Виды ионизирующих излучений

Изучение радиоизотопов показало, что активность образца вещества является необходимой, но не достаточной характеристикой для оценки его взаимодействия с окружающей средой, поскольку характеризует процесс только в самом образце. В то же время, как указывалось выше, радиоактивность сопровождается различными излучениями, воздействие которых на среду приводит к ионизации атомов и молекул, за что они были названы ионизирующими излучениями. Таким образом, другими характеристиками радиоизотопов являются характеристики ионизирующих излучений, присущих этим веществам.

Поместив препарат радия между полюсами магнита, ученые обнаружили, что поток частиц, уносящих энергию возбужденного радионуклида, неоднороден и разделяется на 3 разновидности: a - и b - частицы и g – излучение. Энергия ионизирующих излучений измеряется во внесистемных единицах - электрон-вольтах (эВ).

a - частицы соответствуют ядрам гелия, лишенным электронных оболочек. a – частицы (He⁺⁺) обладают массой, определяемой массовым числом А, равным 4 (т.к. состоят из двух протонов и двух нейтронов), и электрическим зарядом +2е. Начальная скорость a - частиц составляет 10 -:- 20 тыс.км/с, энергия в момент вылета 4 -:- 9 МэВ. a - частица обладает очень высокой ионизирующей способностью. В приземном воздухе она может создать до 300 000 пар ионов на 1 см пути. Растратив свою энергию, она превращается в атом гелия, преодолев при этом расстояние в несколько сантиметров (до 10 см), а в более плотных средах еще меньше (в воде 0,1 мм). Лист бумаги полностью задерживает a - частицы любых энергий, поэтому считается, что a - частицы обладают очень низкой проникающей способностью и не играют какой-либо роли во внешнем облучении, однако, изотопы, испускающие a - частицы очень опасны при попадании внутрь организма.

b- частицы - это электроны (иногда и позитроны) со скоростями от нескольких тысяч км/час до близких к световой и энергиями от нескольких тысяч кэВ до 3 МэВ. Ионизирующая способность b -частиц умеренная, на 2-3 порядка меньше, чем у a - частиц, а проникающая способность несколько выше и в воздухе может достигать нескольких метров. Обычная летняя одежда ослабляет поток b- частиц в два раза, однако они вносят определенный вклад во внешнее облучение и представляют опасность при попадании b- излучающих изотопов на открытые участки тела и внутрь организма.

Электрически нейтральное g- излучение представляет собой поток энергетичных квантов электромагнитной энергии (фотонов) с длинами волн l=10^-5-:-10^-7 мкм (l =10^-1-:-10^-3А^о) и энергиями от нескольких десятков кэВ до нескольких МэВ и нулевой массой покоя. Если учесть, что связь между длиной волны l (мкм) и энергией электромагнитного излучения Е (эВ) можно выразить, как Е = 1,2 l^-1, то области различных излучений и их воздействия на вещество среды можно проиллюстрировать рисунком (рис.1).

Рис.1. Области ЭМ – излучений и их воздействие на вещество среды.

g – излучение обладает довольно низкой ионизирующей способностью (примерно на два порядка ниже, чем у b-частиц) и очень высокой проникающей способностью. В приземном воздухе g - излучение распространяется на сотни метров, слабо ослабляется различными материалами и играет основную роль во внешнем облучении.

Кроме самопроизвольного распада радиоизотопов в природе имеет место деление тяжелых ядер некоторых трансурановых элементов в результате взаимодействия последних с нейтронами. Это взаимодействие называется ядерной реакцией. Масштаб выделения энергии в этом процессе в сотни раз больше, чем при радиоактивном распаде. Помимо a-, b- и g- излучений (более высоких энергий, чем при самопроизвольном распаде) при ядерных реакциях возникают потоки нейтронов. Нейтроны – это элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, с массовым числом А=1, с энергиями от десятков кэВ до 20 МэВ. Нейтроны являются нейтральными нестабильными частицами, которые не взаимодействуют с электронными оболочками атомов, однако они активно взаимодействуют с ядрами, отдавая им свою энергию и возбуждая атомы, что приводит к их ионизации. Опосредованная ионизирующая способность нейтронов высока. Одновременно нейтроны обладают большой проникающей способностью, что представляет большую опасность при внешнем облучении. Однако, в составе излучений при радиоактивном распаде нейтроны отсутствуют.

Дата добавления: 2014-01-07