Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    bdd9c4f5307e1aee2d275355f0fc0402

    Что такое радиоактивность в физике

    Любой атом имеет ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные заряженные частицы — электроны.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.

    Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.

    В физике существуют такие виды радиоактивного распада:

    • α-распад с выделением α-частицы;
    • β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;
    • γ-распад — излучение атомным ядром кванта ионизирующих лучей;
    • бесконтрольное деление ядра на осколки.

    Альфа-излучение

    Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд.

    Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.

    Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.

    Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.

    Радиоактивность. Альфа, бета, гамма – излучения

    Радиоактивностью называют свойство самопроизвольного излучения каких – либо веществ, при отсутствии внешних влияний.

    Радиоактивные свойства впервые были обнаружены у урана в 1896 г французским физиком Анри Беккерелем (опыт с солями урана)

    Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

    Свойства радиоактивных излучений

    1. Вызывают ионизацию газов

    2. Оказывают химическое действие

    3. Радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента

    4. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых радиоактинвых элементов, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате

    5. Радиоактивные излучения не зависят от внешних воздействий (нагревания, увеличение давления), химические реакции, в которые вступают радиоактивные вещества не влияют на интенсивность излучения.

    6. В результате радиоактивного излучения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим физическим и химическим свойствам от первоначального. Цепочка радиоактивных превращений заканчивается образованием нерадиоактивного (стабильного) изотопа.

    7. Для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название периода полураспада .

    Период полураспада Т – это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов.

    – закон радиоактивного распада

    N0 –

    число радиоактивных атомов в начальный момент времени

    N –

    число радиоактивных атомов в конечный момент времени

    t –

    время

    T –

    период полураспада

    8. Различают естественную радиоактивность (радиоактивность элементов встречающихся в природе) и искусственную радиоактивность ) радиоактивность элементов получаемых при ядерных реакциях).

    Чтобы обнаружить сложный состав радиоактивного излучения был проведен следующий опыт: радиоактивный препарат помещался на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходе из канала на излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка помещалась в вакууме.

    В отсутствии магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно, точно против канала.

    В магнитном поле пучок распадался на три пучка.

    Альфа излучение

    — это поток положительно заряженных частиц – ядер атомов гелия. Скорости альфа частиц значительно меньше скорости бета частиц и лежат в пределах 10000- 20000 км/с. Кинетическая энергия альфа частиц велика: 4-10 Мэв.

    Альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью. Слой бумаги толщиной около 0,1 мм полностью их задерживает.

    Бета – излучение

    — это поток быстрых электронов, вылетающих из атомов радиоактивного вещества. Скорости бета частиц огромны и составляют 0,99 скорости света. Энергия бета частиц доходит до нескольких мегаэлектронвольт.

    Бета излучение является средним по свое проникающей способности. Их задерживает алюминиевая пластинка толщиной в несколько милиметров.

    Читайте так же  Мазь глазная Флоксал: инструкция по применению, офлоксацин 3 мг

    Гамма – излучение

    — это поток электромагнитных волн очень малой длины (10-8- 10-11 см). Скорость распространения гамма лучей в вакууме такая же, как у других электромагнитных волн 300000 км/с.

    Гамма – излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Слой свинца толщиной в 1 см уменьшает интенсивность гамма – излучение вдвое.

    Гамма излучение и рентгеновское излучение равной длины волны, кроме способа получения, ничем друг от друга не отличаются.

    Бета-излучение

    Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом).

    Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.

    Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.

    Ионизирующее излучение

    Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

    Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

    Альфа-лучи

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

    Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

    Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

    Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

    Читать также Опасность радиации для жизни и ее угроза для здоровья человека

    Бета-лучи

    Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

    Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

    Гамма- лучи

    Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

    Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

    Читайте так же  Лазерная коррекция зрения при помутнении роговицы

    Гамма-излучение

    Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Возникает при:

    • распаде ядра;
    • переходе его из возбужденного состояния в стабильное;
    • взаимодействии ионов;
    • аннигиляции электрона и позитрона.

    Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.

    Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.

    Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.

    Проникающая радиация

    Проникающая радиация представляет собой поток гамма-лучей и нейтронов, излучаемых из зоны ядерного взрыва.

    Источниками проникающей радиации являются ядерная реакция и радиоактивный распад продуктов ядерного взрыва.

    Время действия проникающей радиации не превышает 10—15 сек

    с момента взрыва. За это время заканчивается распад коротко живущих осколков деление, образовавшихся в результате ядерной реакции. Кроме того, радиоактивное облако поднимается на большую высоту и радиоактивные излучения поглощаются толщей воздуха, не достигая поверхности земли.

    Проникающая радиация характеризуется дозой излучения,

    т. е. количеством энергии радиоактивных излучений, поглощенной единицей объема облучаемой среды. Доза излучения количественно характеризует ионизацию, которую потоки гамма-лучей и нейтронов могут произвести в воздушном объеме.

    Процесс ионизации состоит в «выбивании» электронов из электронной оболочки атомов. Вследствие этого нейтральные в электрическом отношении атомы превращаются в разноименно заряженные частицы — ионы.

    Проникающая радиация представляет собой сумму доз гамма-излучения и нейтронов.

    Гамма-излучение,

    составляющее основную часть про­никающей радиации, возникает как непосредственно в момент взрыва в процессе взрывной ядерной реакции, так и после взрыва в результате радиоактивного захвата нейтронов ядрами атомов различных элементов. Действие гамма-излучения продолжается 10—15
    сек.
    За единицу измерения дозы излучений гамма-лучей принят рентген—специальная международная физиче­ская единица дозы (количество энергии).

    Рентген

    это такое количество гамма-излучения, которое при температуре 0° и давлении 760
    мм
    создает в 1 см3 сухого воздуха 2 млрд. пар ионов (точнее, 2,08-109). Обозначается рентген буквой
    р.
    Тысячная часть рентгена носит название миллирентгена и обозначается
    мр.
    Поток нейтронов,

    возникающий при ядерном взрыве, содержит быстрые и медленные нейтроны, которые по-разному действуют на живые организмы. Доля нейтронов в общей дозе проникающей радиации меньше доли гамма-лучей. Она несколько увеличивается с уменьшением мощности ядерного взрыва.

    Основным источником нейтронов при ядерном взрыве является цепная ядерная реакция. Поток нейтронов излучается в течение долей секунды после взрыва и может вызвать искусственную наведенную радиацию в металлических предметах и грунте. Наведенная радиоактивность наблюдается только в зоне, непосредственно прилегающей к месту взрыва.

    Доза излучения потоком нейтронов измеряется специальной единицей — биологическим эквивалентом рентгена.

    Биологический эквивалент рентгена (БЭР) — это доза нейтронов, биологическое воздействие которой эквива­лентно воздействию 1 р

    гамма-излучения.

    Поражающее действие проникающей радиации на людей вызывается облучением,

    которое оказывает вредное биологическое действие на живые клетки организма. Сущность поражающего действия проникающей радиации на живые организмы заключается в том, что гамма-лучи и нейтроны ионизируют молекулы живых клеток. Эта ионизация нарушает нормальную жизнедеятельность клеток и при больших дозах приводит к их гибели. Клетки теряют способность к делению, в результате чего человек заболевает так называемой
    лучевой болезнью.
    Поражение людей проникающей радиацией зависит от величины дозы облучения а времени, в течение которого эта доза получена.

    Однократная доза облучения в течение четырех суток до 50 р,

    как и доза систематического облучения-до 100
    р
    за десять дней, не вызывает внешних признаков заболевания и считается безопасной. Дозы облучения свыше 100
    р
    вызывают заболевание лучевой болезнью.

    В зависимости от дозы облучения различают три степени лучевой болезни: первую (легкую), вторую (среднюю) и третью (тяжелую).

    Лучевая бcлeзнь первой степени возникает при общей дозе облучения 100 — 200р

    Скрытый период продолжается две-три недели, после чего появляется недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, периодическое повышение температуры. В крови уменьшается содержание белых кровяных шариков. Лучевая болезнь первой степени излечима.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Лучевая болезнь второй степени возникает при общей дозе обличения 200 — 300 р.

    Скрытый период длится около недели, после чего появляются такие же признаки заболевания, что и при лучевой болезни первой степени, по в более ярко выраженной форме. При активном лечении наступает выздоровление через1,5—2 месяца.

    Читайте так же  Массаж глаз: точечный, стеклянной палочкой, большими пальцами рук

    Лучевая болезнь третьей степени возникает при общей дозе облучения 300—500 р.

    Скрытый период сокращается до нескольких часов. Болезнь протекает более интенсивно. При активном лечении выздоровление наступает через несколько месяцев.

    Доза облучения свыше 500 р

    для человека обычно считается смертельной.

    Дозы проникающей радиации зависят от вида, мощности взрыва и расстояния от центра взрыва. Значения радиусов, на которых возможны различные дозы проникающей радиации при взрывах различной мощности, приводятся в табл 8.

    Таблица 8

    Доза, рРадиус, км
    тротиловый эквивалент
    20 кТ100 кТ1 МТ5 МТ10 МТ
    1,21,82,43,03,4
    1,41,92,63,23,6
    1,52,02,83,43,9
    1.62,13,03,64,2

    Из табл. 8 видно, что радиус поражения проникающей радиацией значительно меньше радиусов поражения ударной волной и световым.

    Проникающая радиация на большинство предметов заметного действия не оказывает. Однако под действием проникающей радиации могут темнеть стекла оптические приборов, а фотоматериалы, находящиеся в светонепроницаемой упаковке, засвечиваются.

    Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие гамма-лучи и нейтроны. Cтeпень ослабления гамма-лучей зависит от свойств материалов и толщины защитного слоя. Ослабление интенсивности гамма-излучения характеризуется слоем половинногого ослабления, который зависит от плотности материалов.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Pис. 11 Сравнительная толщина слоя половин­ного ослабления гамма лучей для различных материалов 1—свинец 2

    —сталь,
    3
    —бетон,
    4
    —гоунт, 5—дерево

    Слой половинного ослабления

    это слой вещества, при прохождении которого интенсивность гамма-лучей уменьшается в два раза (рис. 11). Толщина этого слоя определяется по формуле

    где d

    — толщина слоя половинного ослабления,
    см;
    о — плотность материала, г/см3;

    23 —толщина слоя половинного ослабления воды, см.

    Величины толщин слоев половинного ослабления гамма-лучей и нейтронов для различных материалов приводятся в табл.9.

    Таблица 9

    МатериалыПлотность р, г/см’Толщина слоя половинного ослабления, см
    гамма-лучейнейтронов
    Свинец ….11,3
    Сталь …..7,8— 5
    Бетон …..2,3
    Грунт …..1,6
    Дерево ….0,7

    Из табл. 9 видно, что гамма-лучи и нейтроны различно ослабляются материалами. Для наиболее распространенных строительных материалов (бетона и грунта) слои половинного ослабления приблизительно одинаковы, что позволяет вести расчеты только на гамма-излучение.

    Для обеспечения эффективной защиты людей от проникающей радиации учитывается степень ее ослабления защитными сооружениями. Степень ослабления проникающей радиации иначе называется коэффициентом защитысооруженияи обозначается буквой К..

    Коэффициент защиты К показывает, во сколько раз данное сооружение ослабляет проникающую радиацию. Он определяется по формуле

    где h — толщина защитного слоя, см;

    d — слой половинного ослабления, см.

    Коэффициент защиты убежищ составляет 500— 10СО и более.

    Нейтронное излучение

    Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия.

    Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.

    Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой.

    От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.

    Рентгеновское излучение

    Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.

    Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

    Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.

    Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *