Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом

Поскольку длина волны ионизирующих излучений соизмерима с расстояниями между атомами материалов контролируемых объектов, эти излучения взаимодействуют с электронными оболочками атомов. Характер таких взаимодействий весьма сложен.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом приводит к появлению тепловых, ионизационных, электрических, люминисцентных, фотохимических и биологических эффектов. Падающие на вещество кванты электромагнитного излучения могут быть рассеяны, поглощены или вызвать появление новых свободно движущихся частиц или фотонов. Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом носят случайный, стохастический (вероятностный) характер, что необходимо учитывать при организации радиационного контроля. Часть квантов (очень небольшая) может вообще не взаимодействовать с материалом контролируемого объекта, что зависит от атомного номера вещества и энергии кванта. Обобщая все процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, можно отметить следующие его результаты, наиболее важные для целей радиационного контроля:

1) ослабление первичного излучения с интенсивностью /₀, которое выражается в уменьшении интенсивности излучения по экспоненциальному закону:

где ц — линейный коэффициент ослабления (зависит от плотности вещества, его состава и энергии фотонов), см¹; 8 — толщина просвечиваемого материала, мм;

• 2) появление новых видов излучений, которых не было в первичном, падающем от источника ионизирующем излучении; эти излучения обычно имеют меньшие энергии квантов и распространяются в различном направлении, вплоть до обратного;
• 3) расширение угла, в котором распространяется излучение, прошедшее сквозь контролируемый объект («широкий пучок»), по сравнению с углом, в котором распространялось первичное излучение («узкий пучок»). Это явление на практике учитывается множителем, большим единицы, который называется дозовым фактором накопления

где /" — интенсивность нерассеянного (первичного) излучения; / — интенсивность рассеянного излучения;

4) полное поглощение излучения при определенной толщине контролируемого объекта из данного материала, что является принципиальным ограничением радиационного метода контроля.

Поскольку рентгеновское и у-излучение имеют близкую физическую природу, они взаимодействуют с атомами материала КО в форме электромагнитных колебаний, отличающихся длиной волны (энергией кванта) или происхождением фотонов. Их взаимодействие с веществом происходит однотипно в виде трех процессов:

• — фотоэлектрического эффекта (фотоэлектрическое поглощение);
• — рассеяния (эффект Комптона или комптоновское рассеяние);
• — образования пары «электрон — позитрон».