Säteilyn vaimeneminen

Varatuista hiukkasista koostuva hiukkassäteily vuorovaikuttaa herkästi aineen kanssa. Hiukkassäteily luovuttaa energiansa ympäristön atomeille tai molekyyleille eikä läpäise suurta määrää ainetta. Alfahiukkasten läpitunkevuus on erityisen heikko, sillä ne ovat suhteellisen suurikokoisia koostuen kahdesta protonista ja kahdesta neutronista. Alfasäteily etenee ilmassa vain muutaman sentin ja pysähtyy kokonaan esim. paperiin tai ihoon. Näin ollen kehon ulkopuolinen alfasäteily voi aiheuttaa ihmiselle pahimmillaankin vain ihovaurioita. Erityisen vaarallista siitä tulee vasta, jos alfa-aktiivista ainetta joutuu elimistöön esimerkiksi hengitysilman mukana. Tällöin kehossa syntyvä alfasäteily voi vaurioittaa herkkiä kudoksia.

Beetasäteily koostuu elektroneista tai positroneista, jotka ovat alfahiukkasia pienempiä massaltaan ja sähkövaraukseltaan. Beetasäteily onkin läpitunkevampaa kuin alfasäteily. Beetahiukkaset pystyvät tunkeutumaan ihon tai paperin läpi, mutta pysähtyvät esimerkiksi ohueen metallilevyyn. Beetasäteilyä lähettävät aineet ovat ihmiselle vaarallisia iholle tai kehon sisään joutuessaan.

Radioaktiivisten ydinten lähettämä gammasäteily on hyvin vaarallista. Gammasäteily pystyy kulkemaan pitkiä matkoja väliaineessa vuorovaikuttamatta, koska se ei tunne Coulombin lain mukaista sähköistä voimaa. Gammasäteily kuitenkin vuorovaikuttaa aineen kanssa. Mahdolliset vuorovaikutustavat ovat valosähköinen ilmiö, Comptonin sironta tai parinmuodostus. Parinmuodostuksessa gammakvantista muodostuu hiukkanen ja antihiukkanen, tyypillisesti elektroni-positronipari.

Gammasäteily on huomattavasti läpitunkevampaa kuin hiukkassäteily. Gammasäteilyn pysäyttämiseen vaaditaan sen tarkasta aallonpituudesta riippuen suhteellisen paksu kerros betonia, lyijyä tai muuta tiheää ainetta. Alla olevassa kuvassa on esitelty eri säteilyn lajien kyky läpäistä väliainetta. 

Gammasäteilyn absorptio tapahtuu tietyssä suhteessa väliaineen paksuuteen. Oheisella videolla havainnoidaan eri paksuisten lyijykerrosten läpi kulkevan säteilyn määrää. Säteilyn suhteellinen intensiteetti määritetään mittaamalla säteilyä anturilla 30 sekunnin jaksoissa, joiden välissä lyijyn määrää muutetaan.

Aineisto:
Taulukko: gammasateilyn_vaimeneminen.ods (LibreCalc)
Taulukko: gammasateilyn_vaimeneminen.cmbl (Logger Pro)
Taulukko: gammasäteilyn_vaimeneminen.cap (Capstone)
Taulukko: gammasateilyn_vaimeneminen.gambl (Graphical Analysis)

Säteilyn suhteellisen intensiteetin havaitaan vähenevän eksponentiaalisesti. Käytännössä tämä tarkoittaa, että yksi millimetri lyijyä heikentää säteilyn intensiteettiä aina yhtä monta prosenttia. Intensiteetin ja väliaineen paksuuden välisen riippuvuuden matemaattinen malli onkin hajoamislain kaltainen. Aineen absorptiokykyä kuvataan sen matkavaimenemiskertoimella [[$ \mu $]]​. Videolla nähdyn mittauksen perusteella lyijylle [[$ \mu $]]​ = 0,94 1/mm. Matkavaimenemiskerroin riippuu paitsi aineesta, myös vaimennettavan gammasäteilyn energiasta.

Gammasäteilyn vaimeneminen

Gammasäteily vaimenee aineessa eksponentiaalisesti. Tietyn paksuisen aineen [[$x$]] läpi kulkeneen säteilyn alkuperäisestä intensiteetistä [[$I_0$]] on jäljellä [[$I$]], joka riippuu aineen matkavaimenemiskertoimesta [[$ \mu $]]​.

[[$ \qquad I(x) =I_0 e^{-\mu x} $]]