Ядерные излечения и их взаимодействие с горными породами. Характеристики и параметры.

Явление радиоактивности – процесс самопроизвольного распада ядер атомов элемента сопровождающееся испусканием α,β и γ – лучей.

При распаде ядра первичных элементов последующим превращением в ядра других элементов, образуя радиоактивные семейства или цепочки. Распадающийся элемент называется материнством, а образующийся – дочерним.Элемент начинающий цепочку – родоначальником.

Известно три семейства: Урана (U²³⁸), Тория (Th²³²) и Актиния (Ac²³⁵). Распад продолжается до получения изотопа свинца.

Основной закон радиоактивных превращений: радиоактивный распад происходит самопроизвольно и зависит от химических и физических характеристик.

Распад р/а элементов происходит по следующему закону

И полагая, что при t=0, N=N₀ – число атомов в начальный момент времени, получаем:

Зная величину постоянного р/а распада λ можно определить среднее продолжение τ – жизни р/а ядра.

а также период распада р/а элемента.

При малых N наблюдается отклонение от этих законов, называемое функциональным.

Альфа и бета лучи представляют собой поток ядер гелия и поток быстрых электронов. Проходя через вещество, они замедляются, затрачивая энергию на ионизацию атомов. Пробег бета-частиц в твердых телах и жидкостях составляет обычно не более нескольких миллиметров, пробег альфа-частиц в несколько сот раз больше.

Гамма-лучи представляют поток частиц высоко-частотного электромагнитного излучения наподобие света, но с гораздо с меньшей длины волны, т.е. с большей энергией кванта. Пробег гамма-квантов в веществе в несколько десятков раз больше пробега для бета-частиц той же энергии.

Из большого числа взаимодействия гамма-лучей с веществом выделяют три: фотоэффект, каптон эффект и эффект образования пар.

Фотоэффект наиболее вероятен когда энергия падющих гамма квантов близка к энергии связей электронов (неск. 100 кэв). Величина полного эффективного сечения фотоэффекта τ_ф равна:

Линейный коэффициент фотопоглощения – поглощение гамма-квантов на пути 1 см пропорциональной плотности поглотителя

где  - выражает число атомов в единицу объема вещества плотности и атомным весом, N – число Авогадро.

Каптон эффект представляет собой рассеивание гамма квантов на электроны атомов.

Полное эффективное сечение σ_к описывается формулой:

Эффект образования пар характеризуется линейным коэффициентом ослабления гамма-квантов μ₀, которое слагается из суммы коэффициента фотопоглощения τ, каптон рассеиванием σ и эффекта образования пар:

Полное макроскопическое значение взаимодействия:

При каптоновском рассеивании макроскопическоеμ_к определяется величиной плотностей пород, называемое электронной плотностью