ionisatsiooni käigus löövad β-osakesed välja orbiidi elektronid, mis võivad tekitada täiendava (sekundaarse) ionisatsiooni. Täielik ionisatsioon on primaarse ja sekundaarse ionisatsiooni summa. 1 μm teekonnal aines tekitab β-osake mitusada paari ioone. Aeglustatud elektron jääb vabaks või jääb aatomi poolt kinni ja satub seotud olekusse ning positron hävib.

Ionisatsioonikaod sõltuvad neelavate aatomite elektronide arvust. Seosest saab arvutada elektronide arvu aine 1 cm 3-s

n = ρ·Ν Α ·(Ζ/Α) = 6,023·10 23 ·ρ·(Ζ/Α), (2,9)

kus Ν ​​Α on Avogadro arv; A - aatommass; ρ on neelduja tihedus; Z on neelduva elemendi aatomnumber.

Seetõttu on ionisatsioonikaod (dE/dx) ioon ≈ ρ·Ζ/Α.

Z muutudes muutub Z/A suhe 0,5-lt kergete ainete puhul 0,4-le plii puhul, s.o. erinevate elementide puhul suhe Z/A muutub veidi (välja arvatud vesinik, mille puhul Z/A = 1), mis võimaldab seda suhet pidada ligikaudu konstantseks. Seetõttu väljendades neelava kihi mõõdetud paksust mitte sentimeetrites, vaid ühikutes ρ cm, s.o. g/cm 2 puhul võime järeldada, et antud energiaga β-kiirguse neeldumise hulk on kõigi ainete puhul ligikaudu sama.

β-osakesed, mis lendavad neelavate aatomite tuuma lähedal, aeglustuvad tuuma väljas ja muudavad oma liikumise suunda. Energia vähenemine elektronide aeglustumise tagajärjel neelduva tuuma väljas (kiirguskaod) seotud bremsstrahlung-kiirguse emissiooniga.

Suure energiaga β-osakeste (mitu MeV) puhul määratakse kiirguskadude ja ionisatsioonikadude suhe avaldisega

n = (dE/dx) rad /(dE/dx) ioon = E β m ax ·Ζ/800, (2.10)

kus E β m ax on β-osakeste pideva spektri maksimaalne energia või monoenergeetiliste elektronide algenergia;

Z on elemendi aatomnumber, milles elektronide aeglustumine toimub.

β-osakeste teatud energia juures on kiirguskaod võrreldavad ionisatsioonikadudega. Seda energiat nimetatakse kriitiliseks. Kui kiirgus- ja ionisatsioonikaod on võrdsed, määratakse kriitiline energia (E 0 , MeV) avaldisega

E 0 = 800/Z. (2.11)

Näiteks plii (Z = 82) kriitiline energia E 0 = 800/82 ≈ 10 MeV.

Kuna β-osakeste mass on väike, iseloomustab neid hajutav toime. β-osakeste hajumine toimub kokkupõrkes absorbeeriva aine aatomite orbitaalelektronidega. Hajumise käigus kaob β-osakese energia suurte portsjonitena, mõnel juhul kuni poole võrra. Hajumine sõltub β-osakeste energiast ja absorbeeriva aine olemusest: β-osakeste energia vähenemisel ja absorbeeriva aine aatomarvu suurenemisel hajumine suureneb.

Absorberis hajumise tulemusena ei ole β-osakeste tee sirgjooneline, nagu α-osakestel, ja tegelik teepikkus neelduris võib olla 1,5 - 4 korda pikem kui nende ulatus. Maksimaalse energiaga β-osakeste teepikkusega võrdne ainekiht aeglustab täielikult antud radionukliidi poolt emiteeritud β-osakesi.

Pideva spektriga β-osakeste neeldumine toimub vastavalt eksponentsiaalsele seadusele. Seda seletatakse asjaoluga, et erineva energiaga β-osakesed neelavad täielikult absorberi erinevad kihid:

φ = φ 0 exp(- μd), (2.12)

kus φ ο on β-osakeste algvoo tihedus; φ on β-osakeste voo tihedus pärast d paksusega neelduri läbimist; μ-lineaarne ekstinktsioonikoefitsient, mis näitab absorbeerija paksuseühiku kohta neeldunud β-osakeste osa.

Riis.

2.6. Graafik β-osakeste maksimaalse vahemiku sõltuvusest nende maksimaalsest energiast.

β-osakeste, nagu ka α-osakeste, üheks iseloomulikumaks omaduseks on nende teatud vahemiku olemasolu neelavas aines ning kiirguskaitses kasutatakse kõige sagedamini olemasolevaid suhteliselt usaldusväärseid ja piisavaid andmeid nii maksimaalse energia kohta. E β ja maksimaalne vahemik Rβ. Graafik β-osakeste maksimaalse vahemiku sõltuvuse kohta nende maksimaalsest energiast mitme elemendi puhul on näidatud joonisel fig. 2.6.

Alumiiniumi kasutatakse kõige sagedamini β-osakeste eest kaitsva materjalina. Empiirilised valemid ja tabelid β-osakeste maksimaalse vahemiku R β (nagu ka α-osakeste) maksimaalsest energiast sõltuvuse kohta on teatmekirjanduses toodud üsna täielikult.

β osakese maksimaalne ulatus õhus muutub 292–3350 cm, kui energia muutub 1–10 MeV, ja bioloogilises koes - 0,335–4,3 cm E β = 5 MeV R β õhus on 1,7 · 10 3 cm ja bioloogilises koes - 2,11 cm.

GAMMAKIIRGUSE KOOSTÖÖ AINEGA

Röntgen- ja γ-kiirte päritolu on erinev, kuid nende olemus on sama: klassikalise füüsika seisukohalt - elektromagnetkiirgus (lained) ja kvantfüüsika seisukohalt - footonite voog ( quanta), st. osakesed. Footonkiirguse kahetist olemust tuleb mõista nii, et mõne nähtuse puhul on sellel kiirgusel lainelised omadused (peegeldus, murdumine, difraktsioon, interferents), teistes aga γ-kvantideks nimetatavate osakeste omadused (fotoelektriline efekt, tuumareaktsioonid) .

Vaatamata nende erinevale päritolule on sama energiaga röntgen- ja γ-kiirtel ainega suhtlemisel samad omadused. Footonite ja aine vastastikmõju mehhanism on täiesti erinev laetud osakeste vastastikmõjust. Laetud osakesed, läbides neelavat ainet, annavad sellele osa või kogu energiast, samal ajal kui footonkiirgust läbides räägivad nad selle interaktsiooni tõenäosusest neelava ainega ja interaktsiooni tõenäosus suureneb eksponentsiaalselt neelduja paksuse suurenemisega. .

γ-kvantide eripäraks aine läbimisel on see, et nad põrkuvad elektronide ja tuumadega suhteliselt harva, kuid põrkudes kalduvad nad reeglina oma teelt järsult kõrvale, s.t. praktiliselt langeb kambast välja. γ-kvantide teine ​​eristav tunnus on see, et nende puhkemass on null ja seetõttu ei saa nende kiirus erineda valguse kiirusest, mis tähendab, et γ-kvandid ei saa keskkonnas aeglustuda. Need kas neelduvad või hajuvad, peamiselt suurte nurkade all.

γ-kvantide puhul ei ole vahemiku, maksimaalse ulatuse või energiakadude mõisteid pikkuseühiku kohta. Kui γ-kiirte kiir läbib neelavat ainet, siis nende energia ei muutu, kuid kokkupõrgete tagajärjel kiire intensiivsus järk-järgult nõrgeneb.

1. Lineaarne sumbumise koefitsient m – aktsia eeldatava väärtuse suhe dN/N kaudselt ioniseerivad osakesed, mis on elementaarset rada läbides interaktsiooni kogenud dl

Mõõtühik m – 1/m, 1/cm.

2. Massi sumbumise koefitsient m m– lineaarse sumbumise koefitsiendi m suhe aine tihedusse r, mida ioniseeriv kiirgus kaudselt läbib:

Mõõtühik – m 2 /kg, cm 2 /g.

3. All läbisõit laetud osakesed tähendavad ekstrapoleeritud vahemikku, g-kvantide vahemik on aine lineaarse nõrgenemisteguri pöördväärtus.

4. Lineaarne energia ülekandetegur m tr– energia osakaalu suhe d e/e kaudselt ioniseeriv kiirgus, mis elementaartee läbimisel muundub laetud osakeste kineetiliseks energiaks dl aines selle tee pikkusele:

m tr = . (2.3)

Mõõtühik m tr– 1/m, 1/cm.

Massi energia ülekandetegur m tr, m seotud lineaarse energiaülekandeteguriga m tr

m tr, m = . (2.4)

Mõõtühik m tr, m– m 2 /kg, cm 2 /g.

5. Lineaarne energia neeldumistegur m et– lineaarse energiaülekandeteguri m korrutis tr energiaühiku ja murdosa erinevuse järgi g sekundaarsed laetud osakesed, mis muunduvad antud aines bremsstrahlungiks:

m et= m tr×(1 – g). (2.5)

Mõõtühik m et– 1/m, 1/cm.

Massi energia neeldumistegur m et, m seotud lineaarse energia neeldumisteguriga m et läbi keskkonna tiheduse r, milles kiirgus levib:

m et, m= m et/r. (2.6)

Mõõtühik m et, m– m 2 /kg, cm 2 /g.

Footonkiirguse radionukliidsete allikate jaoks
(e £ 3 MeV) õhus g 0,01 £, seega võime rakendatud probleemide puhul eeldada piisava täpsusega.

Footonkiirguse puhul saadakse energia ülekande- ja neeldumiskoefitsiendid fotoneeldumisest, nõrgalt seotud elektronide ebakoherentsest hajumisest ja elektron-positroni paaride moodustumisel tekkivate interaktsioonitegurite summeerimisel.

6. Keemiliste ühendite või keeruliste keemiliste ainete puhul saadakse footonenergia massiülekande- ja neeldumistegurid liitmise teel:

m m = , (2.7)

kus m m, i- massikoefitsient i th komponent massiosaga w i; = 1.

7. Neutronite vastastikmõju ainega on keerulisem kui footonitel ja sõltub lisaks keemilisele koostisele ka isotoopkoostisest, s.t. üksikutest nukliididest, millest aine koosneb. Teatmeteosed esitavad täielikud mikroskoopilised interaktsiooni ristlõiked energia s(e) funktsioonina. Antud tuumaprotsessi S, 1/cm, makroskoopiline ristlõige on seotud mikroskoopilise ristlõikega s, cm 2 avaldise abil

kus e on neutroni energia; N A– Avogadro number; M, r – elemendi massiarv ja tihedus, millega neutron interakteerub.

8. Laetud osakeste ja aine vastastikmõju tunnuseks on kiirgusenergia e, mis kantakse ainele üle interaktsioonides, mis viivad aatomite ja molekulide ioniseerumisele ja ergastumisele. Laetud osakese poolt elementaarrajal toimunud kokkupõrgete tõttu kaotatud keskmise energia suhe dl, selle tee pikkus on kogus kogu lineaarne energiaülekanne L:

Valemis (2.9) ei võeta arvesse bremsstrahlungist tingitud energiakadusid. Lühendit LET kasutatakse täieliku lineaarse energiaülekande tähistamiseks. LPE ühik – J/m. Spetsiaalseks mõõtühikuks on kiloelektronvolt vee mikromeetri kohta (keV/µm).

9. Keskmine uh sihtmärgile üle kantud energia. Kiirguse poolt piiratud ainemahule ülekantav energia on võrdne kõigi laetud ja laenguta osakeste kogu kineetilise energia ja vaadeldavasse ruumalasse sisenevate kvantide ning kõigi laetud ja laenguta osakeste ja sellest väljuvate kvantide kogu kineetilise energia vahega. maht.

; ionisatsioonienergia kao hulk aines teeühiku kohta. LET on defineeritud kui koguenergia suhe dE, mis on osakese poolt ainele üle kantud teel toimunud kokkupõrgete tõttu dl, selle tee pikkusele: L = dE/dl. LET-i ei kasutata laenguta osakeste jaoks, vaid kasutatakse nende aines moodustunud sekundaarsete laetud osakeste LET-väärtusi. Mõõdetud eV/nm. LET väärtused erinevad 0.2 kõrge energiaga footonite jaoks kuni 104 eV/nm uraani tuumade lõhustumise fragmentide puhul.

Seda mõistet kasutatakse laialdaselt radiobioloogias erinevate kiirgusliikide radiobioloogiliste mõjude hindamisel.

Vaata ka

• Ioniseeriva kiirguse suhteline bioloogiline efektiivsus

Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.

Vaadake, mis on "Lineaarne energiaülekanne" teistes sõnaraamatutes:

- (LET), energia, mille ioniseeriv osake kannab sõidukiüksusele selle trajektoori antud läheduses ühiku kohta. trajektoori pikkus: Ldeltt=(d?cp/dl)deltt, kus dl on laengu läbitud tee. h tsey in ve, d?cp avg. energia, mille inimene kaotab suhtlemisel, milles ... ... Füüsiline entsüklopeedia

lineaarne energiaülekanne- 4,5 lineaarne energiaülekanne [LET]; LΔ: elementaarrajal dl toimunud kokkupõrke tõttu laetud osakese poolt keskkonnale lokaalselt üle kantud energia dE suhe selle tee pikkusesse Allikas ...

lineaarne energiaülekanne- ilginė elektringųjų dalelių energia perdava statusas T valdkond Standartiseerimine ja metroloogia definis Jonizuojančiosios elektringosios dalelės, tam tikroje vietoje nueinančios elementarųjį atstumą, materjalii perduo ta energija, padalyta iš to… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

lineaarne energiaülekanne- ilginė energijos perdava statusas T ala fizika vastavusmenys: angl. lineaarne energiaülekanne vok. Energieabgabe je Längeneinheit, f rus. lineaarne energiaülekanne, f pranc. transfert d'énergie linéique, m … Fizikos terminų žodynas

- (LET) keskmine energia, mille keskkond neelab laetud osakese läbimise punktis selle teekonna ühiku kohta; kasutatakse erinevate ioniseeriva kiirguse bioloogiliste mõjude erinevuste arvessevõtmiseks... Suur meditsiiniline sõnastik

Vaata Ioniseeriv kiirgus... Keemia entsüklopeedia

Lineaarne energiaülekanne (LET)- 5. Lineaarne energiaülekanne (LTE) Vastavalt GOST 15484 Allikas... Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik

lineaarne- 98 lineaarne [mittelineaarne] elektriahel Elektriahel, milles elektripinged ja elektrivoolud ja/või elektrivoolud ja magnetvooühendused või/ja elektrilaengud ja elektripinged on omavahel ühendatud... ... Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik

GOST 25645.218-90: Kosmoselaeva meeskonna kiirgusohutus kosmoselennu ajal. Kosmilise kiirguse kvaliteediteguri sõltuvus lineaarenergiast- Terminoloogia GOST 25645.218 90: Kosmoselaeva meeskonna kiirgusohutus kosmoselennul. Kosmilise kiirguse kvaliteediteguri sõltuvus lineaarenergiast originaaldokument: 7. Lineaarse ülekande doosispekter... ... Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik

LPE- lineaarne energiaülekanne lineaarsed energiakadud (mitmuses) lineaarsed energiakadud ... Venekeelsete lühendite sõnastik