Види радіоактивного розпаду

α-розпад полягає в самочинному перетворенні важких ядер з випромінюванням а -частинок. Схему α-розпаду можна подати з урахуванням правила зміщення так: ^A_ZX→^A-4 _Z-4Y+⁴₂He

α-частинки покидають ядро зі швидкістю декілька тисяч км/с. Свою енергію вони витрачають на іонізацію та збудження молекул, утворюючи в повітрі до 50 000 пар іонів на одному сантиметрі шляху. Пробіг α-частинки в середовищі з густиною р доти, доки її енергія не зменшиться до значення енергії теплового руху, можна виразити так: R=k(E^3/2/ρ), де k=4,15x10^-4

Пробіг α-частинки в рідинах, живому організмі становить 10... 100 мкм. Втрачаючи енергію, а-частинка в речовині приєднує два електрони і перетворюється в атом гелію.

β-розпад властивий ядрам, нестабільність яких пов'язана з несприятливим співвідношенням кількості протонів та нейтронів (N/Z)

Якщо в ядрі переважає кількість нейтронів, то відбувається електронний β-розпад ядра; один нейтрон перетворюється у протон і електрон: ¹₀n→¹¹p+⁰_-1e+ν.

Електрон викидається, тоді в ядрі стає стійкішим співвідношення між нуклонами. Водночас з ядра викидається нейтральна частинка з дуже малою масою — антинейтрино.

Рівняння електронного бета-розпаду запишеться так: ^A_ZX→^A_Z+1Y+⁰_-1e+ν

Якщо у ядрі більше протонів, ніж нейтронів, то відбувається позитронний розпад за схемою: ¹₁p→¹₀n+⁰₁e+ν, ^A_ZX→^A _Z-1Y+⁰₁β+ν

Позитронний β-розпад спостерігається в деяких штучно отриманих ізотопах. У β-випромінюванні одного і того ж елемента наявні частинки з різною енергією, тому спектр цього випромінювання суцільний.

Перетворення протона в нейтрон можливе також у результаті захоплення ядром одного з електронів із найближчої орбіти: ¹₁p+⁰_-1e→¹₀n

Це явище називається електронним або К-захопленням. Тоді ^A_ZX+⁰_-1e→^A_Z-1 Y

На відміну від α-частинки, β-частинки розсіюються також на електронах. Кут розсіювання може перевищувати 90°. Пробіг β-частинок у повітрі становить від 10 см до декількох метрів, у воді та живій тканині — декілька міліметрів. Іонізуюча здатність α-частинок у 1000 разів більша, ніж β-частинок ( - 50 пар іонів/см). Під час проходження через середовище β-випромінювання зумовлює процеси збудження та іонізації і, як наслідок, хімічні, фотохімічні, біологічні та інші ефекти. Поглинання β-випромінювання описується за експоненціальним законом: I=I₀e^-µx , де µ — коефіцієнт поглинання.

На практиці використовують товщину шару половинного послаблення D , а саме: якщо I=I₀/2, а x=D, то I₀/2=I₀e^-µD, 1/2 =e^-µD; ln 1-ln 2 = -µD, ln 1=0, ln 2=µD, µ=0,693/D, D=0,693/µ.

Результати підрахунків свідчать, що для зменшення інтенсивності β-випромінювання вдвічі потрібний шар алюмінію товщиною 0,4 мм (ρ_Аl = 2,7кг/м³) або шар води товщиною 1,1 мм. З точки зору іонізації, збудження, розсіювання, поглинання між β^- - і β⁺-частинками різниці немає. Тривалість життя позитрона мала, він взаємодіє з електроном і в результаті утворюються два γ-фотони.

β-частинка, втрачаючи енергію, може перебувати у вільному тепловому русі або приєднатись до атома й утворити негативний іон.

Часто буває, що яке-небудь радіоактивне ядро цілком не віддає своєї надлишкової енергії під час вивільнення частинки. Тоді новоутворене ядро перебуває у збудженому стані. Збуджене ядро віддає надлишок своєї енергії за час 1013... 1018 с при одному або декількох актах взаємодії у вигляді γ-фотонів і тоді стає стабільним. γ-випромінювання виникає переважно не самостійно, а супроводжує корпускулярне випромінювання.

γ-фотони мають велику проникну здатність. У тканини організму γ-випромінювання проникає на велику глибину або проходить крізь тіло людини. Іонізуюча здатність γ-випромінювання невелика (декілька пар іонів на 1 см). Втрачаючи енергію, γ-фотон поглинається електроном, з яким він востаннє зіткнувся.

Для кількісної оцінки взаємодії радіоактивних частинок з речовиною вводять питому густину іонізації, питому гальмівну здатність та лінійний пробіг.

Лінійна густина іонізації (i) — це кількість пар іонів, утворених на одиниці пробігу (l) частинки: i=dN/dl.

Чим вищий порядковий номер і більша густина речовини, тим з більшою кількістю електронів стикається частинка на одиниці шляху і тим інтенсивнішою є іонізація й меншою глибина-проникання її у речовину.

Питома гальмівна здатність ( S ) — це втрата енергії частинкою на одиниці шляху: S=dE/dl.

Лінійний пробіг частинки (R) визначається шляхом, пройденим нею до повної втрати іонізуючої здатності. R визначає проникну здатність частинки; чим менше R, тим менша її проникна здатність.

Взаємодія частинок з речовиною залежить від їхньої енергії, природи, виду та стану речовини. Усе сказане вище є важливим для розробки методів захисту від іонізуючого випромінювання.