Презентация на тему "Ионизирующие излучения"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Раздел:

  ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

• 
  Слайд 2

  Лекция №1

  ПОНЯТИЕ, ВИДЫ И ПРИРОДА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВЕЩЕСТВОМ 1. ПОНЯТИЕ И ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. ЗАКОН ОСЛАБЛЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ПЕРВИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

• 
  Слайд 3

  1. ПОНЯТИЕ И ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

  ИОНИЗИРУЮЩИМИ НАЗЫВАЮТСЯ ВСЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, КОТОРЫЕ ПРИ ДЕЙСТВИИ НА ВЕЩЕСТВО НЕПОСРЕДСТВЕННО ВЫЗЫВАЮТ ЕГО ИОНИЗАЦИЮ. К ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЯМ ОТНОСЯТСЯ: КОРОТКОВОЛНОВОЙ УФ(10-200 нм) РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ВСЕ ВИДЫ РАДИО-АКТИВНЫХ (ЯДЕРНЫХ) ИЗЛУЧЕНИЙ - АЛЬФА-, БЕТА-, ГАММА-, НЕЙТРОННОЕ.

• 
  Слайд 4

  1.1. ПРИРОДА И ВИДЫ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

  РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ– ВОЛНОВОЙ (ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ) ПРИРОДЫ, НА ШКАЛЕ - МЕЖДУ УФ И ГАММА-излучением, ДИАПАЗОН 80 – 10-5нм (коротковолновое). Вильгельм Конрад Рентген 1845 – 1923

• 
  Слайд 5

  КЛАССИФИКАЦИЯ

  ПО ДЛИНЕ ВОЛНЫ И ПРОНИКАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ: МЯГКОЕ – длина волны больше, проникающая способность меньше, и ЖЕСТКОЕ – длина волны меньше, проникающая способность больше. 2) ПО МЕХАНИЗМУ ИЗЛУЧЕНИЯ И СПЕКТРАМ – ТОРМОЗНОЕ и ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ.

• 
  Слайд 6

  1. 2. ПРИРОДА И ВИДЫ РАДИОАКТИВНЫХИЗЛУЧЕНИЙ

  РАДИОАКТИВНЫМИ (ЯДЕРНЫМИ) НАЗЫВАЮТСЯ ИЗЛУЧЕНИЯ, КОТОРЫЕ ОБРАЗУЮТСЯ ПРИ РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ ЯДЕР. РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД – ЭТО САМОПРОИЗВОЛЬНЫЙ РАСПАД НЕУСТОЙЧИВЫХ ЯДЕР С ОБРАЗОВАНИЕМ НОВЫХ ЯДЕР И ИСПУСКАНИЕМ РЯДА ИЗЛУЧЕНИЙ.

• 
  Слайд 7

  ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

  ДВА ОСНОВНЫХ ТИПА РАСПАДА: и БЕТА-РАСПАД – 3-Х ВИДОВ: ЭЛЕКТРОННЫЙ(- ) ПОЗИТРОННЫЙ ( +) И ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ ( е - захват ) АЛЬФА () БЕТА () - + е – захват

• 
  Слайд 8

  ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОЧАСТИЦ

  ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И АТОМНЫЕ ЯДРА ХАРАКТЕРИЗУЮТ ЗАРЯДОМ И МАССОЙ, ВЫРАЖЕННЫМИ В ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЕДИНИЦАХ. ЗАРЯД ЯДРА РАВЕН ЧИСЛУ ПРОТОНОВ В ЯДРЕ. ОПРЕДЕЛЯЕТ ПОРЯДКОВЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА В ТАБЛИЦЕ МЕНДЕЛЕЕВА: qя = Np = Z. МАССА ЯДРА РАВНА СУММЕ ЧИСЛА ПРОТОНОВ И ЧИСЛА НЕЙТРОНОВВ ЯДРЕ (Т.Е. ОБЩЕМУ ЧИСЛУ НУКЛОНОВ): mя = Nр + Nn= A. ЭТА СУММА НАЗЫВАЕТСЯ МАССОВЫМ ЧИСЛОМ.

• 
  Слайд 9

  В СОСТАВ АТОМА ВХОДЯТ:

  ПРОТОНЫ, НЕЙТРОНЫ и ЭЛЕКТРОНЫ: pne Т.к. ПРОТОНЫ И НЕЙТРОНЫ ОБРАЗУЮТ ЯДРО ("НУКЛЕУС" – NUCLEUS), ИХ ОБЩЕЕ НАЗВАНИЕ – НУКЛОНЫ. qp = 1 qn = 0 qe = e = -1 (э.е.з.) mp = 1mn= 1me = 0 (э.е.м.) ПОЗИТРОН (АНТИЭЛЕКТРОН) НЕ ВХОДИТ В СОСТАВ ЯДРА, НО ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ОДНОМ ИЗ ВИДОВ РАСПАДА (+). ХАРАКТЕРИСТИКИ: q = +1, m = 0.

• 
  Слайд 10

  ИЗЛУЧЕНИЯ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ ПРИ РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ

  АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЕ – КОРПУСКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ. СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ АЛЬФА-ЧАСТИЦ, ИЛИ ЯДЕР АТОМОВ ГЕЛИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ: Z = 2, A = 4. ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ АЛЬФА-РАСПАДЕ. БЕТА-МИНУС- ИЗЛУЧЕНИЕ – КОРПУСКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ. СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦ, ИЛИ ЭЛЕКТРОНОВ. ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ БЕТА-МИНУС РАСПАДЕ.

• 
  Слайд 11
  

  БЕТА-ПЛЮС- ИЗЛУЧЕНИЕ – КОРПУСКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ. СОСТОИТ ИЗ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ БЕТА-ПЛЮС ЧАСТИЦ, ИЛИ ПОЗИТРОНОВ. ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ БЕТА-ПЛЮС РАСПАДЕ. ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ СОПРОВОЖДАЕТ ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ – ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ (ВОЛНОВОЙ) ПРИРОДЫ. МОЖЕТ СОПРОВОЖДАТЬ КАК АЛЬФА-, ТАК И БЕТА-РАСПАД.

• 
  Слайд 12
  

  ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА НЕЙТРИНО ХАРАКТЕРИСТИКИ: q = 0, m = 0. ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ПОЗИТРОННОМ БЕТА-РАСПАДЕ. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА АНТИНЕЙТРИНО ХАРАКТЕРИСТИКИ: ОТ НЕЙТРИНО ОТЛИЧАЕТСЯ ТОЛЬКО НАПРАВЛЕНИЕМ СПИНА. ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ БЕТА-РАСПАДЕ.

• 
  Слайд 13
  

  2. ЗАКОН ОСЛАБЛЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ при взаимодействии с веществом

  Ф = Ф0e- x ПОТОК ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО УМЕНЬШАЕТСЯ ПО ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОМУ ЗАКОНУ. Здесь Ф0 – падающий поток излучения, Ф – поток излучения, прошедшего через слой вещества толщиной «х»,  - линейный коэффициент ослабления. Аналогично меняется интенсивность излучения: I = I0 e - x.

• 
  Слайд 14
  

  Характеристики взаимодействия данного вида излучения с данным веществом

  линейный коэффициент ослабления  [м -1] массовый коэффициент ослабления m=  /  [ м2 / кг ] слой половинного ослабления d1/2[ м ] Физический смысл этих характеристик  ОБРАТЕН ТОЛЩИНЕ СЛОЯ ВЕЩЕСТВА, ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ КОТОРОГО ПОТОК ИЗЛУЧЕНИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ В "е" РАЗ. Зависит от плотности  вещества: больше  больше атомов на пути излучения  больше ослабление.

• 
  Слайд 15
  

  Массовый коэффициент ослабления m не зависит от плотности вещества. d1/2 - ТОЛЩИНА СЛОЯ ВЕЩЕСТВА, ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ КОТОРОГО ПОТОК ИЗЛУЧЕНИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ ВДВОЕ. СВЯЗЬ и d1/2 Пусть x = d1/2 Ф = Ф0 / 2; Ф0 / 2 = Ф0 / e d 2 = e d ln 2 = d1/2 d1/2 = ln 2 /  ЧЕМ БОЛЬШЕ , ТЕМ МЕНЬШЕ d1/2.

• 
  Слайд 16
  

  3. ПЕРВИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ионизирующих излучений С ВЕЩЕСТВОМ

  РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТРИ ПЕРВИЧНЫХ ЭФФЕКТА: КОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ НЕКОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ ФОТОЭФФЕКТ Тот или иной эффект – в зависимости от соотношения энергии рентгеновского фотона ε и энергии ионизации (работы выхода электрона) Аи. Энергия ионизации – энергия, необходимая для удаления электрона за пределы атома.

• 
  Слайд 17

  Когерентное (классическое) рассеяние

  Это ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПУЧКА ИЗЛУЧЕНИЯ (РАССЕЯНИЕ ПО ВСЕВОЗМОЖНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ). ЭНЕРГИЯ ФОТОНОВ НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ  РАССЕЯНИЕ БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ. ХАРАКТЕРНО ДЛЯ МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ: ЭНЕРГИЯ ФОТОНОВ МЕНЬШЕ ЭНЕРГИИ ИОНИЗАЦИИ - 

• 
  Слайд 18

  Фотоэффект (ФЭ)

  ПОГЛОЩЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ФОТОНА АТОМОМ ВЕЩЕСТВА. За счет его энергии: Выбивание валентного (внешнего) электрона из атома – ВНЕШНИЙ ФЭ; Переход электрона на внешний (более высокий) уровень, т.е. возбуждение атома – внутренний ФЭ, характерен для полупроводников. УСЛОВИЕ ВНЕШНЕГО ФЭ:  Aи. Описывается УРАВНЕНИЕМ ЭЙНШТЕЙНА: h = Aи + mv2/2 Здесь m – масса электрона, v – его скорость, mv2/2 – кинетическая энергия.

• 
  Слайд 19

  Некогерентное рассеяние

  РЕНТГЕНОВСКИЙ ФОТОН МЕНЯЕТ НАПРАВЛЕНИЕ При столкновении с электроном атома И ВЫБИВАЕТ ИЗ АТОМА ЭТОТ ЭЛЕКТРОН, ЧАСТИЧНО РАСТРАЧИВАЯ СВОЮ ЭНЕРГИЮ.  ЧАСТОТА ИЗЛУЧЕНИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ, ДЛИНА ВОЛНЫ ВОЗРАСТАЕТ.  РАССЕЯНИЕ С ИЗМЕНЕНИЕМ ДЛИНЫ ВОЛНЫ. Увеличение длины волны при некогерентном рассеянии носит название ЭФФЕКТ КОМПТОНА. УСЛОВИЕ НЕКОГЕРЕНТНОГО РАССЕЯНИЯ: > Аи. Характерно для ЖЕСТКОГО излучения. Описывается уравнением: h = Aи + mv2/2 + h (

• 
  Слайд 20

  Линейный коэффициент ослабления в законе ослабления излучения

  В общем случае может складываться из трех коэффициентов: ослабления за счет когерентного рассеяния к , фотоэффекта Ф и некогерентного рассеяния нк:  = к + Ф + нк.

• 
  Слайд 21

  Первичные эффекты гамма-излучения

  ТРИ ПЕРВИЧНЫХ ЭФФЕКТА: ФОТОЭФФЕКТ НЕКОГЕРЕНТНОЕ РАССЕЯНИЕ ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПАР III – ПРИМЕР ПРЕВРАЩЕНИЯ "ЧАСТИЦ" ПОЛЯ В ЧАСТИЦЫ ВЕЩЕСТВА: В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ АТОМНОГО ЯДРА ГАММА-ФОТОН  "ПАРА" ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОН, которые сразу же РАЗЛЕТАЮТСЯ В РАЗНЫЕ СТОРОНЫ. (Поэтому аннигиляции не происходит.)

• 
  Слайд 22
  

  Превращение происходит С ВЫПОЛНЕНИЕМ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ИМПУЛЬСА. РЕАКЦИЯ ВОЗМОЖНА ПРИ ЭНЕРГИИ ГАММА-ФОТОНА, НЕ МЕНЬШЕЙ СУММАРНОЙ ЭНЕРГИИ ПОКОЯ ЧЛЕНОВ ПАРЫ. РОЛЬ ЯДРА - ПРИНЯТИЕ НА СЕБЯ ЧАСТИ ИМПУЛЬСА ФОТОНА. В общем случае ЛИНЕЙНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ОСЛАБЛЕНИЯ ТАКЖЕ СКЛАДЫВАЕТСЯ ИЗ ТРЕХ КОЭФФИЦИЕНТОВ:  = Ф + нк + п.

• 
  Слайд 23

  Первичные эффекты АЛЬФА- И БЕТА- ИЗЛУЧЕНИЯ

  ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ АЛЬФА И БЕТА-МИНУС САМИ ПРОИЗВОДЯТ НЕПОСРЕДСТВЕННУЮ ИОНИЗАЦИЮ ВЕЩЕСТВА (КАК ЭЛЕКТРОНЫ, ОБРАЗОВАВШИЕСЯ ПРИ ФОТОЭФФЕКТЕ ИЛИ НЕКОГЕРЕНТНОМ РАССЕЯНИИ). ПРИ ВСТРЕЧЕ В ВЕЩЕСТВЕ БЕТА-ПЛЮС ЧАСТИЦЫ С ЭЛЕКТРОНОМ - АННИГИЛЯЦИЯ: ПРЕВРАЩЕНИЕ В ДВА ГАММА-ФОТОНА, РАЗЛЕТАЮЩИЕСЯ С ОДИНАКОВОЙ ПО МОДУЛЮ СКОРОСТЬЮ В РАЗНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ. АННИГИЛЯЦИЯ - ПРОЦЕСС, ОБРАТНЫЙ РОЖДЕНИЮ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОЙ ПАРЫ.

• 
  Слайд 24

  4. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

  ТРИ ХАРАКТЕРИСТИКИ: ЛИНЕЙНАЯ ПЛОТНОСТЬ ИОНИЗАЦИИ (УДЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИЯ) ЛИНЕЙНАЯ ТОРМОЗНАЯ СПОСОБНОСТЬ (УДЕЛЬНЫЕ ИОНИЗАЦИ-ОННЫЕ ПОТЕРИ) СРЕДНИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПРОБЕГ (СРЕДНЯЯ ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА) УДЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИЯ i = dn / dx Это ЧИСЛО ПАР ИОНОВ, ОБРАЗОВАННЫХ ЧАСТИЦЕЙ НА ЕДИНИЦЕ ПУТИ В ВЕЩЕСТВЕ.

• 
  Слайд 25
  

  УДЕЛЬНЫЕ ИОНИЗАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ S = dE / dx [Дж/м] Это ЭНЕРГИЯ, ТЕРЯЕМАЯ ЧАСТИЦЕЙ НА ЕДИНИЦЕ ПУТИ В ВЕЩЕСТВЕ. СРЕДНЯЯ ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА R [м] Это РАССТОЯНИЕ, ПРОЙДЕННОЕ ЧАСТИЦЕЙ СО СКОРОСТЬЮ, БОЛЬШЕЙ СКОРОСТИ МОЛЕКУЛЯРНО- ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ.

• 
  Слайд 26

  СРАВНИМЭТИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЛЯ РАЗНЫХ ВИДОВ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

  ЧЕМ БОЛЬШЕ i, ТЕМ БОЛЬШЕ S И ТЕМ МЕНЬШЕ R. i > i > i S > S > S  R

• 
  Слайд 27

  Объяснение

  АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ - ЗАРЯЖЕННЫЕ, СРАВНИТЕЛЬНО МЕДЛЕННО ДВИЖУЩИЕСЯ. НА ПУТИ - ПЛОТНОЕ СКОПЛЕНИЕ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ. ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ В ВЕЩЕСТВО ОКОЛО 40 МКМ. БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦЫ ДВИЖУТСЯ БЫСТРЕЕ. НА ПУТИ - РАЗРЕЖЕННОЕ СКОПЛЕНИЕ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ. НАИБОЛЬШАЯ ИОНИЗАЦИЯ – К КОНЦУ ПУТИ. ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ В СРЕДНЕМ - НЕСКОЛЬКО ММ.

• 
  Слайд 28
  

  ФОТОНОВСКИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ  ОБРАЗУЮТСЯ ЭЛЕКТРОНЫ С БОЛЬШОЙ ЭНЕРГИЕЙ, ДЕЙСТВУЮТ ПОДОБНО БЕТА-МИНУС ЧАСТИЦАМ. НО ЗАРЯДА У ФОТОНА НЕТ  БОЛЬШОЙ ПУТЬ ЕЩЕ ДО ПЕРВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.  ФАКТИЧЕСКИ - В ЛЮБУЮ ТОЧКУ ТЕЛА. ВЫБОР ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВНУТРЕННИЕ ОРГАНЫ: ВНЕШНИЙ ИСТОЧНИК ОБЛУЧЕНИЯ - ЭФФЕКТИВНЕЕ ФОТОНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ВВЕДЕНИЕ ИСТОЧНИКА ВНУТРЬ – ЭФФЕКТИВНЕЕ АЛЬФА- ИЛИ БЕТА- ИЗЛУЧЕНИЯ.