Электромагнитные ионизирующие излучения

В зависимости от источника электромагнитные ИИ подразделяются на тормозное, характеристическое и g-излучение. Тормозное излучение возникает при замедлении в электрическом поле ускоренных заряженных частиц. Характеристическое излучение обусловлено энергетическими перестройками внутренних электронных оболочек возбужденных атомов, а γ-излучение является продуктом ядерных превращений радиоактивных элементов (радиоизотопов). Совокупность тормозного и характеристического излучений называют рентгеновским излучением.

Энергия фотона (Е) прямо пропорциональна частоте электромагнитных колебаний (v) и обратно пропорциональна длине их волны (X):

Е = hv = hc/X, где h - постоянная Планка, с - скорость света.

В электрон-вольтах эту энергию можно рассчитать по формуле:

Е = 12400/Х, где величина X выражена в нм.

Поскольку минимальная энергия ионизации атома в веществе равна 34 эВ, легко определить, какие из электромагнитных излучений обладают ионизирующими свойствами: это те из них, длина волны которых меньше 365 нм.

Взаимодействие электромагнитного ИИ с атомами вещества может протекать в формах фотоэффекта, комптон-эффекта и образования электрон-позитронных пар.

Фотоэффект - поглощение одной из внешних электронных оболочек атома всей энергии фотона с превращением ее в кинетическую энергию «выбитого» из атома электрона. Этот эффект преобладает при энергии фотонов до 0,05 МэВ.

Комптон-эффект - передача электрону лишь части энергии фотона; остальная энергия передается вторичному («рассеянному») фотону, который взаимодействует с атомами по механизму фотоэффекта или комптон-эффекта. При энергиях квантов от 0,1 до 2,0 МэВ (например, в случае проникающей радиации ядерного взрыва) на долю комптон-эффекта приходится до 99-100% поглощенной веществом энергии g-излучения.

Образование электрон-позитронных пар при прохождении g-кванта в непосредственной близости от ядра атома - это основной вид взаимодействия фотонов с веществом при их энергии более 50 МэВ. Образующиеся при поглощении квантов электромагнитного излучения ускоренные заряженные частицы являются вторичным, но первостепенным по значимости фактором ионизации и возбуждения атомов в облучаемом веществе. Поэтому рентгеновы и g-лучи называют косвенно ионизирующими излучениями.

Энергия фотонов определяет не только их ионизирующую, но и проникающую способность. Высокоэнергетические электромагнитные излучения легко проникают вглубь тела человека, вызывая ионизацию во всех клетках организма. Напротив, «мягкие» рентгеновы лучи задерживаются восновном кожей, не оказывая существенного действия на глубоко лежащие ткани.

При прохождении электромагнитных ИИ через вещество интенсивность их потока уменьшается в соответствии с уравнением:

I = I₀e,^-mx

где I - интенсивность прошедшего сквозь экран потока излучения;

I₀ - интенсивность падающего потока излучения;

е - основание натурального логарифма;

m - коэффициент ослабления, величина которого зависит от энергетического

спектра ИИ и свойств вещества;

х - толщина экрана.

Показателем экранирующей способности материалов является толщина их слоя, при которой излучение ослабляется вдвое (слой половинного ослабления ). Эта величина связана с коэффициентом ослабления ИИ зависимостью:

d_0,5 = 0,693/m.

Коэффициент ослабления электромагнитных ИИ растет с увеличением атомной массы входящих в вещество элементов. Поэтому наиболее эффективно экранируют вещества, содержащие тяжелые металлы например свинец и барий («защита экранированием»).«Защита экранированием» дополняется «защитой расстоянием», основанной на зависимости интенсивности потока ИИ от расстояния до его источника, и «защитой временем» - минимизацией времени воздействия ИИ на персонал.