G - випромінювання та його властивості. Дози опромінення

Гамма-випромінюванням (гамма-квантами) називається короткохвильове електромагнітне випромінювання, що випускається при переході ядер зі збуджених енергетичних станів у основний чи менш збуджений стан, а також при ядерних реакціях.

Дослідами встановлено: 1) g- випромінювання не є самостійним видом радіоактивності, тому що воно не змінює сполуку ядра, а змінює тільки його енергію; 2) g- спектр – лінійчатий, що є доказом дискретності енергетичних станів атомних ядер; 3) g- кванти випускаються не материнським, а збудженим дочірнім ядром, причому в проміжку 10 ^{- 13}…10^-14 с з моменту утворення. Повертаючись в основний стан, ядро може: а) пройти через ряд проміжних станів, випускаючи кілька груп g-квантів, що відрізняються одна від іншої своєю енергією (від 10 кеВ до 5 МеВ); б) передати енергію збудження (без попереднього випущення g- кванта) одному з електронів того ж атома з вильотом останнього (електрона внутрішньої конверсії) і заповнення його місця іншим електроном з вищележачої оболонки, що супроводжується характеристичним рентгенівським випромінюванням. Моноенергетичність електронів конверсії дозволяє відрізнити їх від b-електронів, спектр яких безперервний.

Гамма-кванти не несуть електричного заряду і мають нульову масу спокою, тому їх швидкість не уповільнюється при проходженні крізь речовини, вони поглинаються атомами або розсіюються ними. Інтенсивність I випромінювання на виході шару поглинаючої речовини товщиною х описується експонентним законом

(18.16)

де m – коефіцієнт поглинання, що залежить від властивостей речовини і від енергії g- квантів; I – інтенсивність на виході з речовини.

Основними процесами при взаємодії g- квантів з речовиною є фотоефект, комптон-ефект і утворення електронно-позитронних пар.

Фотоефект є переважним механізмом поглинання при Е_g£100 кеВ. При фотоефекті атом поглинає g- квант і випускає електрон. Тому що електрон вибивається з внутрішньої оболонки, то заповнення місця, що звільнилося, електронами з вищележачих оболонок приводить до характеристичного рентгенівського випромінювання. Фотоефект відбувається тільки на зв’язаних електронах, тому що вільний електрон не може поглинути g- квант, не порушуючи законів збереження імпульсу й енергії.

При Е_g~0,5 МеВ основним механізмом взаємодії g- квантів з речовиною є комптонівське розсіювання.

При Е_g>1,02 МеВ = 2m_ес² стає можливим утворення електронно-позитронних пар в електричних полях ядер. Ймовірність цього процесу пропорційна Z² і збільшується зі зростанням Е_g. При Е_g~ 10 МеВ основним каналом взаємодії g- випромінювання з речовиною є утворення електронно-позитронних пар.

При енергіях g- кванта 10...20 МеВ можливий ядерний фотоефект – викид з ядра одного з нуклонів, найчастіше нейтрона.

Вплив g- випромінювання й інших видів іонізуючого випромінювання на речовину характеризують дозою іонізуючого випромінювання. Розрізняють:

1) поглинену дозу випромінювання – відношення енергії випромінювання до маси речовини, що опромінюється (одиниця вимірювання – грей: 1 Гр = 1 Дж/кг);

2) експозиційну дозу випромінювання, що дорівнює відношенню суми електричних зарядів всіх іонів одного знака, створених вторинними електронами, які звільнені в опроміненому повітрі, до маси цього повітря (одиниця вимірювання – кулон на кілограм (Кл/кг), позасистемна – рентген: 1Р = 2,58×10^-4 Кл/кг);

3) біологічну дозу, що визначає вплив випромінювання на організм. Надзвичайно суттєвими для біологічної дії іонізуючого випромінювання є його вид (, , , , , ) та енергія. Для врахування цього було введено еквівалентну дозу випромінювання

, (18.17)

де — коефіцієнт ВБЕ, — поглинута доза випромінювання. Одиницею еквівалентної дози випромінювання є : . До введення () застосовувалась одиниця (біологічний еквівалент рентгена (). Відповідно до попередніх величин існує потужність еквівалентної дози випромінювання

, . (18.18)

Існують державні санітарні правила роботи з іонізуючими випромінюваннями, в яких зазначені граничні допустимі дози і потужності цих доз для населення та різних категорій професійних працівників. У переважній більшості розвинутих країн для населення (з урахуванням усіх природних джерел випромінювання) встановлена річна доза – ; одноразове аварійне випромінювання – .

Потужність дози випромінювання – відношення дози випромінювання до часу опромінення. Розрізняють: а) потужність поглиненої дози (Гр/с); б) потужність експозиційної дози (А/кг).