Потоки заряджених частинок, нейтронів та γ-квантів мають спільну назву – іонізуючі випромінювання. При розповсюдженні в речовині такі частинки, втрачаючи свою енергію на іонізацію та збудження атомів та молекул, поступово поглинаються речовиною. Процеси поглинання іонізуючих частинок дуже різноманітні і в значній мірі залежать як від характеристик частинок – енергії, маси, наявності електричного заряду, так і від характеристик поглинаючої речовини – атомного складу, агрегатного стану тощо.
α-Частинки внаслідок великої маси танаявності електричного заряду дуже швидко втрачають енергію при електромагнітних взаємодіях з ядрами та електронами атомів речовини. Тому максимальні пробіги α-частинок не перевищують кількох сантиметрів у повітрі та 0,1 мм у рідких або твердих матеріалах, а також у біологічних тканинах.
β-Частинки, в залежності від енергії, мають пробіги до кількох метрів у повітрі та кількох сантиметрів у конденсованих середовищах та біологічних тканинах.
γ-Кванти внаслідок відсутності електричного заряду та маси спокою мають найбільшу проникна здатність. Середні пробіги γ-квантів у повітрі ~ 100 м, а у конденсованих середовищах та біологічній тканині до 10 – 15 см.
В роботі з радіоактивними джерелами часто виникає потреба розраховувати поглинання іонізуючого випромінювання різними матеріалами. Детальні розрахунки поглинання різних видів випромінювання в тому чи іншому матеріалі досить складні. Але для наближених оцінок поглинання β- та γ-випромінювання можна користуватися спрощеною формулою, яка називається законом поглинання.
Виведення закону поглинання ґрунтується на тих самих міркуваннях, що і виведення закону радіоактивного розпаду (див. розділ 1.4).
Будемо розглядати вузький пучок моноенергетичних частинок, що падає нормально на поверхню однорідної речовини (поглинача). Спрямуємо координатну вісь Х в напрямку руху частинок, а початок відліку координат (х = 0) виберемо на поверхні. При такому способі відліку координата х> 0 буде показувати відстань від поверхні поглинача до точки, розташованої у глибині поглинача.
Якщо прийняти, що на поверхню поглинача падає щосекунди N0 частинок, то на глибині х від поверхні потік частинок внаслідок поступового поглинання зменшиться і становитиме N(x) частинок за секунду. Залежність N(x)і називають законом поглинання. Знайдемо цю залежність.
Частинки випромінювання поглинаються в речовині незалежно одна від одної і передбачити, на якій саме глибині відбудеться поглинання даної частинки, неможливо. Можна лише говорити про ймовірність поглинання частинок на даній глибині. Це означає, що поглинання частинок відноситься до статистичних явищ. Позначимо через m ймовірність поглинання частинки на одиничній відстані в даній речовині. Величина m, яку називають лінійним коефіцієнтом ослаблення, залежить від енергії частинок і складу речовини поглинача. Для моноенергетичних частинок і однорідної речовини коефіцієнт поглинання можна вважати сталим. Зменшення числа частинок в тонкому шарі dx,розташованому на відстані хвід поверхні поглинача, тобто в інтервалі від х до х + dx, пропорційно коефіцієнту поглинання m, товщині поглинаючого шару dx та загальній кількості частинок N(x),які досягли глибини х, уникнувши поглинання:
.
Інтегруючи це рівняння і враховуючи граничну умову N(0) = N0, дістанемо закон поглинання:
(10, а)
або
, (10. б)
де – товщина матеріалу, при якій інтенсивність випромінювання зменшується в еразів. Ця величина називається середньою довжиною пробігу частинок в речовині або довжиною релаксації.
Лінійний коефіцієнт ослаблення прямо пропорційно залежить від густини rматеріалу поглинача. Тому часто поряд з m користуються масовим коефіцієнтом ослаблення μm:
. (11)
При даній енергії частинок коефіцієнт mm має приблизно однакові значення для різних матеріалів.
Ще однією зручною характеристикою поглинача є шарполовинного ослаблення½ – товщина шару поглинача, при якій потік випромінювання внаслідок поглинання зменшується удвічі. Коефіцієнт ослаблення μ зв’язаний з величиною ½ співвідношенням: