Некоторые характеристики ионизирующих излучений.

a - лучи или частицы (обозначают a или – ядра атомов гелия, состоящие из 2-х протонов и 2-х нейтронов) – поток ядер гелия, обладающих малой проникающей способностью (пробег в биологических тканях 30 – 120 мкм).

b- лучи или частицы (обозначают , ) – поток электронов или позитронов, обладают проникающей способностью, примерно в 100 – 200 раз большей, чем у a-частиц с такой же энергией, но ионизирующая способность b-лучей значительно меньше ионизирующей способности a-частиц.

g- лучи – коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий) типа рентгеновских лучей, но меньшей длины волны и с большой проникающей способностью.

Количественная оценка ионизирующего излучения была установлена вначале для рентгеновского излучения, так называемая экспозиционная доза излучения, ее единицей измерения является 1 Р (рентген).

Для изучения последствий облучения живых организмов введена эквивалентная доза облучения. Ее единицей измерения служит 1 Зв (зиверт), названа в честь шведского радиобиолога Г.Р. Зиверта.

Используется также единица эквивалентной дозы облучения 1 бэр (1 Зв = 100 бэр).

Естественный фон радиации обнаружен и измеряется с середины XX в. Для регистрации экспозиционной дозы используют дозиметры. Диапазон измеряемой мощности составляет от 10 до 1000 мкР/ч.

На практике мощность (интенсивность) радиоактивного фона (радиоактивное заражение местности) измеряют в (мкР/ч) и (мкЗв/ч): 1 мкР/ч » 0,01 мкЗв/ч.

Человек подвергается облучению двумя путями. Внешнее облучение осуществляется радиоактивными веществами вне организма (космические лучи дают около половины внешнего облучения). С высотой растет уровень внешнего облучения.

Радиоактивные вещества, попавшие в организм с пищей, водой и воздухом, создают внутреннее облучение. Люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, получают относительно высокую дозу облучения.

В земной коре все элементы с порядковыми номерами больше 83 являются радиоактивными. В настоящее время человек дополнительно создал сотни искусственных радионуклидов и научился использовать их в самых разных целях.

Интенсивность радиоактивного распада изотопов сильно варьируется, но является величиной постоянной для данного вида радиоактивного изотопа, т.е. за равные промежутки времени распадается всегда равная доля атомов данного изотопа. Доля нераспавшихся атомов радионуклида определяется законом радиоактивного распада: ,

где N₀ – начальное число атомов, N_t – число нераспавшихся атомов через интервал времени t, l = const для данного распада, характеризует долю распавшихся атомов за единицу времени (с^-1).

Интенсивность радиоактивного распада выражается периодом полураспада Т, т.е. интервалом времени, в течение которого начальное количество радиоактивного изотопа уменьшается в 2 раза. Период полураспада: .

Средняя продолжительность жизни радиоактивного изотопа: по истечении которого, активность радиоактивного изотопа уменьшается в е » 2,73 раз.

Корпускулярно-волновой дуализм

По гипотезе физика-теоретика Макса Планка (1858-1947), в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена в неделимых порциях – квантах. Энергия каждой такой порции определяется частотой Е = hn ( ),

где h ( ) – постоянная Планка (квант действия), n или - частота колебаний.

Представление об излучении порциями (квантами) стало фундаментом для создания квантовой теории. «Открытие Планка стало основой для всех исследований в физике XX в. … оно поставило перед наукой задачу: найти новую познавательную основу для всей физики» - оценка А. Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн переносит идею квантования на излучение вообще и вводит понятие дискретности света, создает квантовую теорию света. Свет, согласно его корпускулярной структуре, не только излучается квантами, но и распространяется и поглощается квантами.

С квантами света стали ассоциировать реальные элементарные частицы – фотоны (термин американского физика-химика Г. Льюиса, 1929 г.). Эйнштейновское представление о фотонах стало основой для создания им же теории фотоэффекта: под действием электромагнитных волн происходит выбивание электронов из вещества.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: , А – работа (в эВ) выхода электронов из металла, - кинетическая энергия электронов после вылета.

Исследуя процессы излучения, Эйнштейн установил, что свет одновременно обладает и корпускулярными, и волновыми свойствами (1909 г.). Свет стал представлять собой единство противоположных свойств.

Таким образом, физика начала XX в. выразила диалектическое единство двух противоположностей – частицы и волны как корпускулярно-волновой дуализм (двойственность).

Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул идею распространения принципа корпускулярно-волнового дуализма света на все частицы микромира, имеющие массу покоя (1924 г.). Любой частице с массой m, движущейся со скоростью v, соответствует волна с длиной ,

h – постоянная Планка (квант действия), p – импульс частицы

Гипотеза де Бройля экспериментально подтвердилась открытием дифракции электронов на кристаллах (К. Дэвиссон, Л. Джермер), т.е. открытием волнового характера в поведении электронов. Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица, и как волна разрушал традиционные классические представления. Форма частицы подразумевает сущность, заключенную в малом объеме или в конечной области пространства, тогда как волна распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два описания реальности являются взаимоисключающими, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые явления.

Принципиальное положение квантовой механики – принцип дополнительности Н. Бора (1927 г.): получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (например, атом), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами являются, например координата частицы и ее импульс (или скорость).

В соответствии с принципом дополнительности волновое и корпускулярное описание микропроцессов не исключают и не заменяют, а дополняют друг друга. Для представления о микрообъекте необходим синтез этих двух описаний. Квантовый объект – это не частица и не волна, это «нечто», которое не дано нам в ощущениях; его познает сила нашего интеллекта, опираясь на опыт.

Принцип дополнительности может служить научной основой для решения и таких (глобальных) проблем, как противоречий между естественнонаучной и гуманитарной культурами, наукой и искусством; противоречий в межнациональной, социальной и других сферах жизни.