ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Бета-частицы из "Химия изотопов Издание 2" Бета-лучи состоят из потоков электронов ( -лучи) или позитронов ( -лу-чи). Обе частицы имеют одинаковую массу, одинаковый спин, равный и одинаковую величину заряда, но различаются знаком этого заряда. Другое важное различие связано с их продолжительностью жизни. Электрон может существовать неограниченно долгое время, но позитрон очень неустойчив. Через короткое время после своего образования (порядка сек.) он захватывает электрон, и пара е превращается в два у-фотона, каждый из которых имеет энергию 0,51 Мэв, равную энергии с электрона. Этот процесс называется антигиляцией пары -f ё . [c.147] Из-за малой продолжительности жизни позитроны были открыты значительно позже, чем электроны. Существование электронов было обнаружено еще в конце XIX в. Позитроны были предсказаны Дираком [32] на основании разработанной им релятивистской квантовой механики электрона. Вскоре после этого в 1932 г. Андерсон [366] открыл их в космическом излучении по следам в камере Вильсона. Затем их образование было обнаружено при облучении разных мишеней жесткими у-лучами [367], а в 1934 г. И. и Ф. Жолио-Кюри [129] нашли их одновременно с открытием искусственной радиоактивности в излучении, сопровождающем распад ядер. [c.147] Большинство применяемых в химии радиоактивных изотопов испускает -частицы с энергией не свыше нескольких Мэв. До этих пределов можно пренебрегать радиационными потерями энергии и считать с достаточной точностью, что поглощение вызвано лишь возбуждением орбитральных электронов и вырыванием их из атомов среды.Прежде чем -частица растратит всю энергию полета, она ионизирует много атомов на своем пути. Например, как уже указывалось, ионизация атомов воздуха требует в среднем 32,5 эв и -частица с энергией Е образует Е/32, 5 пар ионов. Для частиц в 1 Мэв это число приблизительно равно 30 ООО. Если орбитальные электроны возбуждаются, не покидая атома, то их возвращение на нормальные уровни сопровождается мягким у-излучением с характеристическим спектром, отвечающим энергии возбуждения. Такое мягкое у-излучение всегда возникает при прохождении -лучей через среды. Вместе с тормозным у-излуче-нием (см. ниже) оно дает регистрируемую измерительными приборами остаточную активность, которая сохраняется на выходе из слоев поглотителя, даже если они достаточно толсты для задержания всех -частиц. Измерение активности -лучей осложняется также их рассеянием. При каждой встрече с атомами -частица изменяет траекторию в результате упругих соударений (без потери энергии). Ионизация атомов также меняет путь -частиц. В результате всех этих процессов -частица проходит сложную извилистую траекторию, как хорошо видно на следах в камере Вильсона. Длина этой траектории в несколько раз больше пройденной толщи поглотителя. Отклонение -частиц при рассеянии особенно велико из-за их малой массы. Оно иногда превышает 180°, т. е. некоторая часть -лучей отражается в направлении к источнику облучения. Такие отражения, в частности, происходят от подложек, на которые нанесен измеряемый препарат. Рассеяние вызывает дополнительную потерю интенсивности пучка, так как некоторая доля -частицы из него выходит. [c.148] Из-за всех этих сложных явлений измерение активности -лучей путем сравнения со стандартом может быть точным лишь, если проба и стандарт имеют одинаковую форму, нанесены на одинаковые подложки и помещаются в одинаковом геометрическом положении относительно измерительного прибора. [c.148] От энергии -частицы зависит не только общее число образуемых ею ионов, но и число их на единицу длины пути. Как и для а-частиц, оно тем больше, чем меньше энергия -частицы. [c.148] При энергии не выше 5 Мэв можно с достаточной точностью принять,что бета-частица образует на единицу длины пути A/ пар ионов, где = и/с —скорость ее полета в долях от скорости света. Если энергия выше 0,5 Мэв, то приближается к единице и бета-частица образует k пар ионов на 1 см своего пути, независимо от ее скорости. Для воздуха при 1 ат и 15° величина k равна 45. Если энергия -частиц выше 5 Мэв, то ее ионизирующее действие медленно увеличивается с энергией (пропорционально 1п ) из-за образования вторичных бета-частиц под действием тормозного -( -излучения. [c.148] Этот коэффициент предполагает энергию, выраженную в Мэв, и длину полны, выраженную в применяемых для рентгеновских лучей единицах X — -=10 см. Для фoтo юв, участвующих в обычных ядерных процессах, величина Е находится примерно в пределах от 0,01 до 10 Мэв, что отвечает длинам волн от тысяч до единиц X. К рентгеновским лучам обычно относят область 10 —10 Х. [c.150] При прохождении через материальные среды -лучи поглощаются значительно меньше, чем а- и р-лучи, и поэтому проникают гораздо дальше их. Ослабле-Рис, 63. Схема эффекта Комптона. ие интенсивности пучка - -лучей зависит от нескольких процессов, из которых существенное значение имеют три фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние и образование пар е -Н е . В разных областях энергии -лучей преобладает тот или другой из этих процессов. [c.150] Поглощение из-за фотоэлектрического эффекта составляет основную причину ослабления пучка -лучей при малых величинах энергии фотонов, примерно ниже 0,5 Мэв для тяжелых атомов и ниже 0,05 Мэв для легких. При встрече с атомом фотон передает свою энергию одному из его электронов, который покидает атом, так как энергия его связи с ядром гораздо меньше энергии фотона в рассматриваемой области. Испускаемый электрон имеет энергию Е = Ед— /, где о /гм — энергия фотона и / — энергия связи электрона с ядром в атоме. Наибольшую вероятность имеет фотоэффект па электронах / -оболочек атомов. С увеличением числа электронов в оболочке поглощение фотонов сильно возрастает. В согласии с теоретическими расчетами оно пропорционально порядковому номеру в степе ни 4—5. [c.150] Каждый из этих фотонов имеет энергию /ПцС = 0,51 Мэв плюс доля кинетической энергии полета исходных -частиц. Если последняя ие очень велика, то вторичные фотоны не могут рождать пары, для чего нужна минимальная энергия в 1,02 Мэв. Поглощение (-лучей путем образования пар происходит легче на тяжелых ядрах. Оно пропорционально квадрату порядкового номера. [c.151] Поглощение и рассеяние --лучей вызываются также другими процессами, кроме рассмотренных упругим рассеянием от электронов оболочки атомов (диффракция), захватом фотона ядром с расщеплением последнего, образованием мезонов (при очень большой энергии выше 270 Мэв) и другими. Все они вносят лишь небольшую долю в поглощение (-лучей. [c.151] По тем же соображениям, что и рассмотренные на стр. 148, удобнее толщину слоя выражать в г/см и вводить массовый коэффициент поглощения [л = ild (где d — плотность) с размерностью см /г, вместо линейного коэффициента [X, имеющего размерность см Коэффициент i, имеет то преимущество, что для данного вещества он не зависит от плотности и от агрегатного состояния среды. [c.151] Величина (х или i сложным образом зависит от энергии фотонов и от природы поглощающей среды. Ее можно расчленить иа три слагаемых, отвечающих каждому из рассмотренных выше типов поглощения. На рис. 64 представлена зависимость каждого из них и суммарного коэффициента л от энергии фотонов для поглощения в свинце. [c.151] Если пучок 7-лучей не монохроматичен или среда неоднородна, то нужно брать сумму уравнений (5—7), и простой показательный закон непригоден. Анализ опытных кривых зависимости поглощения от толщины слоя дает возможность расчленить сложное излучение на компоненты, если их не больще 2—3. Расчет ведется тем же способом, что и описанный на стр. 145, для анализа неоднородного радиоактивного препарата по измеренной кривой падения его активности со временем. [c.152] Вернуться к основной статье