Обнаружение и измерение радиоактивности

A-Излучение

Излучение этого типа представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Для записи используют символы или Не²⁺.

Если какой-либо элемент испускает a-частицу, то ядро его атома теряет два протона и два нейтрона. Из-за потери двух протонов атомных номер радиоактивного элемента уменьшается на 2, и, следовательно, происходит образование нового элемента. При этом массовое число уменьшается на 4.

Например, превращение нуклида радия-226 (порядковый номер 88) при потере a-частицы:

_-a

¾® +

Ядро радия теряет 2 протона, из-за чего его атомный номер уменьшается с 88 до 86. Оно также теряет два нейтрона, при этом массовое число уменьшается на 4 (масса двух протонов и двух нейтронов) – с 226 до 222. В ядерных реакциях в отличие от химических реакций атомы не сохраняются неизменными. Однако сумма массовых чисел и атомных номеров в ядерных реакциях сохраняется.

Поскольку ядра гелия имеют положительный заряд, они притягивают электроны и вследствие этого обладают высокой ионизирующей способностью. Ионизация вещества, в которое они попадают, приводит к образованию атомов гелия: Не²⁺ + 2е^- ® Не. Небольшие количества гелия действительно обнаруживаются в некоторых радиоактивных веществах.

Проникающая способность a-излучения не очень велика из-за сравнительно большого размера ядер гелия. Оно задерживается несколькими сантиметрами воздуха. Источник a-излучения можно безопасно держать в руке, так как a-частицы не могут проникнуть сквозь кожу. Однако большая масса a-частиц может представлять сильную опасность на малых расстояниях. Попав внутрь тела, в кровь, в жизненно важные органы (например, при вдохе в легкие) a-частицы оказывают разрушающее воздействие на ткани.

b-Излучение

Бета-частицы – это быстрые электроны, излучаемые ядрами в процессе распада. Так как их масса намного меньше массы альфа-частиц и двигаются они с очень высокой скоростью, сравнимой со скоростью света, их проникающая способность намного выше, чем у a-частиц, и они очень опасны для тканей организма.

Во время бета-распада нейтрон превращается в электрон и протон.

¹₀ n ® ¹₁ р + ⁰_-1 е

Протон остается в ядре (и поэтому массовое число не изменяется), а электрон выбрасывается с очень высокой скоростью. Одновременно выбрасывается и третья частица – антинейтрино.

Поскольку в результате распада нейтрона в ядре образуется дополнительный протон ¹₁ р, атомный номер увеличивается на единицу. Так происходит образование нового элемента.

Например, схема b-распада для нуклида свинца-210 (атомный номер 82) выглядит следующим образом:

_-b

²¹⁰₈₂Pb ¾® ²¹⁰₈₃Bi + ⁰_-1 e + антинейтрино

g-Излучение

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией, подобное рентгеновским лучам, но с меньшими длинами волн. Испускание g-лучей происходит когда нуклид испускает a- или b-частицы. Высокая энергия и малая длина волны обусловливают большую проникающую способность g-лучей. Опасность для живых тканей определяется тем, что молекулы в организме ионизируются при облучении. Ионизирующая способность наиболее велика для a-излучения, но это излучение легко экранируется. b- и g-лучи не так эффективно ионизируют молекулы, но от них трудней защититься.

Гамма-лучи не имеют ни заряда, ни массы, их испускание не меняет баланс по массе или заряду в ядерном уравнении.

Сводная таблица, отражающая изменения, которые происходят при ядерном распаде, приведены в таблице.

Типы радиоактивного излучения

Излучение	Свойства испускаемых частиц	Изменения радиоактивного ядра	Проникающая способность
Заряд	Масса	Атомный номер	Массовое число
a	+2	+4	-2	-4	Небольшая, но способны образовывать много ионов. Поглощается листом бумаги.
b	-1	+1	+1	Прежнее	Приблизительно в 100 раз большая, чем у a-лучей, но способны образовывать меньшее число ионов.
g			Прежний	Прежнее	Очень большая, но способны образовывать лишь незначительное число ионов. Поглощаются листом свинца толщиной 5 см или железной плитой толщиной 30 см.

Одним из первых устройств для обнаружения радиоактивного излучения была специальная камера, которую изобрел Чарльз Вильсон в 1911 году.

Пузырьковая камера или камера Вильсона – это стеклянный контейнер, заполненный воздухом, который насыщен водяными или другими парами. При охлаждении в определенных условиях пар становится пересыщенным. Когда излучение проходит через камеру, заполненную пересыщенным паром, то вдоль пути прохождения радиации воздух ионизируется и на образовавшихся ионах конденсируется пар, оставляя белый пузырьковый след (или "трек"). Этот белый след напоминает след самолета и обозначает путь движения частицы или луча.

В настоящее время для обнаружения и измерения радиоактивности используются разнообразные методы. Ниже рассмотрены три таких метода: ионизация газа, сцинтилляционные и фотохимические методы.

Ионизация газа. На ионизации газа основано действие счетчика Гейгера – Мюллера. Основной частью прибора является металлическая трубка, заполненная аргоном. Под действием излучения аргон ионизируется, при этом положительные ионы аргона Ar⁺ движутся к катоду, а электроны е^- - к аноду. Появившийся импульс электрического тока усиливают и регистрируют. Импульсы тока регистрируются по щелчкам в наушниках прибора, по вспышкам сигнальной лампочки или по цифровым показаниям прибора.

Сцинтилляционные методы. Некоторые материалы обладают способностью, поглощая энергию радиоактивного излучения, превращать ее в световое излучение. Они называются люминофоры. Одним из таких веществ является сульфид цинка (ZnS).

От каждого попадания в него радиоактивной частицы возникает слабая вспышка света. Сцинтилляционный счетчик состоит из фотоэлектронной трубки с окошком, покрытым сульфидом цинка. Вспышки света приводят к возникновению в фотоэлектронной трубке импульсов электрического тока, эти импульсы усиливаются и подсчитываются.

Свойствами люминофора обладает и иодид натрия NaI.

Фотохимические методы. Методы этого типа называют авторадиографией. Радиоактивный образец помещают на слой фотографической эмульсии, содержащей галогениды серебра. Радиоактивность образца оценивается после проявления пленки при ее рассмотрении под сильным увеличением.

Дата добавления: 2017-01-13