تابشهاي هسته اي

خواص تابش

 

چهار نوع تابش اصلي وجود دارند كه مورد بحث قرار مي گيرند:

 

ذرات آلفا

ذرات آلفا داراي بار مثبت (2 واحد) و جرم u4 هستند .

ذرات بتا

ذرات بتا داراي بار منفي (1 واحد) و جرم قابل صرف نظر هستند.

پرتو گاما

پرتو گاما فاقد بار و جرم هستند.

نوترونها

نوترونها داراي بار نيستند ولي جرمي معادل u1 دارند.

خواص ذرات شتابدار (الكترونها، پروتونها، دوترونها ...) را مورد بحث قرار نخواهيم داد و فقط در مورد نوترون بحث خواهد شد.

جهت بررسي اختلاف بين پرتوها شكل 2-1 را كه بوسيله مادام كوري ارائه شده و در آن ميدان مغناطيسي عمود بر صفحه كاغذ است را در نظر مي گيريم. ميداني كه ذرات بتا را تحت تاثير قرار مي دهد تقريباً بر روي ذرات آلفا تاثير كمتري دارد. نوترونها نيز همچون پرتو گاما بدون تاثير از ميدان عبور مي كنند و پوزيترونها همچون ذرات بتا، ولي در جهت مخالف عمل مي نمايند.

 

يونيزاسيون

هنگام عبور يك ذره باردار از نزديكي يك اتم نيروهاي الكترواستاتيك الكترونهاي اربيتالهاي اتم وارد عمل مي شوند. چنانكه ذره خيلي نزديك به اتم عبور كند احتمال اينكه يكي از الكترونهاي اربيتالها با بدست آوردن انرژي كافي از اتم خارج شده و بگريزد زياد خواهد بود. اين پديده يونيزاسيون ناميده مي شود. اتمي كه يك الكترون از دست داده است داراي بار مثبت شده و همراه الكترون تشكيل يك جفت يون مي دهد. انرژي از دست رفته ذرات بستگي به طبيعت ماده اي دارد كه ذره از آن عبور مي كند ولي اين مقدار انرژي به بزرگي انرژي ذره باردار نيست. در هوا،انرژي لازم جهت تشكيل يك جفت يون ev34 است. چنانچه مقدار MBq1 از يك گسيلنده آلفا با انرژي MeV4 وجود داشته باشد هنگام انتقال انرژي اين ذرات به هوا 10¹¹ ´18/1 = (10⁶´4´10⁶) «جفت يون» در ثانيه بوجود خواهد آمد يعني مقدار بارهاي منفي برابر 10¹¹ ´ 18/1 در ثانيه است. از آنجا كه يك واحد بار برابر ^19-10 ´ 6/1 كولن است، شدت جريان توليد شده برابر «آمپر» ^8-10 ´ 9/1 خواهد بود.(از يك چشمه mCi1 شدت جريان برابر        ^7-10 ´ 9/6 آمپر است). اين پديده اساس اندازه گيري اكتيويته توسط شدت جريان يون توليد شده است كه در آشكارسازي ذرات باردار مورد بحث قرار خواهد گرفت. از آنجا كه پرتوگاما و نوترونها فاقد بار  هستند، مستقيماً توليد يونيزاسيون نمي كنند و آشكارسازي آنها بستگي به اثرات ثانوي آنها دارد.

پديده اي كه همراه يونيزاسيون است برانگيختگي است و زماني رخ مي دهد كه انرژي رسيده به الكترون در حال گريز كافي نباشد، در حاليكه الكترون به انرژي بالاتري نيز دارد. چنانچه اتم برانگيخته به حالت پايدار برگردد گسيل نور با طول موج مشخصي بوقوع خواهد پيوست. از اين پديده در اندازه گيري اكتيويته بوسيله شمارشگرهاي سينتلاسيون سوسوزن(Scintillation) استفاده مي شود.

 

يونيزاسيون مخصوص

 از آنجا كه پرتوها هنگام برخورد با الكترونهاي ماده انرژي خود را از دست مي دهند، لذا هنگام عبور ذره باردار از ماده مسافت پيموده شده توسط ذره بستگي به انرژي اوليه و ميزان انرژي از دست رفته در واحد طول دارد. فاكتور مذكور بنام يونيزاسيون مخصوص است كه جهت اندازه گيري هر جفت يون در هر سانتي متر مسير مي باشد. اين مقدار براي ذرات آلفا برابر 40000 و براي ذرات بتا برابر 50 بوده و در هر حال بستگي به انرژي دارد.

 

ذرات آلفا

ذرات آلفا از يك فروپاشي مشخص با انرژي يكسان منتشر مي شوند و داراي طيف خطي گسسته هستند. با توجه به اينكه داراي يونيزاسيون مخصوص بالايي مي باشند، مسافت پيموده شده در ماد ه توسط آنها كوتاه خواهد بود. يك ذره آلفا با انرژي MeV3 داراي بردي در حدود 16 ميلمتر در هوا بوده و با يك صفحه آلومينومي به ضخامت 015/0 ميليمتر متوقف مي شود.

 

ذرات بتا

برعكس ذرات آلفا، ذرات بتا داراي طيف پيوسته هستند. بدين معني كه اين ذرات مي توانند هر اندازه انرژي را تا محدوده ماگزيمم آن كه در واكنشهاي هسته اي بوجود مي آيند، داشته باشند. اين پديده با فرض مسلم وجود نوترينو (داراي جرم غير قابل ملاحظه و بدون بار) مورد بررسي و مطالعه قرار گرفته است. مطابق اين تئوري انرژي بين ذره بتا و نوترينو بطور نسبي تقسيم شده و مي تواند يك طيف پيوسته توليد نمايد (شكل 2-2). متوسط انرژي ذره بتا  انرژي ماگزيمم است و از اين طيف براي محاسبه نرخ جذب و يا گسيل انرژي استفاده مي شود(آهنگ دز). البته بايد در نظر گرفت كه مقدار نفوذ يا برد تابعي از انرژي ماكزيمم ذره است.