Линейна загуба на енергия. Характеристики на взаимодействието на йонизиращото лъчение с веществото

1. Линеен фактор на затихване m е отношението на очакваната стойност на акцията dN/ниндиректно йонизиращи частици, които са преживели взаимодействие по време на преминаването на елементарен път дл

Мерната единица m е 1/m, 1/cm.

2. Масов коефициент на затихванем ме отношението на линейния коефициент на затихване m към плътността на веществото r, през което преминава непряко йонизиращо лъчение:

Мерна единица - m 2 / kg, cm 2 / g.

3. Под пробегЗа заредени частици се има предвид екстраполираният диапазон, а диапазонът на g-квантите е реципрочната стойност на линейния коефициент на затихване в материята.

4. Линеен коефициент на предаване на мощносттам тре съотношението на дела на енергията д e/e на индиректно йонизиращо лъчение, което се преобразува в кинетична енергия на заредени частици по време на преминаването на елементарен път длв материя, до дължината на този път:

м тр = . (2.3)

Единица m тр– 1/м, 1/см.

Коефициент на предаване на мощността на масатам tr , mе свързано с линейния коефициент на пренос на енергия m тр

м tr , m = . (2.4)

Единица m tr , m- m 2 / kg, cm 2 / g.

5. Линеен коефициент на поглъщане на енергиям enе произведението на линейния коефициент на пренос на енергия m трдо разликата между единица и част от енергията жвторично заредени частици, преминаващи в спирачно лъчение в дадено вещество:

м en= m тр×(1 - ж). (2.5)

Единица m en– 1/м, 1/см.

Коефициент на масово поглъщане на енергиям en, mе свързано с линейния коефициент на поглъщане на енергия m enпрез плътността на средата r, в която се разпространява радиацията:

м en, m= m en/r. (2.6)

Единица m en, m- m 2 / kg, cm 2 / g.

За радионуклидни източници на фотонно лъчение
(e £ 3 MeV) във въздуха ж£ 0,01, следователно, с достатъчна точност за приложни проблеми, можем да приемем .

За фотонното лъчение коефициентите на енергиен трансфер и абсорбция се получават чрез сумиране на коефициентите на взаимодействие, дължащи се на фотоабсорбция, некохерентно разсейване от слабо свързани електрони и абсорбция по време на образуването на двойки електрон-позитрон.

6. За химични съединения или сложни химикали коефициентите на масов трансфер и коефициент на поглъщане на фотонната енергия се получават чрез сумиране:

м м = , (2.7)

където m m , i- коефициент на маса аз-ти компонент с масова част w i; = 1.

7. Взаимодействието на неутроните с материята е по-сложно от това на фотоните и зависи не само от химичния състав, но и от изотопа, т.е. от отделни нуклиди, изграждащи веществото. Справочниците дават пълни микроскопични напречни сечения на взаимодействието като функция на енергията s(e). Макроскопичното напречно сечение на даден ядрен процес S, 1/cm, е свързано с микроскопичното напречно сечение s, cm 2 чрез израза

където e е енергията на неутрона; N Aе числото на Авогадро; М, r са масовото число и плътността на елемента, с който взаимодейства неутронът.

8. Характеристика на взаимодействието на заредените частици с материята е енергията на излъчване e, прехвърлена на материята при взаимодействия, водещи до йонизация и възбуждане на атоми и молекули. Съотношението на средната стойност на енергията, загубена от заредена частица поради сблъсъци по елементарен път дл, към дължината на този път е количеството общ линеен пренос на енергия L:

Загубите на енергия поради спирачно лъчение не са включени във формула (2.9). Съкращението LET се използва за обозначаване на пълен линеен пренос на мощност. Единицата LET е J/m. Специалната единица е килоелектронволт на микрометър (keV/µm) вода.

9. Среденъъъ енергия, пренесена към целта. Енергията, пренесена чрез излъчване към ограничен обем материя, е равна на разликата между общата кинетична енергия на всички заредени и незаредени частици и кванти, влизащи в разглеждания обем, и общата кинетична енергия на всички заредени и незаредени частици и кванти, напускащи този обем .

; стойността на загубите на йонизационна енергия на единица път в веществото. LET се определя като съотношението на общата енергия dE, пренесени в веществото от частицата поради сблъсъци по пътя дл, до дължината на този път: L= dE / dl. За незаредени частици LET не се прилага, но се използват стойностите на LET на техните вторични заредени частици, образувани в материята. Измерено в eV/nm. LET стойностите варират от 0.2 за високоенергийни фотони до 104 eV/nm за фрагменти от делене на уран.

Концепцията се използва широко в радиобиологията, когато се оценяват радиобиологичните ефекти от различни видове радиация.

Вижте също

• Относителна биологична ефективност на йонизиращото лъчение

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е "линеен пренос на енергия" в други речници:

- (LET), енергията, предадена от йонизиращата частица към Wu в дадена близост на нейната траектория за единица. дължина на траекторията: Ldeltt=(d?cp/dl)deltt, където dl е пътят, преминал зарядът. h tsey in in ve, d? cp cf. енергията, загубена от човек при удари, при които ... ... Физическа енциклопедия

линейно предаване на мощност- 4.5 линейно предаване на мощност [LET] ; LΔ: Съотношението на енергията dE, локално прехвърлена към средата от заредена частица поради сблъсък по елементарен път dl, към дължината на този път Източник ...

линейно предаване на мощност- ilginė elektringųjų dalelių energijes perdava statusas T sritis Standartizacija и метрология apibrėžtis Jonizuojančiosios elektringosios dalelės, tam tikroje vietoje nueinančios elementarųjį atstumą, ižiagai to perduota… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

линейно предаване на мощност- ilginė energijas perdava statusas T sritis fizika atitikmenys: англ. линеен трансфер на енергия vok. Energieabgabe je Längeneinheit, f rus. линеен трансфер на енергия, f пранц. трансфер на енергийна линия, m … Fizikos terminų žodynas

- (LET) средната енергия, погълната от средата в точката на преминаване на заредена частица за единица от нейния път; използвани за отчитане на разликите в биологичния ефект на различните видове йонизиращо лъчение ... Голям медицински речник

Вижте йонизиращо лъчение... Химическа енциклопедия

Линеен пренос на мощност (LET)- 5. Линеен пренос на енергия (LET) Според GOST 15484 Източник ... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

линеен- 98 линейна [нелинейна] електрическа верига Електрическа верига, в която електрическите напрежения и електрическите токове или/и електрическите токове и връзките на магнитния поток или/и електрическите заряди и електрическите напрежения са свързани помежду си… … Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

GOST 25645.218-90 Радиационна безопасност на екипажа на космически кораби в космически полет. Зависимост на качествения фактор на космическото лъчение от линейната енергия- Терминология GOST 25645.218 90: Радиационна безопасност на екипажа на космическия кораб в космически полет. Зависимост на качествения фактор на космическото излъчване от линейната енергия оригинален документ: 7. Дозов спектър на линейно предаване ... ... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

ПОЗВОЛЯВАМ- линеен трансфер на енергия линейни загуби на енергия (pl) линейни загуби на енергия … Речник на съкращенията на руския език

Линеен трансфер на енергия (LET) на заредени частици в абсорбиращо вещество (или L) е съотношението на средната енергия dE, прехвърлена на абсорбиращото вещество от движеща се заредена частица поради сблъсъци при преместването й на разстояние dl към това разстояние:

L = dE/dl. (2.4)

Терминът LET е тясно свързан със спирачната сила S. Основната разлика е, че LET е свързана с енергията, прехвърлена към абсорбента, докато

как S характеризира свойството на абсорбиращо вещество, показвайки колко ефективно заредена частица губи енергия в вещество, т.е. колко ефективно абсорберът отнема енергия от заредена частица.

LET е важен за радиационната защита, тъй като се използва за изчисляване на качествения фактор на дадено радиационно поле.

LET, подобно на спирачната сила S, се измерва в keV/µm.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ТЕЖКИ ЗАРЕДЕНИ ЧАСТИЦИ С ВЕЩЕСТВО

Взаимодействието на заредените частици се разделя на еластично и нееластично.

Еластичните взаимодействия са такива взаимодействия, при които сумата от кинетичните енергии на взаимодействащите частици преди и след взаимодействието остава непроменена. Такъв процес е еластичното разсейване.

При нееластично взаимодействие част от кинетичната енергия на заредена частица се предава на образуваните частици или фотони; другата част от кинетичната енергия се прехвърля към атома или ядрото за тяхното възбуждане или пренареждане. Такива взаимодействия включват нееластично разсейване, йонизация и възбуждане на атоми и образуване на спирачно лъчение.

Нека разгледаме взаимодействието на тежки заредени частици с материята, използвайки примера на α-частиците. α-частицата е ядрото на атома на хелия, има двоен положителен заряд и четири единици маса. Масата на α-частицата е 4,002777 a.m.u. Разпадът се подлага главно на радионуклиди на тежки елементи. Енергията на α-частиците (E α), излъчени от естествени и изкуствени радионуклиди, варира от 4,0 до 9,0 MeV. Така за 239 Pu E α = 5,15 MeV, за 210 Po - 5,3 MeV, за 226 Ra - 4,777 MeV. Скоростта на движение на α-частиците е около 10 9 cm/sec.

При преминаване през материята енергията на α-частицата се изразходва основно за йонизация и възбуждане на атомите на абсорбиращата среда (йонизационни загуби), което при E α > 0,1 MeV може да се изрази с формулата:

където E α е кинетичната енергия на α-частицата; e е зарядът на електрона; z е зарядът на α-частицата;

Z е серийният номер на абсорбера; n е броят на атомите в 1 cm 3 от веществото; B - спирачен коефициент; m o - маса на покой на електрона; V е скоростта на частицата.

Едно от най-характерните свойства на α-частиците е, че имат определен пробег. Средният обхват R a на моноенергетичните α-частици обикновено се изчислява по емпирични формули. Във въздуха при нормални условия

(2.6)

където R α - пробег, cm; - кинетична енергия на α-частиците, MeV;

n е безразмерен коефициент, установен емпирично.

За α-частици, излъчвани от естествени α-емитери (1< Е α <9МэВ), а = 0,318, n = 1,5. Для α-частиц с более высокими энергиями (Е α = ≤200 МэВ) а = 0,148, n = 1,8.

И така, α-частици с енергия E α = 5 MeV преминават разстояние от 3,52 cm във въздуха, а с енергия E α = 30 MeV - 68 cm.

Дължината на пътя на α-частица в други среди може да се определи по формулата на Брег:

(2.7)

или по формулата на Глесен:

(2.8)

където E α е енергията на α-частицата, MeV; А е атомното тегло; Z - сериен номер;

ρ е плътността на абсорбиращото вещество, g/cm 3 .

До края на цикъла енергията на α-частицата намалява толкова много, че вече не е в състояние да произвежда йонизация и след като прикрепи два електрона към себе си, се превръща в атом на хелий. Общата йонизация на α-частиците е няколкостотин хиляди двойки йони. Например, α-частица с енергия 7 MeV, съгласно (2.1), образува

двойка йони.

Колкото по-голяма е енергията на α-частицата, толкова по-голям е нейният обхват и толкова повече двойки йони се образуват.

Линейната йонизационна плътност също зависи от енергията на α-частицата, но зависимостта е обратна - колкото по-ниска е енергията на частицата, а оттам и скоростта, толкова по-голяма е вероятността за нейното взаимодействие с орбиталните електрони. Линейната плътност на йонизация на въздуха от α-частица, например за 210 Po (E α = 5,3 MeV, линеен обхват R = 3,87 cm, енергия на образуване на двойка йони ε = 33,85 eV/двойка) се определя от формулата (2.2)

йонни двойки/см.

Специфичната йонизация достига максималната си стойност в края на цикъла.

Линейната плътност на йонизацията на въздуха по пътя на α-частицата е показана на фиг. 2.4. От фигурата може да се види, че линейната плътност на йонизация се разпределя неравномерно, нараства към края на пътя и след това рязко пада до нула. Например α-частица с енергия 4,8 MeV във въздуха в началото на пътя образува 2 10 4 двойки йони / cm, а в края на пътя 6 10 4 двойки йони / cm. Увеличаването на йонизационната плътност в края на пътя, последвано от рязко намаляване до нула, се обяснява с факта, че α-частицата, изпитвайки забавяне, губи скоростта си, докато се движи в веществото; следователно времето на преминаването му през атома в края на пътя се увеличава и съответно вероятността за прехвърляне на енергия към електрона, достатъчна да го издърпа от атома. Кога става скоростта на α-частицата

сравнима със скоростта на движение на атомите на материята, тогава α-частицата улавя и задържа първо един, а след това втори електрон и се превръща в атом на хелий - йонизацията спира.

Ориз. 2.4. Линейна плътност на йонизацията на въздуха по пътя на една α-частица.

α-Частиците с еднаква енергия (моноенергетични) в абсорбера изминават почти еднакво разстояние, т.е. броят на α-частиците почти по целия път на пробега постоянно и рязко пада до нула в края на пробега. Спектърът на разпределение на пробега на моноенергетичните α-частици е показан на фиг. 2.5. Чрез диференциране на интегралната крива може да се получи крива на разпределение на обхватите на α-частиците около средната стойност R 0 - средният обхват на α-частиците.

Обхватът на α-частиците е практически праволинеен поради голямата им маса, която не позволява на α-частицата да се отклони от праволинеен път под действието на електричните сили на атома. Въпреки високите енергии на α-частиците, тяхната проникваща способност и обхват са изключително малки, например във въздуха 4 10 cm, а в човешките меки тъкани, в течни и твърди вещества ще бъдат няколко микрона.

Ориз. 2.5. Спектър на разпределение по пробег на моноенергетични α-частици: 1 - интеграл; 2 - диференциал.

Максималният обхват на α-частиците във въздуха при промяна на енергията от 1 до 10 MeV се променя от 0,52 до 10,5 cm и при E α = 5 MeV е 3,52 cm, а в биологичната тъкан се променя от 7,2 10 -1 до 1,2 10 - 2 cm, при E α = 5 MeV R max = 4,4 10 -3 cm.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ЛЕКИ ЗАРЕДЕНИ ЧАСТИЦИ С ВЕЩЕСТВО

Нека разгледаме взаимодействието на леки заредени частици с материя, използвайки примера на β-частиците. β-частиците са поток от електрони или позитрони. Електрон и позитрон

имат еднаква маса и еднакъв заряд, но се различават по знака на заряда. Масата на един електрон е 0,000549 a.m.u. За разлика от α-частиците, β-частиците имат непрекъснат енергиен спектър.

В зависимост от енергията на β-частиците се разграничават меки и твърди β-лъчения. β-частиците с енергия до няколко десетки keV се наричат ​​меко β-лъчение, а тези с висока енергия - твърдо β-лъчение.

Процесът на преминаване на β-частици през материята е по-сложен от процеса на преминаване на α-частици. Енергията се изразходва за йонизация и радиационни загуби, за разсейване на β-частици. Ядрените реакции протичат само при високи (повече от 20 MeV) електронни енергии.

Загубите от йонизация на β-частиците, както и за α-частиците, са свързани с йонизацията и възбуждането на атомите на абсорбера, но вероятността за взаимодействие на β-частиците с материята е по-малка, отколкото за α-частиците, тъй като β-частиците имат половината заряд и многократно по-малка маса (7000 пъти) в сравнение с α-частиците. По време на йонизацията β-частиците избиват орбитални електрони, което може да доведе до допълнителна (вторична) йонизация. Общата йонизация е сумата от първичната и вторичната йонизация. Една β-частица създава няколкостотин двойки йони на 1 µm от своя път в материята. Забавеният електрон ще остане свободен или ще бъде уловен от атома и ще се окаже в свързано състояние, докато позитронът ще анихилира.

Загубите от йонизация зависят от броя на електроните в атомите на абсорбера. Броят на електроните в 1 cm 3 вещество може да се изчисли от връзката

n = ρ Ν Α (Ζ/A) = 6,023 10 23 ρ (Ζ/A), (2.9)

където Ν Α е числото на Авогадро; А е атомното тегло; ρ е плътността на абсорбера; Z е атомният номер на абсорбиращия елемент.

Следователно йонизационните загуби (dE/dx) йон ≈ ρ·Z/A.

При промяна на Z съотношението Z/A се променя от 0,5 за леки вещества до 0,4 за олово, т.е. за различните елементи отношение Z/A варира незначително (с изключение на водорода, за който Z/A = 1), което ни позволява да считаме това съотношение приблизително постоянно. Следователно, изразявайки измерената дебелина на абсорбиращия слой не в сантиметри, а в единици ρ cm, т.е. в g/cm 2 , можем да заключим, че количеството на абсорбция на β-лъчение с дадена енергия ще бъде приблизително еднакво за всички вещества.

β-частиците, летящи близо до ядрото на атомите на абсорбера, се забавят в полето на ядрото и променят посоката на своето движение. Намаляване на енергията в резултат на забавяне на електроните в полето на сърцевината на абсорбера (радиационни загуби)свързано с излъчването на спирачно лъчение.

За високоенергийни β-частици (няколко MeV) съотношението на загубите от радиация към загубите от йонизация се определя от израза

n \u003d (dE / dx) rad / (dE / dx) йон \u003d E β m ax Z / 800, (2.10)

където E β m ah е максималната енергия за непрекъснат спектър от β-частици или началната енергия на моноенергетичните електрони;

Z е атомният номер на елемента, в който се получава забавяне на електрони.

При определена енергия на β-частиците радиационните загуби са съизмерими с йонизационните загуби. Тази енергия се нарича критична. Когато загубите от радиация и йонизация са равни, критичната енергия (E 0 , MeV) се определя от израза

E 0 = 800/Z. (2.11)

Например за олово (Z = 82) критичната енергия е E 0 = 800/82 ≈ 10 MeV.

Тъй като масата на β-частиците е малка, те се характеризират с ефекта на разсейване. Разсейването на β-частиците възниква при сблъсъци с орбитални електрони на атомите на абсорбиращата субстанция. По време на разсейването енергията на β-частицата се губи на големи порции, в някои случаи до половината. Разсейването зависи от енергията на β-частиците и от природата на абсорбиращото вещество: с намаляване на енергията на β-частиците и с увеличаване на атомния номер на абсорбиращото вещество, разсейването се увеличава.

В резултат на разсейването в абсорбера пътят на β-частиците не е праволинеен, както при α-частиците, а истинската дължина на пътя в абсорбера може да бъде 1,5 - 4 пъти техния обхват. Слой материя, равен на дължината на пътя на β-частиците с максимална енергия ще забави напълно β-частиците, излъчени от даден радионуклид.

Абсорбцията на β-частици с непрекъснат спектър се извършва по експоненциален закон. Това се обяснява с факта, че β-частиците с различни енергии се абсорбират напълно от различни слоеве на абсорбера:

φ = φ 0 exp(- μd), (2.12)

където φ ο е началната плътност на потока на β-частиците; φ е плътността на потока на β-частиците след преминаване през абсорбер с дебелина d; μ-линеен коефициент на затихване, показващ дела на β-частиците, абсорбирани на единица дебелина на абсорбера.

Ориз. 2.6. Графика на зависимостта на максималния пробег на β-частиците от тяхната максимална енергия.

Едно от най-характерните свойства на β-частиците, както и на α-частиците е, че имат определен обхват в поглъщащото вещество, а в радиационната защита най-често се използват наличните относително надеждни и достатъчни данни както за макс. енергия E β и за максималния обхват R β . Графика на зависимостта на максималния пробег на β-частиците от тяхната максимална енергия за няколко елемента е показана на фиг. 2.6.

Алуминият най-често се използва като защитен материал срещу β-частици. Емпиричните формули и таблици на зависимостта на максималния обхват на β-частиците R β (както и за α-частиците) от тяхната максимална енергия са доста подробно дадени в референтната литература.

Максималният обхват на β-частица във въздуха се променя от 292 до 3350 cm при промяна на енергията от 1 до 10 MeV и от 0,335 до 4,3 cm в биологична тъкан.При E β = 5 MeV, R β във въздуха е 1,7·10 3 cm, а в биологична тъкан - 2,11 cm.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ГАМА ЛЪЧЕНИЕ С ВЕЩЕСТВО

Фотонното лъчение се отнася до електромагнитно индиректно йонизиращо лъчение и включва рентгеново и γ-лъчение.

Произходът на рентгеновото и γ-лъчението е различен, но природата им е една и съща: от гледна точка на класическата физика - електромагнитно излъчване (вълни), и квантово - поток от фотони (кванти), т.е. частици. Двойната природа на фотонното лъчение трябва да се разбира по такъв начин, че при някои явления това лъчение проявява вълнови свойства (отражение, пречупване, дифракция, интерференция), при други - свойствата на частиците, наречени γ-кванти (фотоелектричен ефект, ядрени реакции) .

Въпреки различния произход, при взаимодействие с материята рентгеновото и γ-лъчението, притежаващи еднаква енергия, проявяват едни и същи свойства. Механизмът на взаимодействие на фотоните с материята е напълно различен от взаимодействието на заредените частици. Заредените частици, преминавайки през абсорбиращо вещество, му отдават част или цялата си енергия, докато при преминаване през фотонно лъчение се говори за вероятността от взаимодействието му с абсорбиращото вещество, като вероятността за взаимодействие нараства експоненциално с увеличаване на дебелина на абсорбера.

Характеристика на γ-квантите при преминаване през вещество е, че те сравнително рядко се сблъскват с електрони и ядра, но при сблъсък, като правило, те рязко се отклоняват от пътя си, т.е. на практика изпадат от гредата. Втората отличителна черта на γ-квантите е, че те имат нулева маса на покой и следователно не могат да имат скорост, различна от скоростта на светлината, което означава, че γ-квантите в среда не могат да забавят. Те се поглъщат или разпръскват, предимно под големи ъгли.

За γ-квантите няма понятия за обхват, максимален обхват, загуба на енергия на единица дължина. По време на преминаването на лъч от γ-кванти през абсорбиращо вещество тяхната енергия не се променя, но в резултат на сблъсъци интензитетът на лъча постепенно отслабва.

Методите за оценка и прогнозиране на радиационната опасност на космически кораби се основават на изследвания на механизмите на възникване на радиационни ефекти в твърди тела и биологични обекти, които се извършват в лабораторни условия на симулатори на йонизиращо лъчение (ускорители, радиоизотопни инсталации). Тези дългосрочни изследвания позволиха да се разработят модели и да се установят общите закономерности на появата на радиационни ефекти в структурни материали и продукти на космическата техника, както и да се реши проблемът с радиационната безопасност на астронавтите в пилотираните космически полети като цяло. Радиационните ефекти се проявяват на два етапа. На 1-ви бързо течащ етап (< ~ 1 нс) происходит передача кинетической энергии от налетающих частиц электронам и ядрам вещества. Выделяют образование эффектов двух типов: ионизационных эффектов и первичных структурных нарушений (смещенных атомов). На 2-ой стадии возбужденная система из электронов и атомов приходит в новое равновесное состояние. Процессы релаксации обоих подсистем взаимосвязаны, а время их протекания зависит от температуры, распределения электрических полей и других свойств вещества.

Линеен пренос на мощност (LET)

Стойността на LET, L, характеризира количествено първопричината за появата на радиационни ефекти - пренос на енергия от частица към материя. Помислете за LET, като преминете към образуването на йонизационни ефекти и структурни повреди. При оценките на радиационните ефекти, произтичащи от въздействието на заредени частици в космическото пространство, стойностите на LET се приравняват към специфичната загуба на енергия, dE/dx, което е средната енергия, която една частица губи за единица от своя път.

• LET е основното физическо количество, което количествено характеризира енергийния принос на една частица за формирането на радиационния ефект,
• LET, L е средната енергия, която дадено вещество може да получи от падаща заредена частица за единица от своя път
• Мерни единици на LET - MeV / cm или MeV / (g / cm 2)

Загуба на енергия от заредени частици

Специфична загуба на енергия на заредени частици dE/dx = (dE/dx) e + (dE/dx) nсе дефинират в ядрената физика за сблъсъци на частици с електроните на материята (йонизационни загуби, означени с индекс “e”) и с ядрата на материята (атомно-ядрени загуби, означени с индекс “n”). Стойностите на тези количества в зависимост от енергията на заредените частици са известни за много вещества ( Ziegler J.F., et al., 1995).

Например, фигурите показват стойностите (dE/dx)e(плътни криви) и (dE/dx)n(пунктирани криви) в силиций "Si", в зависимост от енергията на протоните (водородни ядра "H") (червени криви), железни ядра "Fe" (зелени криви) и електрони "e" (виолетови криви). Отчита се, че при високи енергии на протоните (>~30 MeV) допълнителен принос към техните атомно-ядрени енергийни загуби идва от ядрените реакции.
Важно е да се подчертае, че за високоенергийните заредени частици, които присъстват в космическото пространство, (dE/dx)e >> (dE/dx)n.

Класификация

• Ефекти на абсорбираната дозасе появяват в резултат на сумирането на енергията, която много частици предават на чувствителен обем материя
• Случайни единични ефективъзникват, когато енергията се прехвърля от една частица към чувствителен обем материя

Съвременната класификация на радиационните ефекти отчита, че навлизането на частици от общия поток на корпускулярното излъчване в чувствителен обем(обем, който определя функционалните свойства на материала или устройството) на облъчения обект дискретно. Случайни единични ефекти (RSE)възникват в обекти, съдържащи чувствителни обеми с микронни размери, и в момента се проявяват под въздействието на високоенергийно космическо лъчение върху съвременни видове електронни устройства в твърдо състояние (микросхеми, CCD, оптрони и др.).

Абсорбирана доза

Абсорбирана доза Dе количествена мярка за големината на радиационния ефект, ако той възниква в резултат на навлизането на много частици в чувствителен обем материя. Погълнатата доза е интегрален показател, който характеризира промяната в свойствата на материал или устройство, настъпила по време на полета на космическия кораб от неговото изстрелване.

По дефиниция: Абсорбираната доза D е енергията, прехвърлена от радиация към елементарен обем на вещество с единица маса

D = ΔE/Δm [J/kg или Грей (100 rad)]

При излагане на поток от частици Ф с енергия E 0 = const

При излагане на поток от частици Ф i (E) от различни видове и различни енергии

Където е LET спектърът на потока от всички частици.

Стойността на погълнатата доза отчита общата енергия, пренесена от частицата към електроните и ядрата на елементарния обем. Въпреки това, ако радиационният ефект се обяснява или с йонизация, или със структурни смущения, тогава изчисленията използват съответно стойностите на специфичните загуби на енергия или при електронни, или при ядрени сблъсъци. В тези случаи се говори за йонизираща или нейонизираща доза(в чуждестранната литература “обща йонизираща доза (TID)” и “non ionizing elastic loss (NIEL)”).

Пример за ефекта на йонизационната доза

Неравновесните носители на заряд, които възникват по време на облъчването на MOS структурата, променят съществуващите заряди в обема на оксида и на границата оксид-полупроводник. Първият ефект води до намаляване (зелена крива), а вторият, започвайки от определена стойност на йонизационната доза, до увеличаване (синя крива) на праговото напрежение на n-каналния MOSFET. В резултат на това конкуренцията между двата ефекта обяснява немонотонната зависимост на праговото напрежение на n-канален MOSFET от дозата на йонизация (червена крива).

Пример за ефекта на нейонизираща доза

Фототок аз генериран от слънчеви клетки зависи от живота на второстепенните носители на заряд в основния полупроводников материал (силиций, галиев арсенид) на клетката. Когато е изложен на високоенергийно лъчение, той намалява поради намаляване на живота на незначителните носители, което се обяснява с образуването на структурни смущения (радиационни дефекти).
Наистина, това намаление (и следователно натрупването на радиационни дефекти) корелира добре с увеличаването на нейонизиращата доза D n независимо от вида на действащото лъчение (електрони, протони) и неговата енергия.

Еквивалентна доза

Изчисляването на погълнатата доза предполага, че освободената енергия от множество частици е равномерно разпределена в елементарен обем. Само в този случай погълнатата доза може да се счита за количествена мярка на радиационния ефект, независимо от енергията и вида на радиацията.
Това условие не е изпълнено при действието на протони и тежки заредени частици, когато освободената енергия се концентрира локално в следите на тези частици. В този случай използването на стойността на погълнатата доза за оценка на радиационния ефект изисква пояснение.

Така че в радиобиологията (и в радиационната безопасност на пилотирани полети) за тези цели, качествен фактор w(Л) радиация, което зависи от линейния трансфер на енергия (LET) на частицата, който характеризира количествено енергийния принос на една частица за формирането на радиационния ефект, но не взема предвид размера на следата на частицата и, следователно, разпределението плътност на пренесената енергия в тази писта .
В радиобиологията е обичайно да се използва количеството еквивалентна доза.

H [Sievert (100 rem)] = ∫ w(L) L F(L)dL

Единични произволни ефекти

Единични произволни ефекти (SSE)възникват поради нарушаване на свойствата на чувствителния обем при преминаване на една частица през него. Те възникват, когато йони (тежко заредени частици) се облъчват с чувствителни обеми с микронни размери. Например в съвременните микроелектронни устройства SSE възникват поради образуването на неравновесни носители на заряд в резултат на йонизация.
Условие на поява: енергията ∆E, предадена от частицата към чувствителния обем, трябва да бъде над праговата стойност E c , която характеризира функционалното свойство на този обем.

Слайдът показва два механизма за възникване на SSE под въздействието на частици от космическо лъчение: директно от йони, които изграждат космическите лъчи (директен механизъм), и от вторични йони, създадени в резултат на ядрени сблъсъци на протони от космическо лъчение с ядра на материята ( ядрен механизъм).

OSE е стохастично явление и вероятността за неговото възникване се характеризира с т.нар. OSE напречно сечение. В общия случай тази величина σ i ( д,θ ) зависи от вида на частиците, тяхната енергия и посоката на движение на йони в чувствителния обем.
Моделите на директния механизъм на произход на OSE разглеждат напречното сечение на OSE σ i (L,θ) като функция на LET на йони, независимо от техния тип, което прави възможно една зависимост на напречното сечение на OSE (вместо много) за оценка на честотата на смущения от йонни потоци на космически лъчи, включително йони от различни видове.
Важно е да се отбележи, че за разлика от погълнатата доза, SSE честотата характеризира свойството на материала или устройството в определен момент от време, синхронизиран с въздействащия поток на частиците. Честотата на OSE обаче също се изчислява за дълъг интервал от време, но след това за изчисляването й се използва плътността на потока на частиците, осреднена за този интервал.
Количествена мярка за появата на SSE под въздействието на поток от частици е OSE честота.

Когато е изложен на плътност на потока на частиците F (1/cm 2 s) с енергия E 0 = const и ъгъл на падане
θ 0 = const

ν = σ(E 0 ,θ 0) F

При излагане на плътността на изотропен поток от частици F i (E) (1/cm 2 cmeV) от различни видове и различни енергии

ν = ∑ i ∫∫∫ σ i (E,Ω)F i (E)dEdΩ

или използване на моделни представяния за директния механизъм на възникване на OSE

ν = ∫∫∫ σ йон (L,Ω)F i (L)dLdΩ

където F(L) е диференциалният LET спектър на плътността на потока на частиците

За определяне на абсолютните стойности на напречните сечения на OSE и вида на зависимостите σ p (E) и σ йон (L) се използват ускорители на протони и тежки йони.
Стойностите на OSE напречното сечение σ йон (L) срещу HSP нарастват с увеличаване на LET от определена прагова стойност L c и клонят към постоянна стойност σ sat , която зависи от размера на чувствителния обем на микрообекта. Подобно увеличение на стойностите на напречното сечение на OSC σ p (E) се наблюдава в зависимост от енергията на протона, но в този случай праговата стойност на E c зависи от ефективния праг на ядрените реакции и стойността на σ sat зависи не само от размера на чувствителния обем, но и от напречното сечение за образуване на остатъчни ядра в материята на микрообект.
Понастоящем такива зависимости са получени за много чипове с памет, които са били и се използват в оборудването на космически кораби, тъй като те са най-чувствителният компонент на съвременната електроника по отношение на появата на OSE.

Примери за OSC напречно сечение за чипове с памет при нормален ъгъл на падане в зависимост от ефективния LET (лява фигура) и протонна енергия (дясна фигура).

заключения

• Понастоящем е проучено влиянието на радиационните ефекти върху свойствата на много материали и продукти на космическите технологии.
• Радиационните ефекти в продуктите на космическите технологии се разделят на ефекти на абсорбираната доза (EDE) и единични случайни ефекти (SSE).
  • Количествена мярка за радиационната опасност от EPD е изчислената стойност на погълнатата доза (йонизираща и нейонизираща).
  • Изчислената честота на единичните случайни ефекти служи като количествена мярка за радиационната опасност от ESE.
• Радиационната опасност за продуктите на космическите технологии на борда на космическия кораб зависи от:
  • индивидуални характеристики на материала и устройството, които се характеризират с големината на линейния пренос на енергия или напречното сечение на единични случайни ефекти и отразяват тяхната радиационна устойчивост (чувствителност),
  • действащата радиационна среда, която се характеризира с диференциални енергийни спектри на потока F(E) или плътността на потока F(E) на частиците и отразява радиационните условия на космическия кораб.

За да се определят радиационните условия на космически кораб, е необходимо да се вземат предвид различните радиационни полета, които се образуват в космическото пространство от различни източници и включват потоци от заредени частици от различни видове с различни енергийни спектри.
Освен това, формата на тези спектри и потоците от частици се променят в зависимост от траекторията на полета на космическия кораб и могат да се променят по време на полета на космическия кораб. Всички тези промени оказват значително влияние върху нивото на радиационна опасност, което трябва да се вземе предвид, за да се гарантира работоспособността на оборудването на космическия кораб.
Следващият раздел ще бъде посветен на обсъждане на общите модели на промени в радиационните условия и характеристиките на радиационната опасност в космическото пространство и в орбитите на космически кораби.

Линейният трансфер на енергия (LET) е физическа характеристика на качеството на йонизиращото лъчение, равна на съотношението на общата енергия, прехвърлена: към веществото от заредена частица поради сблъсъци по пътя към дължината на този atuti.[ . ..]

Минималната стойност на K= 1 и съответства на случая на линеен пренос на енергия. За останалите случаи стойността на този коефициент се препоръчва от Международната комисия по радиационна защита (ICRP) и е представена в табл. 10.2 (максимална стойност K= 20).[ ...]

Има две причини, поради които горната линейна теория всъщност е неподходяща за високоточно изчисляване на ефекта на урагана. Една от тях е, че влиянието на самия ураган е толкова силно, че е невъзможно да се пренебрегнат нелинейните членове в уравненията. Втората причина е голямата роля на топлинните ефекти. Ефектът от преноса на топлина е особено важен, защото (вижте) ураганите всъщност поддържат съществуването си за сметка на енергията, която черпят от наличната океанска топлина. В същото време ураганът не само отнема топлината от океана, но и я преразпределя поради смесване, което действа едновременно с ефектите на адвекцията. Всички тези ефекти влияят на изопикналното разпределение, показано на фиг. 9.9.[ ...]

Отличителните характеристики на квадруполния масов филтър включват линейна скала на масовия спектър, висок коефициент на йонен трансфер от източника към детектора и лека зависимост на разделителната способност от първоначалното йонно енергийно разпространение.[...]

Погълнатата доза и линейният пренос на енергия (LET) са сред най-важните индикатори за ефекта на радиацията върху материята.[...]

С графично представяне на уравнение (IV.105) в логаритмични координати за предложените процеси на пренос на енергия, ние получаваме линейна зависимост на индекса на молекулните свойства от дозата на радиация.[ ...]

Поради липсата на експериментални средства за проверка на подобно предположение, хипотезата за ролята на тангенциалната сила в предаването на енергия на вълните се поддържа от редица автори до наше време. Междувременно може да се покаже, че количеството енергия, получено от вълните през този канал, е незначително в сравнение с това, което всъщност се получава от вятъра. Като се има предвид движението на повърхностните водни частици по техните орбити, трябва да се заключи, че в горната половина на орбитата тангенциалната сила трябва да допринесе за увеличаване на линейната скорост на частиците; но от друга страна, в долната половина на орбитата тангенциалната сила на триене на въздуха върху водната повърхност трябва да забави орбиталното движение на частиците, тъй като тук тя е насочена в посока, обратна на линейната скорост на частиците.[ ...]

Биологичният протеинов синтез е сложен, многофазен или многоетапен процес. В допълнение към РНК, много ензими участват в синтеза на протеини. На първия етап се активират аминокиселини, които след това се комбинират в пептидни вериги. Втората стъпка е транспортирането на активирани аминокиселини до рибозомите. Третата стъпка е подреждането и комбинирането на инициираните аминокиселини и тяхното подреждане в необходимата последователност върху информационната РНК, последвано от затваряне на пептидни връзки. Четвъртата стъпка е образуването на триизмерна структура, характерна за даден протеин, от линейна молекула. Повишената реактивност, активирането на аминокиселините увеличава възможността за тяхното взаимодействие помежду си; този процес се осъществява чрез взаимодействие на аминокиселини с аденозинтрифосфорна киселина (АТФ). В този случай енергията на една макроергична връзка на АТФ се прехвърля към аминокиселината, която преминава на по-високо енергийно ниво. Реакцията на активиране на аминокиселината протича с участието на ензима аминоацил-РНК синтетаза. За активирането на различни аминокиселини са необходими различни ензими, синтетази. Аминокиселинната последователност по време на синтеза се осъществява от кодони (фрагменти от ДНК веригата).