Đặc tính của hạt α:
-Quỹ đạo thẳng và ngắn. Tầm đi 3÷5cm, trong
không khí tối đa 8cm. Trong mô sinh vật còn kém hơn → đâm xuyên rất yếu.
- Bức xạ α có năng lượng cở : 4÷9 MeV
a)Tương tác với vỏ electron nguyên tử: gây nên Hiệu ứng kích thích và Hiệu ứng Ion hóa.
Nếu năng lượng α thấp nó chỉ kích thích e- từ mức năng lượng thấp chuyển lên mức năng lượng cao hơn.Nếu năng lượng α đủ lớn nó sẽ bức e- ra khỏi nguyên tử gây nên hiện tượng ion hóa. Năng lượng ion hóa trung bình là 32,5 eV, mà năng lượng của α rất lớn vì vậy tia α là tác nhân ion hóa mạnh.
• .Khái niệm ion hóa trực tiếp:
• -Hạt vi mô ( các bức xạ ion hóa ) tương tác với electron
truyền 1 phần năng lượng nhỏ cho nó bức e ra khỏi nguyên tử, sau đó hạt tiếp tục tương tác lần thứ 2, thứ 3,…vối các e khác và bức chúng ra khỏi nguyên tử cho đến khi chúng dừng lại khi hết động năng.
• Khái niệm ion hóa gián tiếp :
• -Khi tương tác lần đầu bức xạ ion hóa truyền tòan bộ năng lượng cho electron bứt nó ra khỏi nguyên tử và truyền cho
electron một động năng rất lớn, đến lượt chúng các e và ion(+) này lại va chạm với e của nguyên tử khác và bứt chúng ra khỏi nguyên tử.
• Đối với môi trường không khí sự ion hóa thứ cấp chiếm từ 60- 80%.
• Đánh giá khả năng ion hóa của tia α người ta dùng khái niệm:
• Độ ion hóa toàn phần It: là số cặp ion mà 1 hạt α gây ra trên toàn bộ đường đi của nó (R). It tỷ lệ với năng lượng Eα.
• Độ ion hóa tuyến tính Is: là số cặp ion hóa tạo ra trên 1 đơn vị chiều dài tầm đi R của hạt α.
• Sự truyền tải năng lượng tuyến tính LET (Linear Energy Transfer): Lượng năng lượng mà hạt truyền cho vật chất trên một đơn vị chiều dài của quãng
đường đi của hạt được gọi là LET (linear energy transfer). đ
• đơn vị đđo là: hoặc
• LET diễn tả chất lượng ion hóa của tia bức xạ, các bức xạ khác nhau có LET khác nhau. Khi LET càng cao, xác suất xảy ra đáp ứng càng cao.
• - Các hạt p, có LET > 3,5 keV/m. Chúng được gọi là các hạt có LET cao. Còn photon và electron có LET < 3,5 keV/m, được gọi là các hạt có LET bé.
• *Bức xạ có LET càng cao thì gây tác dụng sinh học càng lớn
•
R LET E
s J
m keV
• 4.2 Tương tác của tia γ và tia X với môi trường vật chất:
• Khả năng đâm xuyên rất lớn.
• Khả năng ion hóa rất yếu.
• Khi tương tác với môi trường, tia γ và tia X gây ra 3 hiệu ứng:
• a) Hiệu ứng quang điện:
– Tia γ, tia X truyền toàn bộ năng lượng cho
electron và bức nó ra khỏi nguyên tử → ion hóa.
– Xảy ra với các photon có W=0,01÷0,10 MeV.
– Hệ số hấp thu gây bởi hiệu ứng quang điện:
• Hiệu ứng quang điện có xác suất lớn khi Z lớn và E nhỏ. Khi E=2 MeV thì hiệu ứng qunag điện rất yếu.
• b) Tương tác với hạt nhân nguyên tử:
• Tán xạ đàn hồi: hạt α đi gần hoặc va vào nhân ( tương tác với trường hạt nhân) → hạt α bị
lệch phương truyền và truyền 1 phần động
lượng cho hạt nhân còn nội tại hạt nhân không thay đổi.
• Tán xạ không đàn hồi: hat α truyền một phần năng lượng cho hạt nhân kích thích hạt nhân lên trạng thái năng lượng cao và phát ra tia γ đặc trưng.
• Sự biến đổi hạt nhân: tạo ra hạt nhân mới kèm theo bức xạ γ ( bắt n).
• Trong mô sinh vật tầm đi của α:
-trong đó: ρ1 khối lượng riêng (mật độ) mô. R1 tầm đi trong mô
ρ khối lượng riêng của không khí, R tầm đi trong không khí
• Tầm đi trong mô và không khí theo Eα:
.
. 1
1 R
R
Eα(MeV) R(cm) R1(àm) 4
6 8 10
3
4,67 7,36 10,5
3,6 5,5 86 120
Tương tác hạt β với vật chất
1 . Đặc tính của bức xạ β:
Vận tốc: 0÷0.94c.
Năng lượng W(E) cỡ 1 MeV.
Quỹ đạo phức tạp, tầm đi lớn hơn tia α. Trong không khí có thể đạt vài mét.
2 . Sự tương tác hạt β với vật chất:
a) Va chạm với electron nguyên tử gây hiện tương kích thích, hay ion hóa.
– Khả năng ion hóa: kém tia α → ion hóa yếu
Với năng lượng W=1 MeV thì : Tia α → 7500 cặp ion/mm.
Tia β → 53 cặp ion/mm.
b) Tạo bức xạ hảm: Khi năng lựơng β lớn đi vào gần hạt nhân.Nó tương tác với (trường) hạt nhân. Khi đó tia β bị hảm lại và bức xạ ra 1 photon có λ ~ 10-10m(1Ao) đó là tia X hảm → Phổ liên tục.
c) Hiệu ứng (Trêrenkốp) Cherenkov : xảy ra với:
– Hạt β có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng - truyền trong môi trường vật chất có chiết suất lớn.
Tia β bức xạ năng lượng dưới dạng phôton goi là sóng xung kích quang học.Vận tôc tia trong môi trường lớn hơn vận tôc ánh sáng trong môi trường.
TƯƠNG TÁC CỦA TIA γ VÀ TIA X
– 4.1 Bản chất và đặc tính:
Tia γ và tia X đều là sóng điện từ chỉ khác nhau về bước sóng λ.
• Tia X: λ = 0,01÷10Å ( sóng λ rất ngắn).
• Tia γ: λ < 0,01Å( sóng cực ngắn).
• Là các phôton mang lượng tử năng lượng:
• Năng lượng từ vài keV đến MeV.
• - Tia thường xuất hiện trong quá trình phân rã hạt nhân các chất đồng vị phóng xạ hay trong các phản ứng hạt nhân. Tia có năng lượng <
100keV gọi là tia mềm. Trong quá trình phân rã hạt nhân các đồng vị phóng xạ tia giải phóng ra có năng lượng 10keV – 5MeV. Trong phản ứng hạt nhân tia giải phóng có năng lượng khoản 20 MeV.
• Tia X: *Tia X cứng = Tia X đặc trưng.
• Phổ vạch đặc trưng: có cực trị năng lượng ứng với bước sóng cho mỗi nguyên tố.
• Do các e- chuyển từ các lớp vỏ ngoài ( LMNOP…) vào các lớp trong (KLMNO) khi e- các lớp này bị trống.
• *Tia X hãm = Tia X mềm.
• Phổ năng lượng liên tục.
• Cơ chế bức xạ hãm.
• Giới hạn ở vùng sóng ngắn.
hc h
W