3.9. Іонізуюче випромінювйння

Іонізуючим випромінюванням називається випромінювання, взаємодія якого з речовиною призводить до утворення в цій речовині іонів різного знака. Іонізуюче випромінювання складається із зарядже­них і незаряджених частинок, до яких відносяться також фотони.

Розрізняють корпускулярне і фотонне іонізуюче випромінювання.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання - потік елементарних частинок з масою спокою, відмінною від нуля, що утворюються при радіоактивному розпаді, ядерних перетвореннях або такі, що генеруються на прискорювачах. До нього відносяться: а- і Р-частинки, нейтрони (п), прогони (р) та ін.

α-випромінювання - це потік частинок, що є ядрами атома гелію і володіють двома одиницями заряду. Енергія б-частинок, що випускаються різними радіонуклідами, лежить у межах 2-8 МеВ. При цьому всі ядра цього радіонукліда випускають б-частинки, що володіють однією і тією ж енергією.

β-випромінювання - це потік електронів або позитронів. При розпаді ядер β-активного радіонукліда, на відміну від α-розпаду, різні ядра цього радіонукліда випускають β-частки різної енергії, тому енергетичний спектр β-частинок безперервний.

Нейтрони (нейтронне випромінювання) - нейтральні елемен­тарні частинки. Оскільки нейтрони не мають електричного заряду, під час проходження через речовину вони взаємодіють тільки з ядрами атомів. Внаслідок цих процесів утворюються або заряджені частинки (ядра віддачі, протони, нейтрони), або у-випромінювання, що викликають іонізацію.

Фотонне випромінювання - потік електромагнітних коливань, що поширюються у вакуумі з постійною швидкістю 300000 км/с. До нього належать γ-випромінювання, гальмове і рентгенівське випромінювання.

Однакові за природою ці види електромагнітних випромінювань відрізняються умовами утворення, а також властивостями: довжиною хвилі й енергією.

Так, γ-випромішовання випускається при ядерних перетвореннях або при анігіляції частинок.

Гальмове випромінювання - пов'язано зі зміною кінетичної енергії заряджених частинок, має безперервний спектр і виникає в середовищі, що оточує джерело в-випромінювання, в рентгенівських трубках, в прискорювачах електронів і т.п.

Рентгенівське випромінювання - сукупність гальмового і характеристичного випромінювань, діапазон енергії фотонів яких становить 1 кеВ - 1 МеВ.

Випромінювання характеризуються за їх іонізуючою і проникаючою здатністю.

Іонізуюча здатність випромінювання визначається питомою іонізацією, тобто числом пар іонів, створюваних частинкою в одиницю об'єму маси середовища або на одиниці довжини шляху. Випроміню­вання різних видів володіють різною іонізуючою здатністю.

Проникаюча здатність випромінювань визначається величиною пробігу. Пробігом називається шлях, пройдений частинкою в речовині до її повної зупинки, зумовленої тим або іншим видом взаємодії.

α-частинки володіють найбільшою іонізуючою здатністю і найменшою проникаючою. їхня питома іонізація змінюється від 25 до 60 тис. пар іонів на 1 см шляху в повітрі. Довжина пробігу цих часток у повітрі становить кілька сантиметрів, а в м'якій біологічній тканині - кілька десятків мікрон.

β-випромінювання має істотно меншу іонізуючу здатність і велику проникаючу. Середня величина питомої іонізації в повітрі становите близько 100 пар іонів на 1 см шляху, а максимальний пробіг досягає декількох метрів при великих енергіях.

Найменшою іонізуючою здатністю і найбільшою проникаючою володіють фотонні випромінювання. У всіх процесах взаємодії електромагнітного випромінювання із середовищем частина енергії перетворюється на кінетичну енергію вторинних електронів, які, проходячи через речовину, викликають іонізацію. Проходження фотонного випромінювання через речовину взагалі не може бути охарактеризовано поняттям пробігу. Ослаблення потоку електро­магнітного випромінювання в речовині підкоряється експонентному законові і характеризується коефіцієнтом ослаблення, який залежить від енергії випромінювання і властивостей речовини.

Відкриття іонізуючого випромінювання пов'язано з ім'ям французького вченого А. Беккерсля. У 1896 р. він знайшов сліди якихось випромінювань, залишених мінералом, що містить уран, на фотографічних пластинках. У 1898 р. Марія Кюрі і її чоловік П'єр Кюрі встановили, що після випромінювань уран мимовільно послідовно перетворюється в інші елементи. Цей процес перетворення одних елементів на інші, що супроводжується іонізуючим випромінюванням, Марія Кюрі назвала радіоактивністю. Так була відкрита природна радіоактивність, якою володіють елементи з нестабільними ядрами. У 1934 р. було доведено, що, впливаючи нейтронами на ядра стабільних елементів, можна одержати ізотопи зі штучною радіоактивністю.

Таким чином, розрізняють природні і технічні джерела іонізуючого випромінювання. До природного належать космічні, а також земні джерела, що створюють природне опромінення. До технічного належать джерела, спеціально створені для корисного застосування випромінювання.