Глава 1.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

До того, как начать систематическое изложение курса, нам представляется целесообразным дать строгие определения некоторых терминов, которые будут в последующем использоваться, а также единиц и соотношений между единицами количественных величин в радиационной химии.

1. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ представляют собой потоки частиц или квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов или молекул. Различают фотонное ионизирующее излучение (вакуумное ультрафиолетовое, характеристическое и тормозное рентгеновское , cинхротронное излучение и др. ) и потоки частиц ( альфа- и бета-частицы , ускоренные электроны, ионы, нейтроны, ускоренные атомы водорода, осколки делящихся ядер и др. ).

Фотонное излучение может ионизировать среду непосредственно в результате прямой ионизации и косвенно через генерированные в среде электроны.

Заряженные частицы ионизируют среду непосредственно при столкновении с атомами и молекулами, ее составляющими, а также и при взаимодействии выбитых при ионизации электронов (их обычно называют дельта-электронами) с другими молекулами и атомами.

Нейтроны и ускоренные атомы водорода ионизируют среду только косвенно через ядра отдачи, возникающие в среде.

2. ПОЛЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ: пространственно-временное распределение квантов или частиц, составляющих ионизирующее излучение.

3. ПОТОК ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ:
Ф = dN/dt , ( 1. 1)
где dN - число частиц, падающих на данную поверхность (в направлении, перпендикулярном этой поверхности) за интервал времени dt. Единица измерения потока - частица/с.

4. ФЛЮЕНС (ИЛИ ПЕРЕНОС) ИОНИЗИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ: число частиц dN, приходящихся на площадь поперечного сечения dS поглощающего ионизирующее излучение объема вещества
Ф_N = dN/dS . ( 1. 2 )
Единица измерения флюенса (СИ) - м^-2 , т. е. флюенс частиц, при котором в объем сферы с площадью поперечного сечения 1 м² попадает одна частица.

5. ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ:
f = dФ/dS, ( 1. 3 )
где dФ - поток, приходящийся на площадь поперечного сечения dS поглощающего ионизирующее излучение объема вещества. Единица измерения плотности потока ионизирующего излучения - частица/(м². с).

6. ПОТОК ЭНЕРГИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ:
Ф_E =dE/dt , ( 1. 4 )
где dE - суммарная энергия ионизирующего излучения, исключая массу покоя.

7. ИНТЕНСИВНОСТЬ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ:
I = dФ_E / dS ( 1. 5 )
поток энергии, приходящийся на площадь поперечного сечения dS поглощающего ионизирующее излучение объема вещества. В СИ единица измерения - Вт/м²; на практике также используется МэВ/(см². с).

8. ЛИНЕЙНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ (ЛПЭ): параметр, представляющий собой энергию, передаваемую среде ионизирующим излучением любого вида в заданной окрестности траектории на единицу длины . Единица измерения ЛПЭ - эВ/нм. Значения ЛПЭ варьируются от 0. 2 для высокоэнергетических фотонов до 104 эВ/нм для осколков деления ядер урана.

9. ДОЗА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ: величина, используемая для оценки воздействия ионизирующего излучения на любые вещества и живые организмы. Различают поглощенную, эквивалентную и экспозиционную дозы.

Поглощенная доза - отношение суммарной энергии ионизирующего излучения dE, поглощенной веществом, к массе вещества dM
D_погл = dE/dM . ( 1. 6 )

Единица измерения (СИ) - Грей (Гр), соответствующий поглощению 1 Дж энергии ионизирующего излучения 1кг вещества. Внесистемная единица - рад, соответствующая поглощению 100 эгр энергии вещества (1 рад =0, 01 Гр).

Эквивалентная доза:
D_экв = kD_погл , ( 1. 7 )
где k - так называемый коэффициент качества излучения (безразмерный), являющийся критерием относительной биологической эффективности при хроническом облучении живых организмов. Чем больше k, тем опаснее облучение при одинаковой поглощенной дозе. Для моноэнергетических электронов, позитронов, бета-частиц и гамма-квантов k = 1; для нейтронов с энергией Е < 20 кэВ k = 3; для нейтронов с энергией 0, 1 < E <10 МэB и протонов с E < 20 кэB k = 10; для альфа-частиц и тяжелых ядер отдачи k = 20. Единица измерения эквивалентной дозы (СИ) - зиверт (Зв), внесистемная единица - бэр ( 1 бэр = 0, 01 Зв ) .

Экспозиционная доза:мера ионизации воздуха в результате воздействия на него фотонов, равная отношению суммарного электрического заряда dQ ионов одного знака, образованного ионизирующим излучением, поглощенным в некоторой массе воздуха, к массе dM
D_эксп = dQ / dM . ( 1. 8 )
Единица измерения (внесистемная) - рентген (Р). При D_эксп = 1 Р в 1 см³ воздуха при 0^o С и 760 мм Hg ( dM = 0. 001293 г ) образуется 2, 08. 10⁹ пар ионов, несущих заряд dQ = 1 электростатической единице количества электричества каждого знака. Это соответствует поглощению энергии 0,113 эрг/см³ или 87. 3 эрг/г ; для фотонного излучения D_эксп = 1 P соответствует 0, 873 рад в воздухе и около 0, 96 рад в биологической ткани.

Керма :
K = dE_N / dM ( 1. 9 )
- мера поглощенной дозы косвенно ионизирующих излучений (название KERMA - аббревиатура английской фразы KINETIC ENERGY RELEASED PER UNIT MASS ). Керма ( K ) представляет собой сумму первоначальных кинетических энергий dE_N всех заряженных частиц, появившихся в элементарном объеме вещества в результате воздействия на него косвенно ионизирующих излучений, отнесенную к массе вещества в этом объеме dM . Единица измерения кермы (СИ) - Грей. Часто используют понятие "керма для единичного флюенса" ( К_р ). Она соответствует керме для флюенса частиц, при котором в объем облучаемого вещества с площадью поперечного сечения 1 м² попадает одна частица. Единица измерения К (СИ) = Гр. м²/ частица.

10. МОЩНОСТЬ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ:отношение приращения дозы dD, поглощенной за единичный интервал времени, к величине этого интервала dt
P = dD/ dt . ( 1. 10 )
Единицы измерения (СИ): поглощенной дозы - Гр/с , экспозиционной дозы - Р/с и эквивалентной дозы - Зв/с.

11. РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЙ ВЫХОД - количественная мера изменения физико-химических свойств вещества в результате поглощения ионизирующих излучений. Радиационно-химический выход обозначается буквой G и измеряется количеством возникших или разрушившихся частиц вещества ( радикалов, ионов, атомов, молекул ) или изменившихся его параметров (например, количеством сшивок или разрывов связей в полимерах, углом вращения плоскости поляризации и. т. д. ) при поглощении этим веществом 100 эВ энергии ионизирующего излучения.

На опыте степень изменения свойств данного вещества можно охарактеризовать величиной выхода, измеренного на начальных участках кривых разложения вещества (накопления продуктов разложения)

G = A lim (dс/dD_погл) , ( 1.11 )
D_погл 0
когда предполагается, что в облучаемой системе еще не накопилось продуктов радиолиза в концентрациях, способных заметным образом повлиять на свойства, которыми обладало данное вещество до облучения. В уравнении (1.11) с -концентрация подвергающегося превращению вещества или образующегося продукта ( моль/г ), D_погл - поглощенная доза (Гр), А - коэффициент размерности, равный 9, 6474. 10⁹ молекула. Гр. г/(100 эВ. моль).

ПРИНЯТЫЕ В ПОСЛЕДУЮЩЕМ ИЗЛОЖЕНИИ РАЗМЕРНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И НЕКОТОРЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ОТНОШЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЮЩИХСЯ ЕДИНИЦ.
концентрация - моль/дм³ ,
плотность - кг/дм³ ,
удельная активность - Бк/дм³ , Бк/кг.
1 эрг = 6, 24. 10¹¹ эВ
1 кал = 4, 185. 10⁷ эрг
1 рад = 100 эрг/г = 10^-5 Дж/г = 2, 4. 10^-6 кал/г = 6, 24. 10¹³ эВ/г
1 Вт-ч = 3, 6. 10³ Дж = 3, 6. 10¹⁰ эрг = 2, 25. 10²² эВ
1 А = 6, 25. 10¹⁸ электрон/с