Основи радіаційної фізики, дозиметрії і радіометрії

5. Космічне випромінювання

Космічне випромінювання є первинне і вторинне. Первинне космічне випромінювання складається з галактичного і сонячного. Галактичне випромінювання приходить на Землю з глибин космосу і складається, в основному, з протонів високих енергій (Е > 1ГеВ). Джерелом сонячного космічного випромінювання є Сонце. Воно являє собою потік різних частинок: протонів, нейтронів, альфа-частинок, гамма-фотонів в якому переважають протони але дещо менших енергій. Первинні протони високих енергій, зустрічаючись з ядрами атмосфери, розбивають їх. В результаті цього виникають нуклони (протони і нейтрони), а також більш складні фрагменти ядер, радіонукліди, які називаються космогенними (наприклад, радіонуклід  ). При такій взаємодії утворюються також вторинні елементарні частинки: піони, мюони, електрони, позитрони, гамма-фотони. З вторинних частинок до поверхні Землі в помітній кількості доходять мюони і нейтрони.

 

 

При взаємодії іонізуючих випромінювань з речовиною останній передається деяка енергія, яка затрачається на відрив електронів від атомів, надання їм кінетичної енергії і кінці кінців перетворюється в тепло або у вторинне електромагнітне випромінювання, яке являється або характеристичним рентгенівським випромінюванням, або гальмівним. Характеристичне рентгенівське випромінювання виникає тому, що при вибиванні електрона з нижніх електронних оболонок на пусте місце може опуститись електрон з верхньої електронної оболонки, при цьому випромінюється рентгенівський фотон. Гальмівне випромінювання виникає тоді, коли електрон гальмується в речовині, а при русі електрона з прискоренням (сповільненням) відбувається випромінювання електромагнітних хвиль. Спектр характеристичного рентгенівського випромінювання дискретний, а гальмівного – неперервний (від 0 до максимального значення, що дорівнює енергії електрона).

Вважається, що іонізуюча дія випромінювання пропорційна переданій енергії. Поглинена доза випромінювання дорівнює середній енергії, яка передається одиниці маси речовини. Якщо в елементарному об’ємі з масою dm передається середня енергія dE, то поглинена доза

 .                                                                   (1.3)

Якщо поглинена енергія рівномірно розподілена по масі речовини, то

 .                                                                      (1.4)

В системі СІ поглинена доза вимірюється в греях (Гр). Поглинена доза дорівнює 1 Гр, коли поглинена енергія дорівнює 1 Дж на 1 кг речовини. Крім того, поглинена доза вимірюється в позасистемних одиницях – радах (рад). 1 рад – це така доза , коли поглинена енергія складає 100 ерг на 1 г речовини (1 Гр = 100 рад).

Вводиться також поняття потужності поглиненої дози. Потужність поглиненої дози – це поглинена доза за одиницю часу. Нехай за проміжок часу dt поглинена доза дорівнює dД. Тоді потужність поглиненої дози

 .                                                                   (1.5)

Якщо потужність поглиненої дози не змінюється з часом, то її можна визначити з рівності

 ,                                                                   (1.6)

де Д – це доза поглинена за час t.

Одиницею вимірювання потужності поглиненої дози в системі СІ є 1 Гр/с і позасистемна одиниця 1 рад/с (1 Гр/с = 100 рад/с).

Керма – відношення суми початкових кінетичних енергій dEк всіх заряджених частинок, утворених посередньо іонізуючим випромінюванням в елементарному об’ємі, до маси речовини в цьому об’ємі

 .                                                                  (1.7)

Якщо сумарна кінетична енергія рівномірно розподілена по масі, то

 .                                                                    (1.8)

Керма в системі СІ вимірюється в греях і в позасистемних одиницях радах.

Потужність керми – величина керми за одиницю часу

 ,                                                                  (1.9)

де dK – керма за час dt. Якщо потужність керми величина постійна, то її можна визначити з рівності