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

Поглощение электромагнитного излучения в веществе.

Рассмотрим взаимодействие с веществом рентгеновских и γ-лучей, т.е. электромагнитных излучений с очень короткими длинами волн, которые способны глубоко проникать в вещество и производить при этом ионизацию. Для краткости здесь будем говорить только о γ-квантах. Поскольку основной ионизационный эффект обуславливается взаимодействием с веществом частиц, возникающих в ходе первичного поглощения и рассеяния γ-квантов, эти электромагнитные излучения относят к косвенно-ионизирующим.

По мере прохождения через вещество число квантов в первоначальном пучке постепенно уменьшается. Соответственно уменьшается и интенсивность пучка (энергия, переносимая γ-квантами в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную пучку). Пусть монохроматический пучок γ-лучей падает перпендикулярно на пластинку малой толщины x и пусть рассеяние γ-квантов происходит однократно. Интенсивность γ-пучка после прохождения пластинки (Ix) связана с интенсивностью падающего пучка (I0) выражением

,

в котором n – число атомов поглотителя в 1 см3, σ – полное эффективное сечение рассеяния и поглощения γ-квантов на одном атоме, которое представляет собой вероятность возникновения реакции в единичном потоке при прохождении слоя мишени в 1 см, содержащего одну рассеивающую частицу. Для характеристики рассеяния по различным направлениям удобно использовать дифференциальное сечение рассеяния dσ, т.е. сечение рассеяния внутрь элемента телесного угла dΩ. Число рассеянных частиц (dN), летящих после попадания на мишень в элементе телесного угла dΩ, пропорционально дифференциальному сечению: dN(Θ,φ) = JMdσ(Θ,φ); где J – плотность потока частиц, M – полное число рассеивающих центров в облучаемой части мишени, Θ и φ – полярный и азимутальный углы рассеяния падающей частицы внутри dΩ. Перспективы развития быстрых реакторов Главными факторами, влияющими на развитие ядерно-энергетических систем нового поколения в XXI веке, будут: экономика, безопасность, устойчивость с точки зрения нераспространения и защита окружающей среды, включая улучшение использования ресурсов и сокращение образования отходов. Многие будущие инновации будут сосредоточены на системах на быстрых нейтронах, которые могут производить больше делящегося материала в форме плутония-239, чем они потребляют

Выражение для полного эффективного сечения рассеяния получаем интегрированием:

(в случае аксиальной симметрии).

Произведение (n∙σ = τ) представляет собой линейный коэффициент ослабления τ. Тогда . Часто вместо x берут величину ρ∙x (ρ – плотность) и вводят массовый коэффициент поглощения μ = τ/ρ.

Для различных процессов поглощения γ-квантов главной задачей является установление зависимости эффективного сечения процесса от энергии падающих квантов и от свойств поглощающего вещества. В области энергий γ-квантов от 5 кэВ до 5 МэВ (рис. 13), главным образом, наблюдаются 3 процесса: фотоэффект, эффект Комптона и рождение электронно-позитронных пар. Представляют интерес и такие процессы, как упругое потенциальное рассеяние в кулоновском поле ядра (дельбруковское рассеяние), рэлеевское рассеяние, ядерное резонансное рассеяние, ядерное томсоновское рассеяние. Но их вклад в процессы повреждения атомов и молекул биологических объектов, которые нас интересуют в данном курсе, невелик и потому мы остановимся на трёх указанных выше. Эти три процесса могут происходить независимо друг от друг от друга, поэтому полный коэффициент ослабления равен сумме его составляющих, соответствующих этим процессам:

τ = τф.э. + τк.р. + τо.п. или μ = μф.э. + μк.р. + μо.п.

Чтобы установить зависимость коэффициента поглощения от энергии γ-квантов и свойств вещества, разберём эту зависимость для каждого из этих процессов в отдельности.


На главную