Роль многократной ионизации в действии излучения
В работе [15] подчеркивалось, что многократные ионизации в ионных кристаллах происходят как в катионах, так и в анионах. Вместе с тем Варлей [30] отметил только пространственную нестабильность аниона, когда знак его заряда меняется под действием многократной ионизации. Смолуховский и др. [31] рассмотрели модификацию «механизма Варлея» с учетом снятия возбуждения при столкновении между положительными и отрицательными ионами одних и тех же элементов.
Теоретические значения выходов для ионизации внутренней оболочки. Метод, развитый Дурупом и Платцманом [15], содержит общие указания о способах вычисления абсолютных значений выходов для ионизации внутренних оболочек при полном поглощении падающих моноэнергетических электронов. Обобщая предложения Харта [32], эти авторы оставили символ G для измеряемого выхода и использовали, например, gk для обозначения теоретически найденного числа K-ионизации на 100 эв поглощенной энергии. Опубликованные ими численные результаты для кристаллов LiF и КСl показывают, что значение g для ионизации данной внутренней оболочки атома быстро падает по мере того, как первоначальная энергия электрона Т7, приближается к величине, в 100 раз меньшей соответствующей пороговой энергии (рис. 2). Такая зависимость позволяет осуществить экспериментальную проверку роли удаления электронов с различных внутренних оболочек при действии радиации. При наибольших значениях T0 вторичные электроны вносят существенный вклад в ионизацию K-оболочек даже в случае Cl и К- Поэтому плато на графике gK для этих атомов можно достичь лишь для самых больших значений Т0 (если оно вообще существует). При Т0 — 1 Мэв значения g k составляют около 0,16; 0,007; 0,0004 и 0,0003 для Li (Z = 3), F (Z = 9), Cl (Z = 17) и К (Z = 19) соответственно. Заметим, однако, что ионизация L-оболочки, по-видимому, сопровождается одним или двумя переходами Оже для случаев, подобных К и G1, у которых выход (при 1 Мэв) для субоболочек LI и LII, LIII приблизительно равен 20 gK и, 100 gK [15] (данные для других веществ см. ниже). Метод Дурупа и Платцмана применим также к ренгтеновскому и γ-из лучениям, которые воздействуют посредством создаваемых ими электронов. Позднее мы обсудим упрощенные вычисления.
Преобладающее количество электронов малой энергии, образуемых тяжелыми заряженными частицами; неспособно ионизовать K-оболочку. Вторичные частицы большой энергии встречаются очень редко [33]. Например, для падающих протонов gK можно рассчитать (см. последний раздел) из сечений ионизации К-оболочки [33, 34] и данных о полной тормозной способности облучаемого вещества.
Радиационная химия и радиобиология.
Вводные замечания. В первую очередь нас интересуют эффекты облучения, и поэтому мы не будем рассматривать (см. [4], [35]) образование внутриоболочечных вакансий в веществах с включенными радиоактивными ядрами. Однако последствия образования внутриоболочечной вакансии, по существу, не зависят от пути ее образования. Мы уже обсуждали некоторые наблюдаемые и предсказываемые эффекты, вызываемые внутриоболочечными вакансиями, созданными облучением, а также некоторые теоретические значения выходов испускания электронов с внутренних оболочек. В следующем разделе мы обсудим их более подробно.
Вода. В 1950 г. Платцман представил результаты вычислений, касающихся вырывания электронов с внутренних оболочек протонами в воде. Его данные остаются заслуживающим доверия приближением, несмотря на прогресс, достигнутый с тех пор в изучении проникновения протонов в вещество [33, 34, 36], а результаты, полученные для воды, примерно совпадают с данными для биологической среды.
Если полная энергия падающих протонов составляет, например, 3 Мэв или 1 Мэв, то доля ее, идущая на выбивание К-электронов кислорода в воде, равна соответственно около 4% и 1%. Общее число К-электронов, вырываемых из кислорода, быстро растет с увеличением первоначальной энергии протонов и равно примерно 10 и 80 при 1 и 3 Мэв соответственно. Эти числа соответствуют значениям gK (О) (выход в воде атомов кислорода с ионизированной ^-оболочкой) приблизительно равным 10 -3 и 2,7-10-3 соответственно. Платцман обнаружил, что даже в случае очень малых выходов таких процессов эти события происходят чаще, чем прямая передача «сильного» импульса всему атому.
Рис. 2. Теоретические значения выхода ионизации K-оболочки LiF и КСl [15].
По оси ординат отложены gk -10n, величины п показаны у кривых.
Однако число дельта-электронов даже с энергиями, превышающими 500 эв, по-видимому, больше. Для электронов с энергией выше 50 кэв Дуруп и Платцман [16] нашли (предположив, что происходит полное их поглощение) gK (О) для воды порядка 0,01 числа ионизации К-оболочки атомов кислорода на 100 эв поглощенной энергии. Это означает, что около 5% всей поглощенной энергии первоначально должно передаться молекулам воды, атомы кислорода которых содержат внутриоболочечные вакансии. Добавляя эту энергию к энергии выбитого электрона, получим значительно большую долю падающей энергии, затраченную на ионизацию К-оболочки кислорода.
Приведенные выше данные о конечном заряде, приобретаемом изолированными атомами и молекулами, указывают, что часто молекулы воды несут больше двух зарядов, даже если энергетически возможен только один переход Оже (в данном случае в атоме кислорода). Хотя молекулярная связь делает второй переход Оже энергетически возможным, появление необходимой вакансии в Li-оболочке, по-видимому, не всегда является наиболее вероятным результатом первого перехода [37]. Нестабильность Н202+ и Н2О3+ в газовой фазе подтверждается отсутствием этих ионов в спектре масс [38].
В воде и других веществах, состоящих из малых молекул, образованных только легкими атомами, эффекты ионизации внутренних оболочек могут не играть заметной роли. Тем не менее детальный анализ, подобный анализу Платцмана [39] для сверхвозбужденных молекул воды, по-видимому, представляется интересным. В льде необычайно большие локальные возмущения подобного типа можно отличить от эффектов ионизации валентных электронов. Например, могут наблюдаться различия в их термолюминесценции.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5