Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Биологическое действие ионизирующих излучений.

    19b29f9b92dce1ea6f63d5e343bcc382

    Понятие и виды излучения

    Как известно в 11 классе, внутренняя энергия вещества может передаваться с помощью контактной теплопередачи, конвекции и излучения.

    Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Биологическое действие ионизирующих излучений.

    Рис. 1. Теплопередача, конвекция, излучение.

    Рассмотрим излучение — передачу энергии вещества, которая происходит на расстоянии. В зависимости от массы покоя носителя энергии, излучение можно разделить на:

    • излучение безмассовых фотонов;
    • радиоактивное излучение частиц, имеющих массу (альфа, бета, гамма, нейтронное).

    Фотонное излучение

    Фотоны можно считать чистыми квантами энергии. Они не имеют массы покоя, а это значит, что покоящихся фотонов не бывает: они всегда движутся со скоростью света и несут энергию. Поскольку свойства фотонов сильно меняются в зависимости от их частоты, этот вид излучения делится на:

    • радиоизлучение;
    • ИК-излучение;
    • видимое излучение;
    • УФ-излучение;
    • рентгеновское излучение;
    • γ-излучение.

    От начала к концу этого списка у фотонов увеличивается частота и энергия. При этом уменьшаются волновые проявления и нарастают корпускулярные. Если диапазон радиоизлучения демонстрирует практически только свойства волны, то γ-излучение имеет такую малую длину волны, что волновые свойства у него обнаружить очень трудно.

    Вследствие этого от начала к концу списка у фотонного излучения уменьшается способность огибания препятствий, но при этом увеличивается проникающая способность.

    С большинством из этих видов излучения человек часто имеет дело и находит для них применение в жизни, в первую очередь в качестве источников света.

    Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Биологическое действие ионизирующих излучений.

    Рис. 2. Шкала электромагнитных излучений.

    Радиоактивные виды излучения

    С открытием радиоактивности выяснилось, что излучение может осуществляться частицами, имеющими массу. В первую очередь это α- и β- излучения, сопровождающие радиоактивный распад многих тяжелых элементов (при этом также излучаются и γ-кванты).

    α-излучение — это поток тяжелых частиц, имеющих атомный вес 4 и заряд 2. То есть фактически каждая α-частица представляет собой ядро гелия.

    Система из двух протонов и двух нейтронов оказывается очень устойчивой энергетически, поэтому при распаде тяжелых ядер наиболее «выгодно» отщепление не отдельных протонов и нейтронов, а вот таких систем. Именно поэтому α-радиоактивными являются практически все тяжелые ядра с массовым числом более 208.

    β-излучение — это поток быстрых электронов. Такое излучение характерно для ядер с большим избытком нейтронов.

    Избыток нейтронов позволяет ядрам быть устойчивыми к кулоновскому отталкиванию, поскольку нейтроны участвуют в сильном взаимодействии, скрепляющем ядро, при этом не участвуют в электромагнитном взаимодействии, разрывающим его. Однако нейтроны являются стабильными только в связке с протонами. Свободный нейтрон нестабилен и распадается на протон, электрон и антинейтрино. Так и происходит в ядрах, в которых существует большой избыток нейтронов.

    Также существует и нейтронное излучение. Оно сопровождает спонтанный распад тяжелых ядер, поскольку в тяжелых ядрах имеется избыток нейтронов, который становится «лишним», для осколков. Однако, такое радиоактивное излучение — достаточно редкий процесс.

    Можно составить таблицу видов излучений:

    Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Биологическое действие ионизирующих излучений.

    Рис. 3. Таблица видов излучений.

    ВИДЫ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

    Радиоактивность была открыта в 1896 г. французским ученым Антуаном Анри Беккерелем при изучении люминесценции солей урана. Оказалось, что урановые соли без внешнего воздействия (самопроизвольно) испускали излучение неизвестной природы, которое засвечивало изолированные от света фотопластинки, ионизовало воздух, проникало сквозь тонкие металлические пластинки, вызывало люминесценцию ряда веществ. Таким же свойством обладали и вещества содержащие полоний 21084Ро и радий 226 88Ra.

    Читайте так же  Очки-тренажеры в дырочку (очки Федорова) — польза или вред для глаз ?

    Еще раньше, в 1985 г. были случайно открыты рентгеновские лучи немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Мария Кюри ввела в употребление слово «радиоактивность».

    Радиоактивность – это самопроизвольное превращение (распад) ядра атома химического элемента, приводящее к изменению его атомного номера или изменению массового числа. При таком превращении ядра происходит испускание радиоактивных излучений.

    Различаются естественная и искусственная радиоактивности. Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

    Существует несколько видов радиоактивного излучения, отличающихся по энергии и проникающей способности, которые оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

    Альфа-излучение

    — это поток положительно заряженных частиц, каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Проникающая способность этого вида излучения невелика. Оно задерживается несколькими сантиметрами воздуха, несколькими листами бумаги, обычной одеждой. Альфа-излучение может быть опасно для глаз. Оно практически не способно проникнуть через наружный слой кожи и не представляет опасности до тех пор, пока радионуклиды, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом — тогда они могут стать чрезвычайно опасными. В результате облучения относительно тяжелыми положительно заряженными альфа-частицами через определенное время могут возникнуть серьезные повреждения клеток и тканей живых организмов.

    Бета-излучение

    — это поток движущихся с огромной скоростью отрицательно заряженных электронов, размеры и масса которых значительно меньше, чем альфа-частиц. Это излучение обладает большей проникающей способностью по сравнению с альфа-излучением. От него можно защититься тонким листом металла типа алюминия или слоем дерева толщиной 1.25 см. Если на человеке нет плотной одежды, бета-частицы могут проникнуть через кожу на глубину несколько миллиметров. Если тело не прикрыто одеждой, бета-излучение может повредить кожу, оно проходит в ткани организма на глубину 1‑2 сантиметра.

    Гамма-излучение,

    подобно рентгеновским лучам, представляет собой электромагнитное излучение сверхвысоких энергий. Это излучение очень малых длин волн и очень высоких частот. С рентгеновскими лучами знаком каждый, кто проходил медицинское обследование. Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью, защититься от него можно лишь толстым слоем свинца или бетона. Рентгеновские и гамма-лучи не несут электрического заряда. Они могут повредить любые органы.

    Все виды радиоактивного излучения нельзя увидеть, почувствовать или услышать. Радиация не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Скорость распада радионуклидов практически нельзя изменить известными химическими, физическими, биологическими и другими способами. Чем больше энергии передаст излучение тканям, тем больше повреждений вызовет оно в организме. Количество переданной организму энергии называется дозой. Дозу облучения организм может получить от любого вида излучения, в том числе и радиоактивного. При этом радионуклиды могут находиться вне организма или внутри его. Количество энергии излучения, которое поглощается единицей массы облучаемого тела, называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в грэях (Гр).

    Читайте так же  Глаукома: причины, симптомы, лечение и профилактика

    При одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета- и гамма-излучений. Степень воздействия различных видов излучения на человека оценивают с помощью такой характеристики как эквивалентная доза. разному повреждать ткани организма. В системе СИ ее измеряют в единицах, называемых зивертами (Зв).

    Радиоактивным распадом называется естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием γ-фотона. Т.о. гамма-излучение — основная форма уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений.

    Альфа-распад. β-лучи представляют собой поток ядер гелия Не. Альфа-распад сопровождается вылетом из ядра α-частицы (Не), при этом первоначально превращается в ядро атома нового химического элемента, заряд которого меньше на 2, а массовое число – на 4 единицы.

    Скорости, с которыми α-частицы (т.е. ядра Не) вылетают из распавшегося ядра, очень велики (~106 м/с).

    Пролетая через вещество, α-частица постепенно теряет свою энергию, затрачивая ее на ионизацию молекул вещества, и, в конце концов, останавливается. α-частица образует на своем пути примерно 106 пар ионов на 1 см пути.

    Чем больше плотность вещества, тем меньше пробег α-частиц до остановки. В воздухе при нормальном давлении пробег составляет несколько см, в воде, в тканях человека (мышцы, кровь, лимфа) 0,1-0,15 мм. α-частицы полностью задерживаются обычным листком бумаги.

    α- частицы не очень опасны в случае внешнего облучения, т.к. могут задерживаться одеждой, резиной. Но α-частицы очень опасны при попадании внутрь человеческого организма, из-за большой плотности производимой имим ионизации. Повреждения, возникающие в тканях не обратимы.

    Бета-распад бывает трех разновидностей. Первый – ядро, претерпевшее превращение, испускает электрон, второе – позитрон, третье – называется электронный захват (е-захват), ядро поглощает один из электронов.

    Третий вид распада (электронный захват) заключается в том, что ядро поглощает один из электронов своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:

    Скорость движения β-частиц в вакууме равна 0,3 – 0,99 скорости света. Они быстрее чем α-частицы, пролетают через встречные атомы и взаимодействуют с ними. β–частицы обладают меньшим эффектом ионизации (50-100 пар ионов на 1 см пути в воздухе) и при попадании β-частицы внутрь организма они менее опасны чем α-частицы. Однако проникающая способность β-частиц велика (от 10 см до 25 м и до 17,5 мм в биологических тканях).

    Гамма-излучение – электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях, которое распространяется в вакууме с постоянной скоростью 300 000 км/с. Это излучение сопровождает, как правило, β-распад и реже – α-распад.

    γ-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (при меньшей длине волны). γ–лучи, являясь электрически нейтральными, не отклоняются в магнитном и электрическом полях. В веществе и вакууме они распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника, не вызывая прямой ионизации, при движении в среде они выбивают электроны, передавая им часть или всю свою энергию, которые производят процесс ионизации. На 1см пробега γ-лучи образуют 1-2 пары ионов. В воздухе они проходят путь от нескольких сот метров и даже километров, в бетоне – 25 см, в свинце – до 5 см, в воде – десятки метров, а живые организмы пронизывают насквозь.

    Читайте так же  Как повысить концентрацию внимания: эффективные упражнения для самых рассеянных

    γ-лучи представляют значительную опасность для живых организмов как источник внешнего облучения.

    Виды радиоактивных излучений.

    Каков состав радиоактивного излучения? Оказалось, что радиоактивные вещества испускают три типа лучей, различающихся по своим физическим свойствам. Эти три компоненты обнаруживаются в результате пропускания радиоактивного излучения солей урана через сильное магнитное поле (рис. 1).

    Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Биологическое действие ионизирующих излучений.

    Рис. 1. Виды радиоактивных излучений

    А именно, излучение радиоактивного препарата, находящегося внутри свинцового контейнера с узким каналом, направляется на фотопластинку. В отсутствии магнитного поля на фотопластинке наблюдается одно тёмное пятно. Но если пропустить излучение сквозь область магнитного поля, то пятен становится три — одно на прежнем месте и два по бокам от него на разных расстояниях. Это означает, что радиоактивное излучение в магнитном поле распалось на три существенно различные части.

    То, что две компоненты отклонились в разные стороны, означает, что они являются соответственно потоками положительных и отрицательных зарядов. Третья компонента, не отклоняющаяся магнитным полем, электрического заряда не несёт.

    Положительно заряженной компоненте была присвоена буква ; её называли -излучением, -лучами или потоком -частиц. Альфа-лучи достаточно слабо отклонялись магнитным полем. Тщательные исследования Резерфорда показали, что -частицы — это полностью ионизованные атомы гелия, то есть ядра гелия.

    Отрицательно заряженная компонента была названа -излучением (или -лучами ). Они отклонялись магнитным полем значительно сильнее, чем -частицы. Бета-лучи оказались потоком электронов, мчащихся со скоростями, близкими к скорости света.

    Нейтральная компонента получила название -излучения (или -лучей). (Электромагнитная природа гамма-излучения была установлена экспериментально: обнаружилась дифракция гамма-лучей на кристаллических решётках. Эти же опыты позволили измерить и длину волны гамма-излучения. Гамма-лучи оказались электромагнитными волнами чрезвычайно высокой частоты — выше, чем у рентгеновского излучения.) Соответственно, проникающая способность гамма-лучей также больше, чем у рентгеновских лучей. Среди трёх компонент радиоактивного излучения наибольшей проникающей способностью также обладают гамма-лучи — они могут пробиться сквозь слой свинца толщиной в несколько сантиметров. Сильнее поглощаются веществом бета-лучи: тут хватит нескольких миллиметров свинца, чтобы поглотить их полностью. Слабее всего проникают сквозь вещество -частицы: они не могут, например, пройти через лист бумаги

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *