Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Ослабление и поглощение гамма-излучения




 

При прохождении сквозь слой вещества толщиной x направленного пучка монохроматического γ-излучения интенсивность прошедшего излучения I может быть рассчитана по формуле

 

,

 

где I0 – интенсивность падающего излучения; μ – линейный коэффициент ослабления, численно равный суммарной доле рассеянных и поглощѐнных фотонов на единице толщины слоя вещества, см-1.

 

Интенсивность излучения – это энергия, переносимая квантами или частицами за единицу времени через единичную площадь в направлении, перпендикулярном этой поверхности, МэВ/(см2·с):

 

Здесь n – число квантов; E – энергия одного кванта; S – площадь поверхности; t – время.

 

Массовый коэффициент ослабления μm (см2/г) соответствует вероятности взаимодействия фотона при прохождении слоя вещества с единичной поверхностной плотностью m (см2/г).

μ и μm связаны соотношением

 

μ= μmρ,

 

где ρ – плотность вещества, г/см3. Тогда

 

,

 

где mx – поверхностная плотность поглотителя, г/см2.

 

В отличие от линейного коэффициента ослабления μ массовый коэффициент ослабления μm не зависит от физического и химического состояния вещества.

 

Абсолютные значения этих коэффициентов зависят от энергии излучения и атомного номера поглощающего элемента. Величина I, кроме того, дополнительно зависит от плотности вещества, размеров куска и элементного состава вещества, то есть является функцией многих переменных.

 

Массовый коэффициент ослабления сложного вещества можно найти по формуле

 


 
μm= ηm+ ζк+ ζн+ .
, где – комптоновский коэффициент поглощения; коэффициент (эффективное сечение) некогерентного

 

где i – индекс i-го химического элемента; Ci – концентрация i-го элемента. Если поток лучей немонохроматичен и состоит из нескольких линий (j), то

 

суммарную интенсивность прошедшего через слой вещества излучения можно вычислить следующим образом:

∑ ∑

 

 

Полный массовый коэффициент ослабления γ-излучения веществом представляет сумму коэффициентов ослабления за счѐт фотоэлектрического поглощения ηm, когерентного ζк и некогерентного ζн рассеяния и образования

 

пар :

 

 

Здесь

 

– комптоновский рассеяния.

 

Массовый коэффициент некогерентного рассеяния слабо зависит от элементного состава вещества, так как ζнf(EZ/A, где f(E) зависит от энергии γ-излучения.

 

Каждый из рассмотренных выше эффектов взаимодействия γ-излучения с ядрами и атомами вносит свой вклад в ослабление прошедшего через вещество излучения.

 

Полный массовый коэффициент истинного поглощения γ-излучения можно рассмотреть как сумму массовых коэффициентов ослабления за счѐт основных процессов: фотоэлектрического поглощения ηm (массовый

 

коэффициент фотоэлектрического поглощения), некогерентного

 

(комптоновского) поглощения и образования пар :

 

μmп= ηm+ + .

 

В истинном поглощении по сравнению с ослаблением не учитывается когерентное рассеяние, так как фотоны при взаимодействии с электронами не поглощаются, а лишь несколько меняют свою первоначальную траекторию.

 

Энергия γ-квантов при прохождении через вещество ослабевает при некогерентном рассеянии. Часть этого излучения истинно рассеивается (учитывается ), а часть энергии поглощается (рассеивается на электронах), что учитывается комптоновским коэффициентом поглощения . Коэффициент

 

существенно меньше коэффициента .

 


Для малых энергий основным процессом ослабления является процесс фотоэлектрического поглощения. С увеличением энергии излучения полный массовый коэффициент ослабления уменьшается.

 

Показательным для объяснения соотношений между коэффициентами ослабления и поглощения излучения является пример свинца, для которого в области энергий фотонов до 200 кэВ массовые коэффициенты ослабления и поглощения практически одинаковы, а основной вклад в общее поглощение и ослабление в этом энергетическом диапазоне для свинца вносит фотоэлектрическое поглощение.

 

Процесс ослабления излучения при прохождении через вещество зависит:

 

- от энергии фотонов или длины волны излучения;

 

- от атомного номера вещества (или эквивалентного ему).

 

Для ряда элементов в табл. 6.9 приведены значения массовых коэффициентов поглощения для различных энергий рентгеновского и γ-излучения.

 

Массовый коэффициент поглощения рентгеновского и γ-излучения для всех элементов уменьшается с возрастанием энергии фотонов.

 

При анализе табл. 6.9 можно констатировать, что для химических элементов вмещающих пород (порядковый номер до 15) массовый коэффициент поглощения существенно меньше, чем у химических элементов, входящих в состав полезных минералов руд чѐрных, цветных и редких металлов (Z>24).

 

Метод измерения, основанный на различии в ослаблении интенсивности γ-излучения объѐмами полезного ископаемого и породы, называется гамма-абсорбционным. Потенциальным разделительным признаком в данном случае является интенсивность излучения, прошедшего через объѐм объекта измерения.

 

Сравнение характера поглощения γ-излучения минералами и горными породами можно проводить по эффективному атомному номеру (учитываются все элементы, входящие в минерал или породу), определяемому по формуле:

√∑

 

где Zi – атомный номер i-го элемента, всего их n; qi – массовая доля i-го элемента. В табл. 6.10 приведены значения эффективного атомного номера некоторых минералов и горных пород.

 


Таблица 6.9

 


Поделиться:

Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 439; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты