веществом происходят посредством трех основных процессов: фо-
тоэлектрического поглощения (фотоэффекта), рассеяния и эффек-
та образования пар.
18.3.1. Фотоэффект. (см. так же 14.1.1.)
При фотоэффекте рентгеновский или гамма-квант передает
всю энергию электрону атома. При этом, если электрон получает
энергию, большую, чем энергияч связи его в атоме, то он выле-
тает из атома. Этот электрон называется фотоэлектроном. При
потере атомами фотоэлектронов освободившиеся места в элект-
ронных оболочках в дальнейшем заполняются электронами с внеш-
них оболочек. Переход электронов на более близкую к ядру обо-
лочку сопровождается испусканием кванта характреристического
излучения, которое можно зарегистрировать, например, фотоэм-
мульсией.
США патент 3 580 745: Способ и устройство для маркировки
банок в контейнере путем облучения чувствительной эммульсией.
Перед упаковкой с траспортировочной картонный контейнер, то-
рец каждой банки покрывают чувствительной к облучению эммуль-
сией. Банки, упакованные в контейнер облучают рентгеновскими
или гамма- лучами. При этом, покрытие эммульсией торцы банок
облучаются через экран с прорезями, имеющими форму маркиро-
вочных обозначений (например цены). Таким образом, маркировка
упакованных в картонный контейнер банок осуществляется без
вскрытия этого контейнера и последующей индивидуальной марки-
ровки каждой банки.
При малых энергиях квантов (Е 0,5 Мэв) фотоэлектроны вы-
летают преимущественно в направлениях, перпендикулярных нап-
равлению распространения излучения. Чем выше энергия квантов,
тем ближе к их первоначальному направлению движение выбрасы-
ваемых фотоэлектронов. Процесс образования фотоэлектронов
приводит к ионизации облучаемого вещества, что находит боль-
шее применение для интенсификации различных технологических
процессов.
А.с. 241 010: Способ получения политокарбонилфторида по-
лимиризацией тиокарбонилфторида, отличающийся тем, что с
целью упрощния процесса и получения более чистого полимера,
полимиризацию осуществляют под действием гамма излучения Со
60.
А.с. 375 295: Способ получения алтилгалогенидов германия
взаимодействия четырехгалоидного германия с триалкалгерманием
при нагревании, отличающийся тем, что с целью увелечения вы-
хода и чистоты целевого продукта, процесс ведут при гамма об-
лучении.
18.3.2. Рассеяние рентгеновского и гамма излучения.
Различают два основных процесса рассеяния: комптновское
или кекогерентное (камптон эффект) и корентное рассеяние.
При камптон-эффекте происходит упругое соударение пер-
вичного кванта со свободным электроном вещества. камптоновс-
кое рассеяние представляет собой взаимодействие кванта с
электроном, при котором, в отличии от фотоэффекта, квант пе-
редает электрону не всю энергию, а только ее часть, отклоня-
ясь при этом от своего первоначального направления в некото-
рый угол а электрон, получивший некоторое количество энергии,
начинает двигаться под углом к напрвлению движения рентге-
новского или гамма-кванта. В результате камптон-эффекта появ-
ляется рассеянный квант
большей длиной волны, изменившей первоначальное направление,
и электрон отдачи (камптоновский электрон), получивший часть
энергии кванта. Камптоновские электроны характеризуются неп-
рерывным спектром от ничтожномалых значений до максимальной
величины (если они выбрасываются в направлении движения кван-
та).
18.3.3. В случае, если энергия кванта сравнима с энерги-
ей связи электрона в атоме, происходит когерентное рассеяние
квантов. При этом, когда электромагнитная волна встречается с
электроном, последний начинает колебаться с частотой этой
волны и излучает: энергию ввиде рассеянной волны. Энергия
кванта при этом не изменяется. Движение электронов в атоме
взаимосвязано, поэтому излучение, рассеянное одним электро-
ном, будет интерферировать с излучением, рассеяным другими
электронами этого же атома. Рассеянные гамма кванты несут ин-
формацию о структуре облучаемого вещества, поэтому рассеянное
излучение можно использовать для различных измериельных це-
лей.
А.с. 120 675: Способ определния угла смачивания и по-
верхностного или межфазового натяжения непрозрачных систем
при высоких температурах фотографирование контура, которое
осуществляется в пучках мягких гамма лучей полученных от ра-
диоактивных изотопов, например иридин, 192, тулия 170 или ев-
ропия 154 или 156.
18.3.4. Эффект образования пар.
При взаимодействии с атомами ядра
кванты рентгеновского и гамма излучения достаточно высокой
энергии (не менее 1,02 Мэв) вызывают одновременное появление
электронов и позитронов. Процесс образования электронно-по-
зитронных пар происходит в поле атомного ядра или поле элект-
рона. Позитрон существует лишь очень короткий промежуток вре-
мени; вслед за образованием пары наблюдается явление
аннигиляции - исчезновение позитрона и какого либо электрона
среды, сопровождаемое излучением двух квантов с энергией 0,51
Мэв.
18.4. Взаимодействие электронов с веществом.
Различают следующие виды взаимодествия: упругое и неуп-
ругое рассение электронов на атомных ядрах и электроных обо-
лочек и торможение электронов в кулоновком поле атомных ядер.
18.4.1. Упругое рассеяние имеет место при таких столкно-
вениях, при которых происходят лишь изменения направления
движения сталкивающихся частиц, тогда как их общая энергия
остается неизменной. Основную роль в россеянии электронов иг-
рает упругое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рас-
сеиваются и на электронах атомных оболочек. Вследствии малой
массы электронов они отклоняются на углы от 0 градусов до 180
градусов, причем на малые углы электроны отклоняются с боль-
шей вероятностью. При отклонении на ьольшие углы электроны
несут информацию о строении вещества рассеивателя, что может
быть использовано в различных измерительных приборах.
США патент 3 560 742: Портативное устройство для измере-
ния обратно рассеянного фета-излучения предназначено для эф-
фективных измерений толщины покрытия обрабатываемой детали.
Устройство содержит зажим для монтажа постоянного зондирующе-
го элемента. Этот зажим является составной частью устройств,
регулирующих положение зондирующего элемента относительно об-
рабатываемой детали с тем, чтобы они контактировали друг с
другом. В другом варианте выполнения изобретения, устройство
содержит укосину, которая фиксирована относительно обрабаты-
вающей детали. Зажим у укосина предназначен для удержания
зондирующего элемента в плотном контакте с поверхностью обра-
батываемой детали, т.е. в положении измерения толщины покры-
тия нанесенного на поверхность обрабатываемой детали.
18.4.2. Неупругое рассеяние элктронов происходит в ос-
новном в результате их сталкивания с орбитальными электрона-
ми. При столкновении электронов с электронами атомных оболо-
чек часть энергии электронов передается связанному электрону
атома. В зависимости от количества переданной энергии проис-
ходит возбуждение или ионизация атомов вещества. В этом и
другом случае воздействующий электрон теряет свою энергию.
Большая часть вторичных электронов обладает незначительно ки-
нетической энергией. Процесс возбуждения сопровождается ис-
пусканием характеристического излучения. Процесс неупругого
рассеяния, посколько он сопровождается ионизацией может ис-
пользоваться для интенсификации различных технологических
процессов:
Патент СНГ 454 752: Способ приготовления пульпы из дре-
весной цепи путем облучения древесной щепы с последующей вар-
кой, отличающийся тем, что с целью повышения выхода пульпы и
улучшения ее качества, облучение щепы производят электронами
дозой не менее 1,0 Мрад.
Патент США 3 820 015: Устройство для измерения концент-
рации кислорода в выхлопных газах двигателей внутреннего сго-
рания, содержит источник бетта-электронов, обладающих низким
уровнем энергии для ионизации молекул кислорода. Указанный
источник расположен во вторичном контуре выхлопной трубы. В
этот контур выхлопной газ подается с определенной скоростью
при помощи насоса постоянной производительности. На выходе
источника бетта-электронов в ниспадающей части потока газов
установлена коллекторная пластина. При этом между источником
бетта-электронов и коллекторной пластинкой поддерживается оп-
ределенная разность потенциалов, под действием которой иони-
зированные молекулы кислорода отделяются от молекул других
газов и ударяются о коллекторную пластину. Концентрация кис-
лорода выхлопных газов определяется путем измерения заряда,
накапливающегося на коллекторной пластинке.
18.4.3. Тормозное излучение.
Помимо потерь на ионизацию и возбуждение атомов вещест-
ва, электроны могут терять свою энергию на образование тор-
мозного излучения. Проходя вблизи атомного ядра, под действи-
ем его электрического поля электроны испытывают торможение.
Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии они будут
испускать электромагнитное (тормозное) излучение. В тормозное
излучение может преобразоваться любая часть кинетической
энергии электрона вплоть до ее максимального значения. Поэто-
му энергетический спектр тормозного излучения непрерывный.
Примером тормозного излучения является рентгеновское излуче-
ние возникающее при торможении электронов на аноде рентге-
новской трубки. Это используется в рентгеновских аппаратах.
18.4.4. Совместные действия облучания электронами и све-
том.
Особенность эффекта состоит в том, что вещество не пог-
лощает свет до облучения электронами, но в процессе облучения
или после него свет поглощается короткоживущими частицами:
радикалами, возбужденными молекулами, возбуждение или диссо-
циация которых приводит к химическим превращениям. Например,
вещества: твердые растворы бензола и нафталина в метилцинкло-
гекоане и этаноле.
18.5. Взаимодествие нейтронов с веществом.
Нейтрон представляет собой электрически нейтральную час-
тицу с массой покоя, равной преблизительно массе покоя прото-
на, вместе с которым они образуют ядра всех элементов. Пос-
колько нейтрон электрически нейтрален, он может вызывать
различные ядернве реакции, в частности цепные реакции деления
тяжелых ядер (теория, урана, плутония) осуществляемые в ядер-
ных реакторах. По кинетической энергии нейтроны делятся на
быстрые, промежуточные и тепловые. в зависимости от этой
энергии нейтроны по разному взаимодействуют с веществом Теп-
ловые нейтроны взаимодействуют пратически со всеми ядрами
элементов, а в тяжелых вызывают реакцию деления. Промежуточ-
ные также поглощаются ядрами, но при некоторых значениях
энергии нейтроны хуже поглощаются ядрами, а гораздо лучше не-
упруго рассеиваются (замедляются), теряя при этом кинетичес-
кую энергию. Особенно интенсивно быстрые нейтроны рассеивают-
ся на водосодержащих веществах (замедлителях), что
используется для замедления быстрых нейтронов до тепловых
энергий в тепловых реакторах.
Патент США 3 794 843: Контрольно измерительный прибор
для определения весового содержания влаги в насыпном материа-
ле, содержит источник излучения, облучающий влажный насыпной
материал быстрыми нейтронами и гамма-лучами; прошедшее излу-
чение регистрируют двумя детекторами, причем первый регистри-
рует гамма-излучение, а второй тепловые нейтроны, возникающие
при замедлении быстрых нейтронов на ядрах водорода, содержа-
щихся во влаге насыпного материала; оба сигнала от детектора
поступают на электрическую схему, с целью получения сигнала,
