ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электромагнитное излучение из "Ядерная химия и радиохимия" Процессы, вызывающие потери энергии [23]. Удельная ионизация, вызываемая -лучами, примерно в 10—100 раз меньше, чем создаваемая электронами той же энергии. Поэтому пробеги у-лучей намного больше пробегов р-частиц. Средняя потеря энергии у-лучей при образовании одной пары ионов та же, что и в случае р-частиц в воздухе она равна 35 эе. Ионизация, наблюдаемая при прохождении у-лучей (и рентгеновских лучей) через вещество, почти целиком обусловлена вторичными процессами она связана с тремя рассматриваемыми ниже процессами. [c.112] В области низких энергий наиболее важным из процессов, обусловливающих потерю энергии у- и особенно Х-лучей, является фотоэффект. При фотоэффекте квант электромагнитного излучения с энергией /IV выбивает из атома или молекулы связанный электрон и сообщает ему энергию hv — Ъ (где Ь — энергия связи электрона) при этом квант излучения полностью исчезает. В силу законов сохранения часть импульса получает остаток атома. [c.112] Согласно схеме рис. 28, Еу — энергия падающего у-кванта Еу — энергия у-кванта, рассеянного на угол р — импульс электрона после акта рассеяния ф — угол, который составляет траектория электрона с направлением первоначального движения у-кванта. Считается, что до столкновения с у-квантом электрон является покоящимся. Энергия покоящегося электрона равна Ео = тос = 0,511 Мэе. [c.113] За исключением сечения фотоэффекта при очень низких энергиях, атомные сечения всех трех рассмотренных процессов увеличиваются с возрастанием Z. Поэтому тяжелые элементы более эффективно поглощают электромагнитное излучение, чем легкие (в расчете на одинаковое число атомов). Чаще всего для поглощения у-лучей используется свинец. Так как с увеличением энергии 7-лучей вероятность фотоэффекта и эффекта Комптона уменьшается, а вероятность образования пар увеличивается, то полное поглощение 7-лучей в данном элементе при определенной энергии имеет минимум. Так, например, в случае свинца этот минимум поглощения (или максимум прозрачности) имеет место при энергии 7-лучей около 3 Мэе, а для меди и алюминия соответственно около 10 и 22 Мэе. Зависимость от энергии атомных сечений фотоэффекта, эффекта Комптона и образования пар для А1, Си и РЬ показана на рис. 29. [c.116] В некоторых случаях можно смешать кривые поглощения в алюминии мягких рентгеновских лучей и -частиц. Из этого затруднения выходят, используя другой поглотитель, поскольку для Х-лучей величина массового коэффициента поглощения сильно зависит от X. [c.119] Критическое поглощение рентгеновских лучей. Выше уже упоминалось о резких изменениях коэффициентов поглощения при тех значениях энергии фотонов, которые соответствуют энергии связи электронов в атомах поглощающей среды. Наличие таких скачков поглощения и изменение их положения при переходе от элемента к элементу можно использовать для определения энергии характеристических рентгеновских лучей. Для того чтобы лучше уяснить основы так называемого метода критического поглощения, напомним, что испускание характеристических рентгеновских лучей обусловлено переходом электрона с одной из орбит на вакантное место в оболочке, расположенной ближе к ядру, например с Ь-оболочки на -оболочку . С другой стороны, для того чтобы произошло фотоэлектрическое поглощение фотона, необходимо, чтобы его энергия была достаточна для преодоления энергии связи электрона на данном уровне и перевода его на один из внешних вакантных уровней или удаления из атома. Отсюда следует, что всякий элемент является плохим поглотителем своих собственных характеристических рентгеновских лучей. Действительно, энергия ЛГ -излучения данного элемента равна разности энергий связи электрона на К- и Ь-уровнях и поэтому недостаточна для перевода электрона с / -уровня на один из свободных внешних уровней (или, тем более, для полного отделения от атома). Однако энергия связи электрона на данном уровне понижается с уменьшением X. Вследствие этого энергия а-излучения элемента X может оказаться близкой (но несколько выше) к энергии связи электрона в / С-оболочке одного из соседних элементов с более низким атомным номером это приводит к избирательному поглощению излучения этим элементом (в отличие от элементов с более высокими значениями X). Таким образом, два рядом стоящих элемента обладают существенно различными коэффициентами поглощения данного Х-излучения поглощение в наиболее эффективном элементе называют критическим поглощением. Критическое поглощение может наблюдаться не только для Г-линий, но также и для -линий, особенно в случае тяжелых элементов. [c.119] Исследование критического поглощения может оказаться полезным также и в тех случаях, когда экспериментатор располагает, например, пропорциональным счетчиком с анализатором импульсов или другим устройством, позволяющим определять энергию излучения со средней степенью разрешения. В этом случае с помощью специально подобранных поглотителей можно сильно ослабить одну из линий, чтобы устранить помехи при исследовании др 5 гих. [c.121] Нейтроны не имеют заряда, поэтому они чрезвычайно слабо взаимодействуют с электронами, и первичная ионизация, вызываемая нейтронами, пренебрежимо мала. Взаимодействие нейтронов с веществом практически определяется взаимодействием с ядрами, которое включает в себя упругое и неупругое рассеяние, такие ядерные реакции, как (тг, у), п, р), (п, а), (п, 2п), и деление. Эти процессы кратко рассматривались в гл. II и более подробно будут обсуждаться в гл. X. Здесь же только укажем, как процессы взаимодействия с ядрами могут быть использованы для обнаружения нейтронов и измерения их потоков. Для детекции быстрых нейтронов часто применяются протоны отдачи, возникающие при упругом рассеянии нейтронов в водородсодержащих веществах. Если на достаточно толстый слой парафина падают нейтроны с энергией 1 Мэе, то из слоя выходит около 7 протонов на каждые 10 нейтронов. При изменении энергии нейтронов отношение числа протонов к числу нейтронов изменяется приблизительно пропорционально энергии нейтронов. Энергия наиболее быстрых протонов отдачи равна энергии нейтронов. [c.121] Для обнаружения ней ронов можно использовать также ионизацию, вызываемую протонами или а-частицами, образующимися в результате (ге, р)- или (ге, а)-реакций. С этой целью ионизационные камеры и пропорциональные счетчики (описываемые в гл. V) заполняют, например, газообразным ВРз или их стенки покрывают бором и регистрируют заряженные частицы, возникающие при реакции В п, а)Ь1 . Особенно эффективные результаты получаются при употреблении индивидуального изотопа В . Если камеру изнутри покрыть веществом, способным к делению, и поместить ее в нейтронный поток, то можно наблюдать ионизацию, вызываемую осколками, образующимися при делении. [c.121] Для детекции нейтронов часто используются также реакции радиационного захвата нейтронов, продуктами которых являются радиоактивные изотопы в этом случае об интенсивности нейтронного потока судят по величине наведенной активности. [c.121] Отсюда следует, что для замедления быстрого нейтрона с энергией в несколько Мэе в водороде до тепловых скоростей ( 0,04 эв) необходимо около 20 соударений. Для замедления большей части нейтронов до тепловой энергии достаточно окружить источник быстрых нейтронов слоем парафина толщиной около 20 см. Весь процесс замедления продолжается менее 10 сек. [c.124] Наиболее вероятная судьба теплового нейтрона в водородсодержащей среде (такой, как вода, парафин) — быть в конце концов захваченным протоном с образованием дейтрона. Однако, поскольку сечение этого процесса существенно меньше сечения упругого рассеяния, нейтрон, достигший тепловой скорости, испытывает до момента захвата еще около 150 соударений. Парафин и вода являются хорошими замедляющими веществами, в частности и потому, что сечения захвата нейтронов у углерода и кислорода еще меньше, чем у водорода. В этом смысле тяжелая вода лучше обычной, так как вероятность захвата нейтрона ядром дейтерия чрезвычайно мала. В качестве замедлителя широко используется также углерод (графит). Правда, в этом случае термализация достигается при значительно большем числе соударений (около 120), но зато тепловой нейтрон живет в графите намного дольше, чем в водородсодержащей среде. Однако в любом веществе время жизни теплового нейтрона до захвата не превышает долей секунды. [c.124] Таким образом, средняя энергия тепловых нейтронов зависит от температуры замедлителя. При очень низких температурах максвелловское распределение недостаточно хорошо согласуется с истинным, что связано с наличием дискретных энергетических уровней у атомов среды, находящихся в связанном состоянии. Формулой (30) нельзя пользоваться также в тех случаях, когда путь нейтрона в среде недостаточно велик и когда распределение по скоростям существенно искажается поглощением нейтронов или их утечкой через поверхность замедлителя. [c.125] Распределение (31) играет существенную роль при вычислениях сечений ядерных реакций, протекающих под действием тепловых нейтронов. [c.125] Вернуться к основной статье