Interakciós tanfolyam ionizáló sugárzású anyag Radioaktivitás Kutatás-biokémia oktatása
I. Könnyű töltésű részecskék: elektronok (negatonok - positronok)
1. Ionizálás és gerjesztés
2. Fékező sugárzás
3. A positronok speciális esete
II. Súlyosan töltött részecskék: α részecskék
III. Lineáris energiaátadás: T.L.E.
IV. A töltött részecskék pályája és lefolyása az anyagban
1. β részecskék-
2. Az α részecskék
3. Következtetés a töltött részecskék útjáról
B. X és γ elektromágneses sugárzás
I. A 3 fő hatás
1. A fotoelektromos hatás
2. A Compton-effektus vagy diffúzió
3. Párok előállítása
4. E hatások túlsúlyának területe
II. Az elektromágneses sugárzás csillapítása
1. A csillapítás törvénye
2. Fél csillapító réteg
3. Összefoglaló táblázat
A. Töltött részecskék.
I. Könnyű töltésű részecskék: elektronok (negatonok vagy positronok)
| radioaktív magokból származó β-, β + kibocsátásokból származnak | a célmagok ionizációjából vagy gerjesztéséből származnak |
| olyan elektronok, amelyeket egy részecskegyorsító mozgásba hoz | X vagy γ fotonok anyaggal való kölcsönhatásából származnak |
1. Ionizálás és gerjesztés
Az elektronok túlnyomórészt kölcsönhatásba lépnek a keresztezett közeget alkotó atomok elektronjaival.
Ha a beeső elektron által átvitt energia nagyobb, mint a cél atomtól származó elektron kötési energiája (E> 30 eV), akkor a folyamatból kilökődik, és az atom ionizálódik. Az érintett atom elektronok a K héj erősen kötött elektronjai .
Ha a beeső elektron által továbbított energia pontosan megegyezik a célatom 2 elektronikus rétegének kötési energiáinak különbségével, akkor ennek az atomnak egy elektronja egy kevésbé kötött rétegre ugrik, és gerjesztés van. Az érintett atomelektronok a külső rétegek gyengén kötött elektronjai.
Az ionizációk és gerjesztések a rádió által kiváltott biológiai elváltozások eredete .
2. Fékező sugárzás
Ritkábban az elektronok kölcsönhatásba lépnek a keresztezett közeget alkotó atomok magjaival.
A beeső elektron a cél atom Coulomb-mezőjében térül el, és a pálya ezen változásával együtt fékező sugárzásnak nevezett X-sugárzás is jár. Ez a jelenség csak a nagyon nagy energiájú elektronokra vonatkozik (több MeV), és amelyek szintén nehéz atomokból álló közegen, vagyis sűrű közegen haladnak át.
Példa: csak β-sugárzást sugárzó radionukleid esetében, mint például a 32 15P (Eβ- Max = 1,7 MeV), az ólomképernyőket meg kell tiltani az ellenük való védelem érdekében.
Mivel az ólom rendkívül sűrű, a fékező sugárzás megnő. Éppen ellenkezőleg, könnyű anyagot, például plexit kell használni.
3. A positronok speciális esete
Amikor a beeső pozitron nyugalomban van, vagyis amikor elvesztette kezdeti energiáját, egy negatonnal társul, és ez a 2 részecske dematerializálódik. Ezt nevezzük megsemmisítésnek .
Az energiamegmaradás törvényei azonban azt mutatják, hogy ez a megsemmisítési jelenség 2 gamma sugarat (2 γ fotont) eredményez, amelyek ellentétes irányban bocsátanak ki, és mindegyikük 511 keV energiával rendelkezik.
Az elektron nyugalmi tömegével egyenértékű energia: Eelectron = m. c 2
Az elektron tömege = 0,9 10 -27 g = 0,9 10 -30 kg és c = 3 10 8 m.s -1
ezért: Eelectron = 8,1 10 -14 J = 511 keV (mivel: 1 eV = 1,6 10 -19 J)
Mivel az eredeti elektron negaton, a másik pedig pozitron, 2 sugárzással 511 keV energiát bocsátunk ki.
Egyes könyvekben megtalálható, hogy a megsemmisítés csak egyetlen gamma-fotont eredményez .
II. Súlyosan töltött részecskék: α részecskék
Főleg kölcsönhatásba lépnek a célatom elektronjaival, ionizációt vagy gerjesztést okozva (a mozgásba kerülő elektronokat δ sugaraknak hívják).
A magokkal való kölcsönhatások másodlagosak.
Α a részecskék tömege 4 x 1800-szor nagyobb, mint az elektronoké. Ennek eredményeként, mivel sokkal nehezebbek, nincsenek kitéve fékező sugárzásnak.
III. Lineáris energiaátadás (T.L.E.)
A beeső elektronok és az anyag közötti kölcsönhatás mechanizmusától függetlenül energiatranszfer zajlik az elektronról az anyagra, és az elektron lelassul. A tapasztalatok azt mutatják, hogy az alacsony energiaátadás nagyon kedvező. A beeső elektronnak ezért nagyon sok kölcsönhatáson kell átesnie, mielőtt leállítanák.
Ezt a progresszív és folyamatos lassulást egy lineáris energiaátadásnak vagy T.L.E.: T.L.E. = dE/dx
amely a részecske (dE) által a közegbe továbbított átlagos energiát átszámítja a megtett út egységnyi hosszára (a pálya koncepciójával kifejlesztett koncepció).
Ez a meghatározás azt jelzi, hogy minél inkább a T.L.E. nagy, annál több energia szabadul fel kis távolságon (vagy szövetvastagságon).
A biológiai szövetekben a károsodás annál is fontosabb, mivel a beeső részecske által helyben feladott energia nagy.
A T.L.E. ezért közvetlenül tükrözi az adott sugárzás biológiai kellemetlenségét.
IV. A töltött részecskék pályája és lefolyása az anyagban
1. β részecskék -
Az elektron pályája egy adott közegben nagyon kanyargós lehet, mivel az elektronok visszaszóródás esetén 180 ° -os eltéréseken eshetnek át. Ennek eredményeként az elektron által a kezdeti beesési irányban elért maximális mélység kisebb, mint a pályája hossza.
Ezt a maximális mélységet nevezzük pályának (vagy behatolási mélységnek vagy elérésnek). Az elektron útja egy adott közegben az energiájának függvénye, és ez az út a következő empirikus összefüggéssel becsülhető meg: