Основи радіаційної фізики, дозиметрії і радіометрії

де а, b – символи мікрочастинок до і після реакції; А,В – символи ядер до і після реакції. Реакцію (52) можна записати у скороченому вигляді

 .                                                         (4.53)

Якщо кінетична енергія частинок після реакції перевищує кінетичну енергію частинок до реакції, то така реакція називається екзоенергетичною (екзотермічною), в протилежному випадку реакція буде ендоенергетичною (ендотермічною).

Найбільш універсальною реакцією, яка іде на повільних нейтронах є реакція радіаційного захоплення. Вона іде майже на всіх ядрах, за виключенням   і  , і являється екзотермічною реакцією.

Питома енергія зв’язку більшості ядер є величина порядку 7-8 МеВ. Тому при радіаційному захопленні відбувається виділення енергії у вигляді випромінювання гама-фотонів з енергією, близькою до цієї величини. Така реакція є реакцією виду А(n,γ)A, або просто (n,γ) згідно з схемою (53). Наприклад,

 .                            (4.54)

Ефективний переріз подібних реакцій для теплових нейтронів варіюється в широкому інтервалі від 0,1барн до 106барн (для  ). Для реакції (54) ефективний переріз складає величину 21 тис. барн. Для швидких нейтронів перерізи реакцій радіаційного захоплення набагато менші (від 0,1 барн до декількох одиниць барн). При малих швидкостях ефективний переріз залежить від швидкості за законом “1/υ”.

Після реакції радіаційного захоплення нейтронів стабільними ядрами порушується баланс протонів і нейтронів і ядро стає нестабільним по відношенню до бета”-“-розпаду. Відбувається нейтронна активація ядер. При розпаді активованих ядер виникають бета- і гама-випромінювання, бо ядро, яке отримується в результаті розпаду, може оказатись в збудженому стані. Переходячи в основний стан, воно випромінює гама-фотон. Активація різних стабільних ядер дає характерне для даного ядра бета- і гама-випромінювання. На цьому базується активаційний аналіз, який дозволяє встановити наявність певної речовини і її кількість. Активаційний аналіз дуже чутливий. За допомогою цього методу можна встановити наявність речовини в мінімальній кількості 10-12г.

Важливими екзотермічними реакціями нейтронів є реаукції виду (n,p) згідно із схемою (53). Особливе значення мають такі з них:

                                     (4.55)

( );

                                     (4.56)

( ). Реакція (55) використовується для детектування нейтронів. При цій реакції утворюються протони, які є безпосередньо іонізуючими частинками і по наявності яких можна зробити висновок про інтенсивність потоку нейтронів. Реакція (56) іде постійно в атмосфері, внаслідок чого утворюється радіовуглець  .

На практиці використовуються реакції з нейтронами виду (n,α). Найбільш важливі з них

 ,                                     (4.57)

 .                                  (4.58)

Реакція (57) має ефективний переріз  45 барн і використовується для виробництва тритію   (наприклад в водневих бомбах). Реакція (58) має ефективний переріз 3840 барн і використовується для детектування нейтронів, оскільки при цій реакції утворюються сильно-іонізуючі частинки – альфа-частинки і ядра  . Знаходячи величину іонізації, можна оцінити кількість нейтронів. Реакції (54) і (58) використовуються в ядерних реакторах для сповільнення ланцюгової реакції, оскільки нейтрони інтенсивно поглинаються ядрами   і  .

Для нейтронів відомі також реакції виду (n, 2n), які є пороговими. Енергетичний поріг 10 – 15 МеВ. Ефективний переріз – декілька десятих барн. Наприклад,

 ,                                (4.59)

 .                                 (4.60)

Характерною для нейтронів є реакція поділу важких ядер нейтронами (реакція типу (n,f)). В більшості випадків порогова реакція. Переріз дуже малий за виключенням ядер  .

 

Завдання на контрольну роботу №1 з радіаційної фізики.

 

Контрольні роботи виконуються в окремому учнівському зошиті або на зшитих листках. Варіант – за останньою цифрою номера залікової книжки. Перед розв’язком задачі повинна бути повністю записана умова (для свого варіанту). По ходу розв’язку повинні даватись пояснення. При запису формул величини, які в них входять, також повинні бути пояснені. Записи повинні бути зроблені розбірливо, необхідні поля для зауважень. Для кожної контрольної роботи оформляється титульна сторінка, де вказуються прізвище, ім’я, по-батькові студента, факультет, курс і номер залікової книжки.

 

Завдання 1. Людина знаходиться в полі фотонного випромінювання з потужністю експозиційної дози   мкР/год. За час t діб за рахунок інкорпорованих в органі (по варіанту) альфа (α) або бета (β) випромінюючих радіонуклідів поглинена в цьому органі доза складає величину Д рад. Визначити в зівертах еквівалентну дозу в цьому органі і ефективну дозу, яку отримує людина за цей час.

Таблиця варіантів

 

№ варінту Орган t діб Вид випром.