Физические свойства ионизирующих излучений

Источники ионизирующего излучения

Природа ионизирующего излучения

Ионизирующие излучения. Их источники. Понятие активности радионуклида.

Ионизирующее излучение — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим.

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения), потоки заряжённых частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов^[1][2][6][7].

В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна). Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение)^[8][6][7].

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной несколько мм. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т.д.), поглощающие МэВ-ные фотоны в слое толщиной несколько см. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно (потоки заряжённых частиц) и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.

Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10¹⁵ — 10²⁰ и выше электрон-вольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

В зависимости от типа частиц и их энергии сильно различаются длина пробега и проникающая способность ионизирующего излучения — от долей миллиметра в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Важными показателями взаимодействия ионизирующего излучения с веществом служат такие величины, как линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощённой дозы является грэй (Гр), численно равный отношению 1 Дж к 1 кг. Ранее широко применялась также экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Наиболее часто применяющейся единицей экспозиционной дозы был рентген (Р), численно равный 1 СГСЭ-единицы заряда к 1 см³ воздуха^[1][2][3][4].

АКТИВНОСТЬ РАДИОНУКЛИДА — мера радиоактивности (далее — А.). Для определенного количества радионуклида в определенном энергетическом состоянии в заданный момент времени А. определяется по формуле

где dN — ожидаемое число спонтанных ядерных превращений (распадов радиоактивных ядер нуклида) от данного энергетического уровня за интервал времени dt.

В СИ единицей измерения А. является обратная секунда, с⁻¹, имеющая специальное название беккерель (Бк). Внесистемная единица — кюри (Ки).

РАДИОАКТИВНОСТЬ — самопроизвольное, спонтанное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др. элементов, сопровождающееся испусканием частиц или γ-квантов. Р. впервые обнаружена А. Беккерелем в 1896 г.

Известны 4 типа Р.:

альфа-распад;

бета-распад;

спонтанное деление атомных ядер;

протонная Р. (предсказаны, но еще не наблюдались двухпротонная и двухнейтронная Р.).

Различают Р.: естественную — Р. изотопов, существующих в природных условиях, и искусственную — Р. изотопов, получаемых в результате ядерных реакций. Одной из важнейших характеристик радиоактивных изотопов является период полураспада. Один распад в секунду (расп./с) принят за единицу активности, в СИ установлено название беккерель (Бк). Внесистемные единицы активности: резерфорд, Рд (1 Рд = 10⁶ Бк) и кюри, Ки (1 Ки = 3,7 · 10¹⁰ Бк).

РАДИОНУКЛИД (радиоактивный нуклид) — радиоактивный атом с данным массовым числом и атомным номером (изомерный атом — и с данным энергетическим состоянием атомного ядра). Нуклиды с одинаковым атомным номером, но разным массовым числом называются изотопами.

51. Биологическое действие ионизирующего излучения на организм человека ← назад вперед →

Дата добавления: 2015-04-24