Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Конструкция рентгеновских трубок может быть разной в зависимости от условий применения и предъявляемых требований. Рентгеновские трубки различаются по типу конструкции, способу получения пучка электронов, его фокусировки, вакуумированию, охлаждению анода, размерам и форме фокуса (области излучения на поверхности анода) и др. Наиболее широко применяются отпаянные рентгеновские трубки с термоэмиссионным катодом, водяным охлаждением анода, электростатической фокусировкой электронов. Термоэмиссионный катод рентгеновской трубки обычно представляет собой спираль или прямую вольфрамовую нить, накаливаемую электрическим током. Рабочий участок анода – металлическая зеркальная поверхность – расположен перпендикулярно или под некоторым углом к электронному пучку. Для получения сплошного тормозного спектра рентгеновского излучения высоких энергий и интенсивностей служат аноды из Au, W; в структурном анализе используются рентгеновские трубки из Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag. Наиболее распространены рентгеновские трубки с неподвижным либо вращающимся водоохлаждаемым анодом мощностью в несколько кВт. Материалы анодов (и их длина волны, λ) – Cu (1,33 нм), Al(0,834 нм), Mo(0,54 нм), Pd (0,434 нм).

Основные характеристики рентгеновской трубки: предельно допустимое ускоряющее напряжение (1-500 кВ), электронный ток (0,01 мА – 1 А), удельная мощность, рассеиваемая анодом (10 -104 Вт/мм2), общая потребляемая мощность (0,002 Вт – 60 кВт). Кпд рентгеновской трубки составляет 0,1 – 3%.

Рис.4 Рентгеновская трубка Кулиджа. При бомбардировке электронами вольфрамовой антикатод испускает характеристическое рентгеновское излучение. Поперечное сечение рентгеновского пучка меньше реально облучаемой площади. 1 – электронный пучок; 2 – катод с фокусирующим электродом; 3 – стеклянная оболочка (трубка); 4 – вольфрамовая мишень (антикатод); 5 – нить накала катода; 6 – реально облучаемая площадь; 7 – эффективное фокальное пятно; 8 – медный анод; 9 – окно; 10 – рассеянное рентгеновское излучение

  Взаймодействие ионизирующих излучений с веществом количественно оценивается такими параметрами как линейная плотность ионизации, линейная передача энергии ( линейная тормозная способность), и средний линейный пробег частицы.

Линейной плотностью ионизации называют число ионов одного знака (или число пар ионов), образованных на единицу пути пробега частицы или кванта.

Линейная передача энергии (ЛПЭ) называется количество энергии потерянного частицей или квантом в расчете на единицу пути пробега. За единицу ЛПЭ в биологической ткани принимают 1 кэВ/мкм (62 Дж/м).  Коэффициент линейной передачи энергии в определенном веществе называют линейной  тормозной способностью вещества. Например, типичные значения ЛПЭ для различных видов излучения в воде составляют: для рентгеновского излучения с Е = 250 кэВ/мкм (λ = 20 нм) – 2 кэВ/мкм, a-излучения от 60Со – 0,3 кэВ/мкм; нейтронов с энергией 14 МэВ – 12 кэВ/мкм, тяжелых ядер отдачи – от 100 до 2000 кэВ/мкм. В зависимости от значения ЛПЭ ионизирующие излучения разделяют на редкоионизирующие и плотноионизирующие. К редкоионизирующим принято относить все виды излучений с ЛПЭ < 10 кэВ/мкм, к плотноионизирующим – с ЛПЭ > 10 кэВ/мкм.

Средним линейным пробегом является среднее значение расстояния между началом и концом пробега частицы или кванта в данном веществе. Этот параметр характеризует проникающую способность ионизирующих излучений в веществе. На рис. 4. показана линейная плотность ионизации при прохождении a-частиц в воздухе. Как видно, по мере движения частицы в среде, ее скорость и энергия снижаются, линейная плотность ионизации возрастает. Наибольшее число ионов a-частицы образует «на излете», когда ее скорость и энергия обладают невысокими значениями. Возрастание плотности ионизации при невысоких скоростях объясняется тем, что a-частица больше времени находится вблизи атома и вероятность его ионизации, соответственно, возрастает. Как видно из рисунка 4, линейная плотность ионизации в воздухе естественных изотопов с a-излучением, составляет 2 –8 млн. пар ионов на 1 см. Так как для образования одной пары ионов требуется в среднем около 34 эВ, то значение линейной тормозной способности вещества (воздуха ) находятся в интервале от 70 до 270 МэВ/м.

Рис. 4. Зависимость линейной  плотности ионизации от длины пути пробега при прохождении a-частиц в воздухе

Средний линейный пробег частиц в веществе зависит от начальной  их энергии, линейной передачи энергии и от плотности облучаемого материала. Так, пробег a-частиц различной энергии в воздухе составляет несколько сантиметров, в жидкостях и в тканях живых организмов – 10 –100 мкм. В конце пробега, скорость a-частицы замедляется до скорости молекулярно-теплового движения атомов. При этом она присоединяет два электрона и превращается в атом гелия. Пробег b-частицы в воздухе может достигать 25 м, а в биологических тканях – до 1 см.

Таким образом, проникающая способность ионизирующих излучений зависит от типа излучений, от первоначальной энергии частиц или квантов, от состава и плотности ионизируемого вещества. Высокой проникающей способностью в веществах обладают электромагнитные типы излучений, нейтроны. Заряженные частицы характеризуются невысокой проникающей способностью. Проникающая способность частиц и квантов обратно пропорционально коэффициенту линейной передачи: чем выше ЛПЭ, тем меньше проникающая способность.

По мере прохождения ионизирующего излучения в веществе, происходит ослабление потока излучения результате взаимодействия с атомами и молекулами. Ослабление (поглощение)  энергии электромагнитного излучения в веществе описывается уравнением

I (х) = I0 e m x

где I0, I (х) - интенсивности излучения падающего и прошедшего через вещество с толщиной х; m - линейный коэффициент поглощения, который характеризует поглощающую способность вещества; е = 2,71 - основание натуральных логарифмов. В соответствии с этим законом, интенсивность излучения в веществе уменьшается в 2,71 раза при толщине материала равной 1/m см.

Линейный коэффициент поглощения m зависит от структуры облучаемого вещества и от начальной энергии излучения (табл. 1).


На главную