Linijinis energijos praradimas. Jonizuojančiosios spinduliuotės sąveikos su medžiaga charakteristikos

1. Linijinis slopinimo koeficientas m – numatomos akcijos vertės santykis dN/N netiesiogiai jonizuojančios dalelės, kurios patyrė sąveiką einant elementariu keliu dl

Matavimo vienetas m yra 1/m, 1/cm.

2. Masės slopinimo koeficientas m m yra tiesinio slopinimo koeficiento m santykis su medžiagos r tankiu, per kurią praeina netiesiogiai jonizuojanti spinduliuotė:

Matavimo vienetas - m 2 / kg, cm 2 / g.

3. Pagal ridaĮkrautoms dalelėms turimas omenyje ekstrapoliuotas diapazonas, o g-kvantų diapazonas yra tiesinio silpnėjimo koeficiento medžiagoje atvirkštinė vertė.

4. Tiesinis galios perdavimo koeficientas m tr yra energijos dalies santykis d netiesiogiai jonizuojančios spinduliuotės e/e, kuri einant elementariu keliu virsta įkrautų dalelių kinetine energija dl materijoje iki šio kelio ilgio:

m tr = . (2.3)

Vienetas m tr– 1/m, 1/cm.

Masės galios perdavimo koeficientas m tr , m yra susijęs su tiesiniu energijos perdavimo koeficientu m tr

m tr , m = . (2.4)

Vienetas m tr , m- m 2 / kg, cm 2 / g.

5. Tiesinis energijos sugerties koeficientas m lt yra tiesinio energijos perdavimo koeficiento m sandauga trį skirtumą tarp vieneto ir energijos dalies g antrinės įkrautos dalelės, kurios tam tikroje medžiagoje pereina į stresą:

m lt= m tr×(1 - g). (2.5)

Vienetas m lt– 1/m, 1/cm.

Masės energijos sugerties koeficientas m Lt m yra susijęs su tiesiniu energijos sugerties koeficientu m lt per terpės, kurioje sklinda spinduliuotė, tankį:

m Lt m= m lt/r. (2.6)

Vienetas m Lt m- m 2 / kg, cm 2 / g.

Fotonų spinduliuotės radionuklidiniams šaltiniams
(e £ 3 MeV) ore g 0,01 GBP, todėl pakankamai tiksliai taikomoms problemoms galime daryti prielaidą, kad .

Fotonų spinduliuotei energijos perdavimo ir sugerties koeficientai gaunami sumuojant sąveikos koeficientus dėl fotoabsorbcijos, nenuoseklios sklaidos silpnai surištais elektronais ir absorbcijos susidarant elektronų-pozitronų poroms.

6. Cheminių junginių arba sudėtingų cheminių medžiagų fotonų energijos masės perdavimo ir sugerties koeficientai gaunami susumavus:

m m = , (2.7)

kur m m, i- masės koeficientas i-tasis komponentas su masės dalimi w i; = 1.

7. Neutronų sąveika su medžiaga yra sudėtingesnė nei fotonų ir priklauso ne tik nuo cheminės sudėties, bet ir nuo izotopo, t.y. iš atskirų nuklidų, sudarančių medžiagą. Informacijos knygose pateikiami pilni mikroskopiniai sąveikos skerspjūviai kaip energijos s(e) funkcija. Tam tikro branduolinio proceso makroskopinis skerspjūvis S, 1/cm, yra susijęs su mikroskopiniu skerspjūviu s, cm 2 pagal išraišką

kur e yra neutrono energija; N A yra Avogadro numeris; M, r yra elemento, su kuriuo sąveikauja neutronas, masės skaičius ir tankis.

8. Įkrautų dalelių sąveikos su medžiaga charakteristika yra spinduliuotės energija e, perduodama medžiagai sąveikos metu, dėl kurios vyksta atomų ir molekulių jonizacija ir sužadinimas. Įkrautos dalelės dėl susidūrimų elementariame kelyje prarastos energijos vidutinės vertės santykis dl, šio kelio ilgis yra kiekis bendras tiesinis energijos perdavimas L:

Į (2.9) formulę neįtraukiami energijos nuostoliai, atsirandantys dėl strigimo. Santrumpa LET naudojama visiškam tiesiniam galios perdavimui žymėti. LET vienetas yra J/m. Specialusis vienetas yra kiloelektronvoltas vienam mikrometrui (keV/µm) vandens.

9. Vidutinis ai energija, perduodama į tikslą. Energija, kurią spinduliuotė perduoda ribotam medžiagos tūriui, yra lygi skirtumui tarp visų įkrautų ir neįkrautų dalelių bendrosios kinetinės energijos ir kvantų, patenkančių į nagrinėjamą tūrį, ir visų įkrautų ir neįkrautų dalelių bei kvantų, išeinančių iš šio tūrio, bendros kinetinės energijos. .

; jonizacijos energijos nuostolių, tenkančių medžiagos kelio vienetui, vertė. LET apibrėžiamas kaip visos energijos santykis dE, kurį dalelė perneša į medžiagą dėl susidūrimų kelyje dl, iki šio kelio ilgio: L = dE / dl. Neįkrautoms dalelėms LET netaikoma, tačiau naudojamos jų antrinio krūvio dalelių, susidariusių medžiagoje, LET reikšmės. Matuojama eV/nm. LET reikšmės skiriasi nuo 0.2 didelės energijos fotonams iki 104 eV/nm urano dalijimosi fragmentams.

Ši sąvoka plačiai naudojama radiobiologijoje vertinant įvairių rūšių spinduliuotės radiobiologinį poveikį.

taip pat žr

• Santykinis biologinis jonizuojančiosios spinduliuotės efektyvumas

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „Linear Energy Transfer“ kituose žodynuose:

- (LET), energija, kurią jonizuojanti dalelė perduoda Wu tam tikroje trajektorijos kaimynystėje per vienetą. trajektorijos ilgis: Ldeltt=(d?cp/dl)deltt, kur dl yra kelias, praėjęs krūvis. h tsey in ve, d? cp plg. energija, kurią žmogus praranda smūgių metu, kai ... ... Fizinė enciklopedija

linijinis galios perdavimas- 4,5 linijinis galios perdavimas [LET] ; LΔ: energijos dE, kurią įkrauta dalelė lokaliai perduoda į terpę dėl susidūrimo elementariame kelyje dl, santykis su šio kelio ilgiu Šaltinis ...

linijinis galios perdavimas- ilginė elektringųjų dalelių energijos perdava statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Jonizuojančiosios elektringosios dalelės, tam tikroje vietoje nueinančios elementarųjį atstumą, ižiagai to perduota… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

linijinis galios perdavimas- ilginė energijos perdava statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. linijinis energijos perdavimas vok. Energieabgabe je Längeneinheit, f rus. tiesinis energijos perdavimas, f pranc. transfert d'énergie lineique, m … Fizikos terminų žodynas

- (LET) vidutinė energija, kurią terpė sugeria įkrautos dalelės praėjimo taške jos kelio vienetui; naudojamas siekiant atsižvelgti į skirtingų rūšių jonizuojančiosios spinduliuotės biologinio poveikio skirtumus ... Didysis medicinos žodynas

Žr. Jonizuojanti spinduliuotė... Cheminė enciklopedija

Linijinis galios perdavimas (LET)- 5. Linijinis energijos perdavimas (LET) Pagal GOST 15484 Šaltinis ... Norminės ir techninės dokumentacijos terminų žodynas-žinynas

linijinis- 98 linijinė [netiesinė] elektros grandinė Elektros grandinė, kurioje elektros įtampa ir elektros srovės arba (arba) elektros srovės ir magnetinio srauto jungtys, arba (arba) elektros krūviai ir elektros įtampa yra sujungtos viena su kita… … Norminės ir techninės dokumentacijos terminų žodynas-žinynas

GOST 25645.218-90: Erdvėlaivio įgulos radiacinė sauga skrydžio į kosmosą metu. Kosminės spinduliuotės kokybės faktoriaus priklausomybė nuo tiesinės energijos- Terminija GOST 25645.218 90: Erdvėlaivio įgulos radiacinė sauga skrydžio į kosmosą metu. Kosminės spinduliuotės kokybės faktoriaus priklausomybė nuo tiesinės energijos pirminis dokumentas: 7. Linijinio perdavimo dozių spektras ... ... Norminės ir techninės dokumentacijos terminų žodynas-žinynas

LEISTI- linijinis energijos perdavimas linijiniai energijos nuostoliai (pl) linijiniai energijos nuostoliai … Rusų kalbos santrumpų žodynas

Įkrautų dalelių tiesinis energijos perdavimas (LET) sugeriančioje medžiagoje (arba L) yra vidutinės energijos dE, kurią sugeriančiajai medžiagai perduoda judanti įkrauta dalelė dėl susidūrimų, perkeliant ją atstumu dl iki šio atstumo, santykis:

L = dE/dl. (2.4)

Terminas LET yra glaudžiai susijęs su stabdymo galia S. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad LET yra susijęs su energija, perduodama absorbentui, o

kaip S apibūdina sugeriančios medžiagos savybę, parodydamas, kaip efektyviai įkrauta dalelė praranda energiją medžiagoje, t.y. kaip efektyviai absorberis paima energiją iš įkrautos dalelės.

LET yra svarbus radiacinės saugos srityje, nes jis naudojamas konkretaus radiacinio lauko kokybės koeficientui apskaičiuoti.

LET, kaip ir stabdymo galia S, matuojama keV/µm.

SUNKIŲJŲ KARTUVOJŲ DALELŲ SĄVEIKA SU MEDŽIAGA

Įkrautų dalelių sąveika skirstoma į elastingą ir neelastingą.

Elastinga sąveika yra tokia sąveika, kai sąveikaujančių dalelių kinetinių energijų suma prieš ir po sąveikos išlieka nepakitusi. Toks procesas yra elastinga sklaida.

Neelastingoje sąveikoje dalis įkrautos dalelės kinetinės energijos perduodama susidariusioms dalelėms arba fotonams; kita kinetinės energijos dalis perduodama atomui ar branduoliui jų sužadinimui ar pertvarkymui. Tokios sąveikos apima neelastingą sklaidą, jonizaciją ir atomų sužadinimą bei bremsstrahlung susidarymą.

Panagrinėkime sunkiųjų įkrautų dalelių sąveiką su medžiaga, naudodami α dalelių pavyzdį. α-dalelė yra helio atomo branduolys, turi dvigubą teigiamą krūvį ir keturis masės vienetus. α-dalelės masė yra 4,002777 a.m.u. Skilimas daugiausia vyksta dėl sunkiųjų elementų radionuklidų. Natūralių ir dirbtinių radionuklidų skleidžiamų α dalelių (E α) energija svyruoja nuo 4,0 iki 9,0 MeV. Taigi, 239 Pu E α = 5,15 MeV, 210 Po - 5,3 MeV, 226 Ra - 4,777 MeV. α-dalelių judėjimo greitis yra apie 10 9 cm/sek.

Eidama per materiją, α-dalelės energija daugiausia sunaudojama sugeriančiosios terpės atomų jonizavimui ir sužadinimui (jonizacijos nuostoliai), kuriuos, kai E α > 0,1 MeV, galima išreikšti formule:

čia E α yra α dalelės kinetinė energija; e yra elektrono krūvis; z – α-dalelės krūvis;

Z yra absorberio serijos numeris; n – atomų skaičius 1 cm 3 medžiagos; B - stabdymo koeficientas; m o - elektronų ramybės masė; V yra dalelės greitis.

Viena iš būdingiausių α dalelių savybių yra ta, kad jos turi tam tikrą diapazoną. Vidutinis monoenergetinių α-dalelių diapazonas R a paprastai apskaičiuojamas empirinėmis formulėmis. Ore normaliomis sąlygomis

(2.6)

kur R α - rida, cm; - α-dalelių kinetinė energija, MeV;

n yra bematis koeficientas, nustatytas empiriškai.

α dalelėms, kurias išskiria natūralūs α skleidėjai (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.

Taigi, α-dalelės, kurių energija E α \u003d 5 MeV, ore nubėga 3,52 cm, o energijos E α \u003d 30 MeV - 68 cm.

α-dalelės kelio ilgį kitose terpėse galima nustatyti pagal Bragg formulę:

(2.7)

arba pagal Glesseno formulę:

(2.8)

čia E α yra α dalelės energija, MeV; A yra atominis svoris; Z - serijos numeris;

ρ – sugeriančios medžiagos tankis, g/cm 3 .

Bėgimo pabaigoje α-dalelės energija sumažėja tiek, kad ji nebepajėgia sukelti jonizacijos ir, prijungusi prie savęs du elektronus, virsta helio atomu. Bendra α dalelių jonizacija yra keli šimtai tūkstančių jonų porų. Pavyzdžiui, α-dalelė, kurios energija yra 7 MeV, pagal (2.1) susidaro

jonų pora.

Kuo didesnė α dalelės energija, tuo didesnis jos diapazonas ir tuo daugiau jonų porų susidaro.

Linijinis jonizacijos tankis priklauso ir nuo α-dalelės energijos, tačiau priklausomybė atvirkštinė – kuo mažesnė dalelės energija, taigi ir greitis, tuo didesnė jos sąveikos su orbitos elektronais tikimybė. Linijinis oro jonizacijos tankis α-dalele, pavyzdžiui, esant 210 Po (E α = 5,3 MeV, tiesinis diapazonas R = 3,87 cm, jonų poros susidarymo energija ε = 33,85 eV/pora) nustatomas taip. formulė (2.2)

jonų poros/cm.

Specifinė jonizacija pasiekia didžiausią vertę paleidimo pabaigoje.

Linijinis oro jonizacijos tankis α-dalelės kelyje parodytas 2.4 pav. Iš paveikslo matyti, kad linijinės jonizacijos tankis pasiskirsto netolygiai, didėja link kelio pabaigos, o po to smarkiai sumažėja iki nulio. Pavyzdžiui, α-dalelė, kurios energija 4,8 MeV ore kelio pradžioje sudaro 2 10 4 jonų poras / cm, o kelio pabaigoje - 6 10 4 jonų poras / cm. Jonizacijos tankio padidėjimas kelio pabaigoje, po kurio staigiai sumažėja iki nulio, paaiškinamas tuo, kad α-dalelė, patyrusi lėtėjimą, judėdama medžiagoje praranda greitį; dėl to ilgėja jo praėjimo per atomą kelio pabaigoje laikas ir atitinkamai tikimybė perduoti elektronui energiją, kurios pakaktų jį ištraukti iš atomo. Kada tampa α dalelės greitis

palyginti su medžiagos atomų judėjimo greičiu, tada α-dalelė pagauna ir sulaiko iš pradžių vieną, o paskui antrą elektroną ir virsta helio atomu – jonizacija sustoja.

Ryžiai. 2.4. Linijinis oro jonizacijos tankis α-dalelės kelyje.

Absorberyje esančios vienodos energijos (monoenergetinės) α-dalelės nukeliauja beveik tą patį atstumą, t.y. α-dalelių skaičius beveik per visą bėgimo kelią nuolat ir staigiai nukrenta iki nulio bėgimo pabaigoje. Monoenergetinių α-dalelių diapazono pasiskirstymo spektras parodytas 2.5 pav. Diferencijuojant integralinę kreivę, galima gauti pasiskirstymo kreivę α-dalelių intervalams aplink vidutinę reikšmę R 0 – vidutinį α-dalelių diapazoną.

α dalelių diapazonas yra praktiškai tiesus dėl jų didelės masės, kuri neleidžia α dalelei nukrypti nuo tiesiojo kelio, veikiant atomo elektrinėms jėgoms. Nepaisant didelių α dalelių energijų, jų prasiskverbimo galia ir diapazonas yra itin mažas, pavyzdžiui, ore 4 10 cm, o žmogaus minkštuose audiniuose, skystose ir kietose medžiagose tai bus keli mikronai.

Ryžiai. 2.5. Monoenergetinių α-dalelių diapazono pasiskirstymo spektras: 1 - integralas; 2 - diferencialas.

Maksimalus α-dalelių diapazonas ore, kai energija kinta nuo 1 iki 10 MeV, kinta nuo 0,52 iki 10,5 cm ir esant E α = 5 MeV yra 3,52 cm, o biologiniame audinyje kinta nuo 7,2 10 -1 iki 1,2 10 - 2 cm, esant E α = 5 MeV R max = 4,4 10 -3 cm.

ŠVIESOS KROVITOJŲ DALELŲ SĄVEIKA SU MEDŽIAGA

Panagrinėkime šviesos įkrautų dalelių sąveiką su medžiaga, naudodamiesi β-dalelių pavyzdžiu. β-dalelės yra elektronų arba pozitronų srautas. Elektronas ir pozitronas

turi vienodą masę ir tą patį krūvį, tačiau skiriasi krūvio ženklu. Elektrono masė yra 0,000549 a.m.u. Skirtingai nuo α dalelių, β dalelės turi nuolatinį energijos spektrą.

Priklausomai nuo β dalelių energijos, išskiriama minkštoji ir kietoji β spinduliuotė. β dalelės, kurių energija yra iki kelių dešimčių keV, vadinamos minkštąja β spinduliuote, o turinčios didelę energiją – kietąja β spinduliuote.

β-dalelių prasiskverbimo per medžiagą procesas yra sudėtingesnis nei α-dalelių praleidimo procesas. Energija eikvojama jonizacijai ir radiacijos nuostoliams, β dalelių sklaidai. Branduolinės reakcijos vyksta tik esant didelei (daugiau nei 20 MeV) elektronų energijai.

β dalelių, kaip ir α dalelių, jonizacijos nuostoliai yra susiję su absorbuojančių atomų jonizacija ir sužadinimu, tačiau β dalelių sąveikos su medžiaga tikimybė yra mažesnė nei α dalelių, nes β dalelės turi perpus mažesnis krūvis ir daug kartų mažesnė masė (7000 kartų), palyginti su α dalelėmis. Jonizacijos metu β-dalelės išmuša orbitinius elektronus, kurie gali sukelti papildomą (antrinę) jonizaciją. Bendra jonizacija yra pirminės ir antrinės jonizacijos suma. β-dalelė sukuria kelis šimtus jonų porų 1 µm savo kelio materijoje. Sulėtėjęs elektronas liks laisvas arba bus užfiksuotas atomo ir atsidurs surištoje būsenoje, o pozitronas sunaikins.

Jonizacijos nuostoliai priklauso nuo elektronų skaičiaus absorberio atomuose. Iš santykio galima apskaičiuoti elektronų skaičių 1 cm 3 medžiagos

n = ρ Ν Α (Ζ/Α) = 6,023 10 23 ρ (Ζ/Α), (2,9)

kur Ν Α yra Avogadro skaičius; A yra atominis svoris; ρ yra absorberio tankis; Z yra sugeriančiojo elemento atominis skaičius.

Todėl jonizacijos nuostoliai (dE/dx) jonas ≈ ρ·Z/A.

Keičiantis Z, Z/A santykis keičiasi nuo 0,5 lengvosioms medžiagoms iki 0,4 švino, t.y. skirtingiems elementams Z/A santykis kinta nežymiai (išskyrus vandenilį, kurio Z/A = 1), todėl šį santykį galime laikyti maždaug pastoviu. Todėl išmatuotą sugeriančio sluoksnio storį išreiškiant ne centimetrais, o ρ cm vienetais, t.y. g/cm 2, galime daryti išvadą, kad tam tikros energijos β spinduliuotės sugerties kiekis bus maždaug vienodas visoms medžiagoms.

β-dalelės, skraidančios šalia absorbuojančių atomų branduolio, branduolio lauke sulėtėja ir keičia savo judėjimo kryptį. Energijos sumažėjimas dėl elektronų lėtėjimo absorberio šerdies lauke (radiacijos nuostoliai) susijęs su bremsstrahlung emisija.

Didelės energijos β dalelių (keli MeV) spinduliuotės nuostolių ir jonizacijos nuostolių santykis nustatomas pagal išraišką

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

čia E β m ah yra didžiausia nuolatinio β dalelių spektro energija arba monoenergetinių elektronų pradinė energija;

Z yra elemento, kuriame vyksta elektronų lėtėjimas, atominis skaičius.

Esant tam tikrai β dalelių energijai, spinduliuotės nuostoliai yra proporcingi jonizacijos nuostoliams. Ši energija vadinama kritine. Kai spinduliuotės ir jonizacijos nuostoliai yra lygūs, kritinė energija (E 0 , MeV) nustatoma pagal išraišką

E 0 = 800/Z. (2.11)

Pavyzdžiui, švino (Z = 82) kritinė energija yra E 0 = 800/82 ≈ 10 MeV.

Kadangi β dalelių masė nedidelė, joms būdingas sklaidos efektas. β-dalelių sklaida atsiranda susidūrus su absorbuojančios medžiagos atomų orbitiniais elektronais. Sklaidos metu β-dalelės energija prarandama didelėmis porcijomis, kai kuriais atvejais iki pusės. Sklaida priklauso nuo β dalelių energijos ir sugeriančios medžiagos pobūdžio: mažėjant β dalelių energijai ir didėjant absorbuojančios medžiagos atominiam skaičiui, sklaida didėja.

Dėl sklaidos absorberyje β dalelių kelias nėra tiesus, kaip α dalelių, o tikrasis kelio ilgis absorberyje gali būti 1,5 - 4 kartus didesnis už jų diapazoną. Medžiagos sluoksnis, lygus β dalelių kelio ilgiui su maksimalia energija, visiškai sulėtins konkretaus radionuklido skleidžiamas β daleles.

Nepertraukiamo spektro β-dalelių absorbcija vyksta pagal eksponentinį dėsnį. Tai paaiškinama tuo, kad skirtingos energijos β daleles visiškai sugeria skirtingi absorberio sluoksniai:

φ = φ 0 exp(- μd), (2.12)

čia φ ο yra pradinis β dalelių srauto tankis; φ yra β-dalelių srauto tankis, pratekėjus per d storio absorberį; μ-tiesinis silpnėjimo koeficientas, rodantis absorbuotų β dalelių dalį absorberio storio vienete.

Ryžiai. 2.6. Didžiausio β-dalelių diapazono priklausomybės nuo didžiausios energijos grafikas.

Viena būdingiausių β dalelių, kaip ir α dalelių, savybių yra ta, kad jos turi tam tikrą diapazoną sugeriančioje medžiagoje, o radiacinėje saugai turimi gana patikimi ir pakankami duomenys dažniausiai naudojami tiek maksimaliai. energijos E β ir didžiausiam diapazonui R β . Kelių elementų didžiausio β-dalelių diapazono priklausomybės nuo maksimalios energijos grafikas parodytas fig. 2.6.

Aliuminis dažniausiai naudojamas kaip apsauginė medžiaga nuo β dalelių. Empirinės formulės ir lentelės apie didžiausio β-dalelių diapazono R β (taip pat ir α-dalelių) priklausomybę nuo jų didžiausios energijos yra gana išsamiai pateiktos informacinėje literatūroje.

Maksimalus β-dalelės diapazonas ore kinta nuo 292 iki 3350 cm, kai energija keičiasi nuo 1 iki 10 MeV, o biologiniame audinyje – nuo ​​0,335 iki 4,3 cm Esant E β = 5 MeV, R β ore yra 1,7 10 3 cm, o biologiniame audinyje - 2,11 cm.

GAMA SPINDULIAVIMO SĄVEIKA SU MEDŽIAGA

Fotonų spinduliuotė reiškia elektromagnetinę netiesioginę jonizuojančiąją spinduliuotę ir apima rentgeno bei γ spinduliuotę.

Rentgeno ir γ spinduliuotės kilmė yra skirtinga, tačiau jų prigimtis ta pati: klasikinės fizikos požiūriu – elektromagnetinė spinduliuotė (bangos), o kvantinė – fotonų (kvantų) srautas, t.y. dalelių. Dvigubą fotonų spinduliuotės prigimtį reikėtų suprasti taip, kad kai kuriuose reiškiniuose ši spinduliuotė pasižymi banginėmis savybėmis (atspindys, lūžis, difrakcija, trukdžiai), kituose – dalelių, vadinamų γ-kvantais, savybes (fotoelektrinis efektas, branduolinės reakcijos). .

Nepaisant skirtingos kilmės, sąveikaudami su medžiaga, rentgeno spinduliai ir γ spinduliai, turintys tą pačią energiją, turi tas pačias savybes. Fotonų sąveikos su medžiaga mechanizmas visiškai skiriasi nuo įkrautų dalelių sąveikos. Įkrautos dalelės, eidamos per sugeriančią medžiagą, atiduoda jai dalį arba visą savo energiją, o eidamos per fotonų spinduliuotę, kalbama apie jos sąveikos su sugeriančia medžiaga tikimybę, o sąveikos tikimybė didėja eksponentiškai didėjant absorberio storis.

γ-kvantų ypatybė, praeinant per medžiagą, yra ta, kad jie palyginti retai susiduria su elektronais ir branduoliais, tačiau susidūrimo metu, kaip taisyklė, smarkiai nukrypsta nuo savo kelio, t.y. praktiškai iškrenta iš sijos. Antrasis skiriamasis γ kvantų bruožas yra tas, kad jų ramybės masė nulinė, todėl jų greitis negali skirtis nuo šviesos greičio, o tai reiškia, kad γ kvantai terpėje negali sulėtėti. Jie arba absorbuojami, arba išsibarstę, dažniausiai dideliais kampais.

γ-kvantams nėra diapazono, didžiausio diapazono, energijos nuostolių vienam ilgio vienetui sąvokų. Praeinant γ-kvantų pluoštui per sugeriančią medžiagą, jų energija nekinta, tačiau dėl susidūrimų pluošto intensyvumas palaipsniui silpnėja.

Radiacinio pavojaus erdvėlaiviuose vertinimo ir prognozavimo metodai yra pagrįsti radiacijos poveikio kietose ir biologiniuose objektuose atsiradimo mechanizmų tyrimais, kurie atliekami laboratorinėmis sąlygomis jonizuojančiosios spinduliuotės treniruokliuose (greitintuvuose, radioizotopų įrenginiuose). Šie ilgalaikiai tyrimai leido sukurti modelius ir nustatyti bendruosius radiacijos poveikio atsiradimo konstrukcinėse medžiagose ir kosmoso technologijų gaminiuose modelius, taip pat apskritai išspręsti astronautų radiacinės saugos problemą pilotuojamuose skrydžiuose į kosmosą. Radiacijos poveikis pasireiškia dviem etapais. 1-ame greito tekėjimo etape (< ~ 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.

Linijinis galios perdavimas (LET)

LET reikšmė L kiekybiškai apibūdina pagrindinę radiacijos poveikio atsiradimo priežastį – energijos perdavimą iš dalelės į materiją. Apsvarstykite LET, eidami į jonizacijos efektų ir struktūrinių pažeidimų susidarymą. Apskaičiuojant spinduliuotės poveikį, atsirandantį dėl įkrautų dalelių poveikio kosminėje erdvėje, LET reikšmės prilygintos savitiesiems energijos nuostoliams, dE/dx, ty vidutinei energijai, kurią dalelė praranda per savo kelio vienetą.

• LET yra pagrindinis fizikinis dydis, kiekybiškai apibūdinantis vienos dalelės energetinį indėlį formuojant radiacijos efektą,
• LET, L yra vidutinė energija, kurią medžiaga gali gauti iš krintančios įkrautos dalelės per savo kelio vienetą
• LET matavimo vienetai - MeV / cm arba MeV / (g / cm 2)

Įkrautų dalelių energijos nuostoliai

Įkrautų dalelių savitieji energijos nuostoliai dE/dx = (dE/dx) e + (dE/dx) n Branduolinėje fizikoje apibrėžiami dalelių susidūrimai su medžiagos elektronais (jonizacijos nuostoliai, žymimi indeksu „e“) ir su medžiagos branduoliais (atominiai-branduoliniai nuostoliai, žymimi indeksu „n“). Šių dydžių vertės, priklausomai nuo įkrautų dalelių energijos, yra žinomos daugeliui medžiagų ( Ziegler J.F. ir kt., 1995).

Pavyzdžiui, skaičiai rodo vertes (dE/dx)e(vientisos kreivės) ir (dE/dx)n(punktyrinės kreivės) silicyje „Si“, priklausomai nuo protonų (vandenilio branduolių „H“) (raudonos kreivės), geležies branduolių „Fe“ (žalios kreivės) ir elektronų „e“ (violetinės kreivės) energijos. Atsižvelgiama į tai, kad esant didelei protonų energijai (>~30 MeV), branduolinės reakcijos papildomai prisideda prie jų atominės-branduolinės energijos nuostolių.
Svarbu pabrėžti, kad didelės energijos įkrautoms dalelėms, esančioms kosmose, (dE/dx)e >> (dE/dx)n.

klasifikacija

• Absorbuotos dozės poveikis atsiranda dėl energijos, kurią daugelis dalelių perduoda jautriam medžiagos tūriui, sumavimo rezultatas
• Atsitiktiniai pavieniai efektai atsiranda, kai energija perduodama iš vienos dalelės į jautrų medžiagos tūrį

Šiuolaikinėje radiacijos poveikio klasifikacijoje atsižvelgiama į tai, kad dalelės iš bendro korpuskulinės spinduliuotės srauto patenka į jautrus tūris(tūris, lemiantis medžiagos ar prietaiso funkcines savybes) apšvitinto objekto atsiranda diskretiškai. Atsitiktiniai pavieniai efektai (RSE) atsiranda objektuose, turinčiuose jautrius mikronų dydžio tūrius, ir šiuo metu pasireiškia didelės energijos kosminės spinduliuotės įtakoje šiuolaikiniams kietojo kūno elektroniniams prietaisams (mikroschemos, CCD, optronai ir kt.).

Absorbuota dozė

Absorbuota dozė D yra kiekybinis spinduliuotės poveikio dydžio matas, jei jis atsiranda dėl daugelio dalelių patekimo į jautrų medžiagos tūrį. Sugertoji dozė yra integralus rodiklis, apibūdinantis medžiagos ar prietaiso savybių pasikeitimą, įvykusį erdvėlaivio skrydžio metu nuo jo paleidimo.

Pagal apibrėžimą: Sugertoji dozė D yra energija, perduota iš spinduliuotės į elementarų masės vieneto medžiagos tūrį

D = ΔE/Δm [J/kg arba pilka (100 rad)]

Veikiant dalelių srautui Ф, kurio energija E 0 = konst

Veikiant skirtingų tipų ir skirtingos energijos dalelių Ф i (E) srautui

kur yra visų dalelių srauto LET spektras.

Apskaičiuojant sugertosios dozės vertę, atsižvelgiama į bendrą energiją, perduodamą iš dalelės tiek elektronams, tiek elementaraus tūrio branduoliams. Tačiau, jei spinduliuotės poveikis paaiškinamas jonizacija arba struktūriniais sutrikimais, tada skaičiavimuose naudojamos atitinkamai specifinių energijos nuostolių vertės elektroninių arba branduolinių susidūrimų metu. Tokiais atvejais kalbama apie jonizacijos arba nejonizacijos dozė(užsienio literatūroje „bendra jonizuojanti dozė (TID)“ ir „nejonizuojantys elastingumo nuostoliai (NIEL)“).

Jonizacijos dozės poveikio pavyzdys

Nepusiausvyros krūvininkai, atsirandantys apšvitinant MOS struktūrą, keičia esamus krūvius oksido tūryje ir oksido-puslaidininkio sąsajoje. Pirmasis efektas sumažina (žalia kreivė), o antrasis, pradedant nuo tam tikros jonizacijos dozės vertės, padidina (mėlyna kreivė) n kanalo MOSFET slenkstinę įtampą. Dėl to konkurencija tarp dviejų efektų paaiškina nemonotoninę n kanalo MOSFET slenkstinės įtampos priklausomybę nuo jonizacijos dozės (raudona kreivė).

Nejonizacijos dozės poveikio pavyzdys

Fotosrovė aš Saulės elementų generuojamas elementas priklauso nuo elemento pagrindinės puslaidininkinės medžiagos (silicio, galio arsenido) nedidelių krūvininkų gyvavimo trukmės. Veikiant didelės energijos spinduliuotei, ji mažėja dėl mažumos nešėjų gyvenimo trukmės sutrumpėjimo, o tai paaiškinama struktūrinių trikdžių (radiacijos defektų) susidarymu.
Iš tiesų, šis sumažėjimas (taigi ir radiacijos defektų kaupimasis) gerai koreliuoja su nejonizacijos dozės D n padidėjimu, nepaisant veikiančios spinduliuotės tipo (elektronų, protonų) ir jos energijos.

Dozės ekvivalentas

Apskaičiuojant sugertąją dozę daroma prielaida, kad iš daugybės dalelių išsiskirianti energija yra tolygiai paskirstyta elementariame tūryje. Tik tokiu atveju sugertoji dozė gali būti laikoma kiekybine spinduliuotės poveikio priemone, neatsižvelgiant į spinduliuotės energiją ir rūšį.
Ši sąlyga neįvykdoma veikiant protonams ir sunkiai įkrautoms dalelėms, kai išsiskirianti energija koncentruojasi lokaliai šių dalelių takeliuose. Šiuo atveju reikia patikslinti sugertosios dozės vertės panaudojimą spinduliavimo poveikiui įvertinti.

Taigi radiobiologijoje (ir pilotuojamų skrydžių radiacinės saugos srityje) šiais tikslais kokybės faktorius w(L) spinduliuotė, kuris priklauso nuo dalelės linijinio energijos perdavimo (LET), kuris kiekybiškai apibūdina vienos dalelės energijos indėlį į spinduliavimo efekto susidarymą, tačiau neatsižvelgia į dalelių takelio dydį ir atitinkamai pasiskirstymą. perduodamos energijos tankis šiame takelyje .
Radiobiologijoje įprasta naudoti kiekį ekvivalentinė dozė.

H [Sievertas (100 atl.)] = ∫ w(L) L F(L)dL

Pavieniai atsitiktiniai efektai

Pavieniai atsitiktiniai efektai (SSE) atsiranda dėl jautraus tūrio savybių pažeidimo, kai pro jį praeina viena dalelė. Jie atsiranda, kai jonai (sunkiai įkrautos dalelės) yra apšvitinami jautriais mikrono dydžio tūriais. Pavyzdžiui, šiuolaikiniuose mikroelektroniniuose įrenginiuose SSE atsiranda dėl nepusiausvyrų krūvininkų susidarymo dėl jonizacijos.
Atsiradimo sąlyga: energija ∆E, kurią dalelė perduoda jautriam tūriui, turi būti didesnė už slenkstinę reikšmę E c , kuri apibūdina šio tūrio funkcinę savybę.

Skaidrėje rodomi du SSE atsiradimo mechanizmai veikiant kosminės spinduliuotės dalelėms: tiesiai iš jonų, sudarančių kosminius spindulius (tiesioginis mechanizmas), ir iš antrinių jonų, susidarančių dėl kosminės spinduliuotės protonų branduolinių susidūrimų su materijos branduoliais ( branduolinis mechanizmas).

OSE yra stochastinis reiškinys ir jo atsiradimo tikimybė apibūdinama vadinamuoju OSE skerspjūviu. Bendru atveju šis dydis σ i ( E,θ ) priklauso nuo dalelių tipo, jų energijos ir jonų judėjimo krypties jautriame tūryje.
Tiesioginio OSE kilmės mechanizmo modeliai OSE skerspjūvį σ i (L,θ) laiko jonų LET funkcija, nepriklausomai nuo jų tipo, todėl galima turėti vieną OSE skerspjūvio priklausomybę (o ne daugelis) kosminių spindulių jonų srautų, įskaitant įvairių tipų jonus, trikdžių dažniui įvertinti.
Svarbu pažymėti, kad, priešingai nei sugertoji dozė, SSE dažnis apibūdina medžiagos ar prietaiso savybę tam tikru momentu, sinchronizuojamu su įtakojančiu dalelių srautu. Tačiau OSE dažnis taip pat skaičiuojamas ilgam laiko intervalui, bet tada jam apskaičiuoti naudojamas dalelių srauto tankio vidurkis per šį intervalą.
SSE atsiradimo, veikiant dalelių srautui, kiekybinis matas yra OSE dažnis.

Veikiant dalelių srauto tankiui F (1/cm 2 s), kai energija E 0 = const ir kritimo kampas
θ 0 = pastovus

ν = σ(E 0 , θ 0) F

Veikiant skirtingo tipo ir skirtingos energijos dalelių F i (E) (1/cm 2 cmeV) izotropinio srauto tankiui

ν = ∑ i ∫∫∫ σ i (E,Ω)F i (E)dEdΩ

arba tiesioginio OSE atsiradimo mechanizmo modelio atvaizdų naudojimas

ν = ∫∫∫ σ jonas (L,Ω)F i (L)dLdΩ

čia F(L) yra dalelių srauto tankio diferencinis LET spektras

Norint nustatyti absoliučias OSE skerspjūvių vertes ir priklausomybių σ p (E) ir σ jonų (L) tipą, naudojami protonų ir sunkiųjų jonų greitintuvai.
OSE skerspjūvio σ jonų (L) ir HSP reikšmės didėja didėjant LET nuo tam tikros slenkstinės vertės L c ir linkusios į pastovią vertę σ sat , kuri priklauso nuo jautraus mikroobjekto tūrio dydžio. Panašus OSC skerspjūvio σ p (E) reikšmių padidėjimas stebimas priklausomai nuo protonų energijos, tačiau šiuo atveju E c slenkstinė vertė priklauso nuo efektyvios branduolinių reakcijų slenksčio ir vertės. σ sat priklauso ne tik nuo jautraus tūrio dydžio, bet ir nuo mikroobjekto liekanų branduolių susidarymo skerspjūvio.
Šiuo metu tokios priklausomybės buvo gautos daugeliui atminties lustų, kurie buvo ir yra naudojami erdvėlaivių įrangoje, nes jie yra jautriausias šiuolaikinės elektronikos komponentas, atsižvelgiant į OSE atsiradimą.

Atminties lustų OSC skerspjūvio pavyzdžiai normaliu kritimo kampu, priklausomai nuo efektyvios LET (paveikslas kairėje) ir protonų energijos (dešinėje).

išvadas

• Šiuo metu ištirta radiacijos poveikio įtaka daugelio kosminės technologijos medžiagų ir gaminių savybėms.
• Radiacijos poveikis kosmoso technologijų gaminiuose skirstomas į sugertosios dozės efektus (EDE) ir pavienius atsitiktinius efektus (SSE).
  • Kiekybinis EPD spinduliuotės pavojaus matas yra apskaičiuota sugertos dozės (jonizacijos ir nejonizacijos) vertė.
  • Apskaičiuotas pavienių atsitiktinių poveikių dažnis yra kiekybinis ESE spinduliuotės pavojaus matas.
• Kosmoso technologijų produktų, esančių erdvėlaivyje, radiacijos pavojus priklauso nuo:
  • individualios medžiagos ir prietaiso savybės, pasižyminčios linijinio energijos perdavimo dydžiu arba pavienių atsitiktinių efektų skerspjūviu ir atspindinčios jų atsparumą spinduliuotei (jautrumą),
  • veikianti spinduliuotės aplinka, kuriai būdingi dalelių srauto F(E) arba srauto tankio F(E) diferenciniai energijos spektrai ir atspindi erdvėlaivio spinduliavimo sąlygas.

Norint nustatyti radiacijos sąlygas erdvėlaivyje, būtina atsižvelgti į įvairius spinduliuotės laukus, kuriuos išorinėje erdvėje formuoja skirtingi šaltiniai ir kurie apima skirtingų tipų įkrautų dalelių srautus su skirtingais energijos spektrais.
Be to, šių spektrų forma ir dalelių srautai keičiasi priklausomai nuo erdvėlaivio skrydžio trajektorijos ir gali keistis erdvėlaivio skrydžio metu. Visi šie pokyčiai daro didelę įtaką radiacijos pavojaus lygiui, į kurį reikėtų atsižvelgti siekiant užtikrinti erdvėlaivio įrangos veikimą.
Kitas skyrius bus skirtas bendriesiems radiacijos sąlygų ir radiacijos pavojaus charakteristikų pokyčių kosmose ir erdvėlaivių skrydžio orbitose modeliams aptarti.

Linijinis energijos perdavimas (LET) – jonizuojančiosios spinduliuotės kokybės fizikinė charakteristika, lygi visos energijos, perduodamos: į medžiagą įelektrinta dalele dėl susidūrimų kelyje, santykiui su šio atuti ilgiu.[ . ..]

Mažiausia reikšmė K= 1 ir atitinka tiesinio energijos perdavimo atvejį. Kitais atvejais šio koeficiento reikšmę rekomenduoja Tarptautinė radiacinės saugos komisija (ICRP) ir ji pateikiama lentelėje. 10,2 (didžiausia vertė K = 20).[ ...]

Yra dvi priežastys, kodėl aukščiau pateikta tiesinė teorija iš tikrųjų netinkama labai tiksliai apskaičiuoti uragano efektą. Vienas iš jų – paties uragano įtaka tokia stipri, kad neįmanoma nepaisyti netiesinių lygčių terminų. Antroji priežastis – didelis šiluminio poveikio vaidmuo. Šilumos perdavimo poveikis yra ypač svarbus, nes (žr.) uraganai iš tikrųjų palaiko savo egzistavimą energijos, kurią jie gauna iš turimos vandenyno šilumos, sąskaita. Tuo pačiu metu uraganas ne tik paima šilumą iš vandenyno, bet ir perskirsto ją dėl maišymosi, kuris veikia kartu su advekcijos poveikiu. Visi šie poveikiai turi įtakos izopikniniam pasiskirstymui, parodytam Fig. 9.9.[ ...]

Išskirtinės keturpolio masės filtro savybės yra linijinė masės spektro sklaidos skalė, didelis jonų perdavimo koeficientas iš šaltinio į detektorių ir nedidelė skiriamosios gebos priklausomybė nuo pradinės jonų energijos sklaidos.[...]

Sugertoji dozė ir linijinis energijos perdavimas (LET) yra vieni iš svarbiausių radiacijos poveikio medžiagai rodiklių.[ ...]

Grafiškai pavaizduodami (IV.105) lygtį logaritminėmis koordinatėmis siūlomiems energijos perdavimo procesams, gauname tiesinę molekulinių savybių indekso priklausomybę nuo spinduliuotės dozės.[ ...]

Atsižvelgiant į tai, kad trūksta eksperimentinių priemonių tokiai prielaidai patikrinti, hipotezės apie tangentinės jėgos vaidmenį perduodant energiją bangoms iki šiol laikėsi nemažai autorių. Tuo tarpu galima parodyti, kad energijos kiekis, kurį bangos gauna šiuo kanalu, yra nereikšmingas, palyginti su tuo, kas iš tikrųjų gaunama iš vėjo. Atsižvelgiant į paviršinio vandens dalelių judėjimą išilgai jų orbitų, darytina išvada, kad viršutinėje orbitos pusėje tangentinė jėga turėtų prisidėti prie dalelių linijinio greičio padidėjimo; bet kita vertus, apatinėje orbitos pusėje tangentinė oro trinties jėga vandens paviršiuje turėtų sulėtinti dalelių judėjimą orbitoje, nes čia ji nukreipta priešinga dalelių linijiniam greičiui. ...]

Biologinė baltymų sintezė yra sudėtingas, kelių fazių ar kelių etapų procesas. Be RNR, baltymų sintezėje dalyvauja daugybė fermentų. Pirmajame etape aktyvuojamos aminorūgštys, kurios vėliau susijungia į peptidines grandines. Antrasis etapas – aktyvuotų aminorūgščių pernešimas į ribosomas. Trečias žingsnis – inicijuotų aminorūgščių sutvarkymas ir derinimas bei jų išdėstymas reikiama seka ant pasiuntinio RNR, po kurio seka peptidinių jungčių uždarymas. Ketvirtasis žingsnis – tam tikram baltymui būdingos trimatės struktūros formavimas iš linijinės molekulės. Padidėjęs reaktyvumas, aminorūgščių aktyvinimas padidina jų tarpusavio sąveikos galimybę; šis procesas vyksta aminorūgščių sąveika su adenozino trifosforo rūgštimi (ATP). Tokiu atveju vienos ATP makroerginės jungties energija perkeliama į aminorūgštį, kuri pereina į aukštesnį energijos lygį. Aminorūgščių aktyvinimo reakcija vyksta dalyvaujant fermentui aminoacil-RNR sintetazei. Skirtingoms aminorūgštims aktyvuoti reikalingi skirtingi fermentai, sintetazės. Aminorūgščių seka sintezės metu atliekama kodonais (DNR grandinės fragmentais).