Основы общей и сельско-хозяйственной радиобилогии - Гудков И.Н.
ISBN 5-7987-0005-4
Скачать (прямая ссылка):
Длина Волны, м
Гамма-
лучи
Жесткие Мягкие
>ai
УФ- % ^ИК-лут^Щлучи
Микрорида а Во инь i УКВ Короткие ^
**.
СО
Рвнтгенобсте лучи Р а д и о 6 о л
Рис. 5. Зависимость энергии электромагнитных излучений от длины волны
Ы
ослабления. Основные процессы, происходящие при взаимодействии электромагнитных ионизирующих излучений с веществом,— это фотоэлектрический эффект (фотоэффект) , комптоновское рассеяние (эффект Комптона, или комптон-эффект) и образование пар элек-трон-позитрон (рис. 6).
При фотоэлектрическом эффекте происходит поглощение энергии падающих квантов электронами атома вещества, в результате чего возникают свободные электроны, вылетающие за пределы атома с кинетической энергией, равной энергии кванта излучения за вычетом энергии связи электрона в атоме. В тканях растительных и животных организмов фотоэффект характерен для низкоэнергетических электромагнитных излучений — длинноволнового рентгеновского и гамма-излучений с энергиями до 100 кэВ. С увеличением энергии излучения вероятность его фотоэлектрического взаимодействия с веществом снижается и при энергиях свыше 1 МэВ им можно пренебречь. Основной вклад во взаимодействие с веществом излучений вы-
При комптон-эффекте происходит рассеяние энергии.
При комптон-эффекте происходит рассеивание энергии фотона на одном из электронов атома. Это явление можно представить как упругое соударение фотона рентгеновского или гамма-излучения со свободным электроном. В отличие от фотоэффекта фотон отдает электрону не всю свою энергию, а лишь некоторую ее часть и продолжает движение уже в качестве рассеянного фотона в новом направлении и с меньшей энергией. Узкий пучок излучения в результате комптоновского рассеяния становится более широким, а само излучение более мягким (длинноволновым).
Если энергия электромагнитного излучения превышает 1,02 МэВ, становится возможным процесс образования электрон-позитронных пар в электрическом поле ядер атомов. Этот процесс вызывается столкновением фотона
Рис. 6. Поглощение энергии электромагнитного излучения в ткани при фотоэффекте (/), комптон-эффекте (2) и процессе образования електрон-позитронных пар (3)
с какой-либо заряженной частицей, например атомным ядром, в поле которой и образуется пара частиц — электрон и позитрон. Вероятность образования пар растет с увеличением энергии излучения. Если она выше 1,02 МэВ, то избыток ее превращается в кинетическую энергию образования пары. В дальнейшем позитрон после торможения исчезает (аннигилирует) с излучением двух фотонов с энергией 0,51 МэВ.
Как видим, в зависимости от энергии излучения различных типов взаимодействие с веществом изменяется: с ее увеличением уменьшается вклад фотоэлектрического и комптоновского эффекта, усиливается роль образования электрон-позитронных пар. Уровни энергий электромагнитных излучений, возникающих при распаде большинства естественных и искусственных радиоактивных веществ, а также рентгеновских и гамма-излучений, используемых в области прикладной радиобиологии и, в частности, при облучении растений и животных, находятся в диапазоне 0,2—2,2 МэВ, и поэтому наиболее вероятными при этом являются процессы взаимодействия по типу комптон-эффекта и образования пар.
2.2.2. Корпускулярное ионизирующее излучение
Корпускулярное ионизирующее излучение представляет собой поток частиц (корпускул), характеризующихся массой, зарядом и скоростью. Они подразделяются на заряженные и нейтральные, легкие и тяжелые частицы.
К заряженным легким частицам относятся в первую очередь электроны — легчайшие элементарные частицы вещества, несущие отрицательный электрический заряд наименьшей возможной величины, равный 1,6-10-19 Кл. Масса электрона—• 9,11-10-28 г. Вещество может стать источником электронов, если к нему будет подведено достаточное количество энергии. Так, если в вакууме создать электрическое поле и нагреть катод до белого каления, он начинает испускать электроны. Электрон, испущенный ядром, называют бета-частицей, или правильнее бета-минус-частицей (е~).
К ним относятся также позитроны — элементарные частицы, идентичные по своим свойствам электрону, но имеющие не отрицательный, а положительный электрический заряд. Позитрон, испущенный ядром, в отличие от испущенного электрона, называют бета-плюс-части-цей (е+). При встрече позитрона с электроном обе час-
тицы аннигилируют — исчезают. В результате этой реакции образуются два фотона — кванта гамма-излучения.
К тяжелым заряженным частицам относятся протоны— атомные ядра водорода, входящие наряду с нейтронами в состав всех ядер атомов химических элементов. Протон несет одинаковый с электроном элементарный электрический заряд, но положительный, и имеет массу в 1836 раз больше массы электрона, т. е. 1,67- 1СН4 г. При поглощении ядром атома энергии извне и последующем распаде протон внутри ядра может превратиться в нейтрон. Этот процесс сопровождается рождением позитрона и нейтрино — электрически незаряженной (нейтральной) элементарной частицы с массой покоя много меньшей массы электрона (возможно, вообще не имеющей массы покоя) и движущейся со скоростью света. При превращении нейтрона в протон из ядра атома вместо позитрона выбрасываются электрон и антинейтрино.
