Додаткові теоретичні відомості

Гамма-промені - короткохвильове електромагнітне ви­промінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі Вони становлять потік γ-квантів (фотонів) з енергією та імпульсом Гамма-випромінювання є одним із видів радіоактивного випромінювання та. як пра­вило, супроводжує розпади. На дослідах встановлено, що γ-промені випускаються не материнським, а дочірніми ядрами, які в момент свого утворення збуджені та мають надлишкову енергію порівняно із звичайним, нормальним енергетичним станом незбудженого ядра. За дуже короткий час дочірнє ядро переходить у нормальний або менш збуджений стан, при цьому випускаючи про­мені, що мають дискретний спектр.

При проходженні через речовину внаслідок поглинання та розсіяння інтенсивність випромінювання зменшується. Під час проходження через речовину квант може взаємо­діяти як з електронною оболонкою атомів (молекул) речо­вини, так і з їх ядрами. Фізичні процеси, що зумовлюють зменшення інтенсивності променів під час проходження через речовину є: утворення пар еяектрон-позитрон, Комптон-ефект, фотоефект і когерентне розсіяння. Можливість виникнення певного процесу залежить від енергії фотонів і фізичних властивостей речовини, яка поглинає ці фотони.

При великих енергіях квантів, що перевищують по­двійну енергію спокою електрона переважно виникає поглинання променів, пов'язане з утворенням електронно-позитронних пар.

Зі зменшенням енергії фотона збільшується можливість виникнення Комптон-ефекту. В 1925 році А. Комптон, досліджуючи розсіяння рентгенівських променів, визначив, що в розсіяному випромінюванні присутні як коливання з частотою падаючого випромінювання так і коливання з частотою , меншою ніж . Ефект зменшення частоти розсіяного випромінювання одержав назву ефекту Компто-на. При цьому ефекті енергія падаючого фотона hv_Q частково витрачається на відрив електрона від атома, тобто на роботу виходу та надання електрону кінетичної енергії Цей електрон називають електроном віддачі, або комптонівським електроном. За законом збереження енергії енергія розсіяного фотона (і отже частота випромінювання) буде меншою від енергії пада­ючого фотона. Ефект Компотна частіше за все спостері­гається для енергій гамма-випромінювань, менших за енер­гію подвійної маси спокою електрона та більших від енергії зв'язку електрона з атомом. Його також називають некоге-рентним розсіянням гамма-випромінювання, так як відбу­вається зміна частоти фотона, який поглинається.

Із зменшенням енергії гамма-фотонів збільшується можливість взаємодії кванта з електронами атомів. Виникає фотоефект, при якому електрони вириваються із внутрішніх шарів електронної оболонки. Цей процес називають ще фотоелектричним поглинанням променів. Коефіцієнт фо­тоелектричного поглинання залежить від атомного номера Zречовини і довжини хвилі гамма-випромінювання:

Сталі залежно від енергії квантів, змінюють свої значення в межах

При невисоких енергіях фотона гамма-випромінювання при взаємодії його з речовиною (подібно рентгенівському) може виникати і когерентне розсіяння, при якому зміню­ється лише напрямок поширення випромінювання без зміни його енергії (частоти).

Враховуючи всі ці процеси, що характеризують взаємо­дію гамма-випромінювання з речовиною, можна записати закон Бугера для послаблення інтенсивності цього випро­мінювання або потоку частинок по мірі проходження шару речовини товщиною

Коефіцієнт - це лінійний коефіцієнт послаблення, ве­личина якого обернено пропорційна такій товщині поглина­ючої речовини, на якій інтенсивність випромінювання змен­шується в е разів. Його значення можна знайти, скористав­шись такою формулою:

Однією з характеристик захисних властивостей речови­ни від іонізуючого випромінювання є товщина шару поло­винного послаблення , на якому інтенсивність випромі­нювання зменшується вдвічі. Враховуючи закон Бугера,

можна знайти значення , а саме: звідки

Лабораторна установка для визначення коефіцієнта лінійного послаблення гамма-випромінювання

Лабораторна установка складається із лічильника (де­тектора) та лічильного пристрою ЯС-100 (рис. 8.26). Лічильник являє собою циліндричну посудину, заповнену газом з тиском до 100-200 мм. рт. ст. та містить два електроди - нитковидний анод і циліндричний катод. Робоча напруга на лічильнику кілька сотень вольт. При попаданні в об'єм лічильника будь-якої іонізуючої частинки (електрони випромінювання, вторинні фотоелектрони, комптон-електрони або електрон-позитронні пари при γ-випромінюванні) в ньому виникає самостійний розряд із швидким самопогашенням. Розряд переривається вмикан­ням великого опору а також введенням домішок (парів спирту, галогенів тощо) у склад газової суміші лічильника. Час погашення близько с. Час

відновлення чутливості лічильника визначається дрейфом іонів до катода та становить близько с. Отже, лічильна характеристика, або ефективність лічильника, яка визна­чається числом зареєстрованих частинок за одиницю часу, становить величину порядка десяти тисяч за секунду.

Рис.8.26.Схема лабораторної установки.

Електричні імпульси, що виникають в лічильнику, посилюються на підсилювачі (Яс) та поступають в лічильний пристрій. На зовнішній панелі цього пристрою знаходяться індикатори розрядів, які фіксують число зареєстрованих частинок, і клавіші для встановлення різних режимів роботи (мережа, скидка, перевірка, пуск, стоп).