Прохождение бета-излучения через вещество

При бета-распаде для большого количества одинаковых ядер в результате статистического усреднения получается вполне определенное распределение электронов (позитронов) по энергиям. Это распределение называется бета-спектром, а Е _гр – граничной энергией бета-спектра. Большая часть значений лежит в интервале 10–5 000 кэВ. Максимальная энергия бета-частиц (β -частиц) определяет энергию распада и является важной физической величиной.

При движении через вещество быстрые β -частицы взаимодействуют с электрическими оболочками атомов и атомными ядрами среды. Взаимодействие осуществляется электрическими (кулоновскими) силами. Основными типами взаимодействия являются упругое рассеяние, неупругое рассеяние и радиационное торможение.

Бета-частицы, проходя через вещество, постепенно теряют свою энергию и на определенном расстоянии полностью поглощаются. Так как энергия электронов при β -распаде различна, они имеют и разные пробеги. Поэтому ослабление β -частиц в какой-либо среде происходит не сразу, а постепенно. Расстояние, на котором все β -частицы поглощаются средой, называется максимальным пробегом β -частиц. Максимальный пробег β -частиц возрастает с увеличением их энергии и уменьшается с увеличением плотности вещества, через которое они проходят.

Пробег β -частиц в воздухе может достигать до нескольких метров в зависимости от энергии. От потока β -частиц с максимальной энергией 2 МэВ полностью защищает слой алюминия толщиной 3, 5 мм, железа – 1, 2 мм, свинца – 0, 8 мм. Одежда поглощает до 50 % β -частиц. При внешнем облучении организма на глубину более 1 мм проникает 20–25 % β -частиц. При действии на животную ткань, покрытую слоем кожи, бета-излучение может вызвать её поражение (в то время как альфа-частицы кожей поглощаются).

Хорошей защитой от мягкого β -излучения, источниками которого являются, например, изотоп С-14 (до 155 кэВ) и изотоп S-35 (до 170 кэВ), могут служить обычная одежда, листы плотной бумаги, тонкое стекло. Таким образом, защититься от внешнего облучения нетрудно. Наибольшую опасность представляют источники β -лучей, когда они попадают на открытые раны, царапины или внутрь организма.

При прохождении β -излучения через вещество происходят процессы упругого и неупругого рассеяния. При упругом рассеянии β -частицы, взаимодействуя с электронными оболочками атомов среды или с их ядрами, многократно изменяют направление своего движения.

В результате траектория β -частицы оказывается ломаной линией, и интенсивность потока β -излучения в данном направлении ослабевает. Угол отклонения β -частиц возрастает с уменьшением их энергии и с увеличением порядкового номера элементов той среды, через которую они проходят.

В случае неупругого рассеяния β -частицы, передавая энергию атомам или молекулам вещества, ионизируют или возбуждают их. При этом не только возбуждаются электроны электронных оболочек, но и увеличивается колебательная энергия отдельных атомов и вращательная энергия молекул. Ионизация и возбуждение могут сопровождаться нагревом среды, ее излучением, в ней возникают различные химические реакции. Эти процессы также способствуют ослаблению β -излучения. Электроны, обладающие меньшей энергией, характеризуются большей ионизационной способностью. Таким образом, к концу пробега электрона, когда его энергия уменьшается, ионизация, производимая им, возрастает.

При больших энергиях β -частиц возникает тормозное рентгеновское излучение. Именно на этом явлении и основан принцип действия рентгеновских трубок, где быстрые электроны испытывают сильное торможение при столкновении с поверхностью вольфрама – элемента с большим порядковым номером.

Так как энергия электронов, испускаемых радиоактивными изотопами, сравнительно невелика (порядка нескольких МэВ), то ослабление β -излучения в этих случаях оказывается несущественным.

По-другому обстоит дело с быстро движущимися β ‑ частицами, например, ускоренными в бетатронах. Там основную опасность представляют тормозное гамма- и рентгеновское излучения.