36. Ионизирующие излучения и их характеристика.
Ионизирующие излучение – излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков.
По своей природе ионизирующие излучение может быть корпускулярным, то есть состоящим из частиц с массой покоя, отличной от нуля(– и –частиц, протонов, нейтронов и др.), либо электромагнитным (гамма и рентгеновское излучение).
Альфа – излучение представляет собой поток –частиц, то есть ядер гелия, характеризующихся массовым числом 4 и положительным зарядом 2. При радиоактивном распаде одновременно с вылетом –частицы исходный атом теряет 2 электрона из внешней оболочки. Начальная скорость частиц достигает 20 000 км/с. Если бы –частица не встречала препятствий, она могла бы за 2 секунды облететь вокруг земного шара. Однако в действительности на своем пути она испытывает множество столкновений с молекулами газов воздуха. В результате этих столкновений десятки тысяч молекул подвергаются ионизации, а сама –частица быстро теряет скорость. Длина пробега –частицы в воздухе не превышает 10 см и зависит от начальной скорости частицы, а в биологических тканях до 0,1 мм. Лист бумаги полностью задерживает –частицы. Большую опасность для организма человека представляет внутреннее облучение –частицами, которое образуется при распаде радиоактивных веществ, попавших внутрь организма с воздухом, пищей и водой.
При –излучении первоначальное ядро превращается в ядро атома нового химического элемента, заряд (число протонов) которого меньше первоначального на 2, а массовое число на 4 единицы. Новый элемент в таблице Менделеева перемещается на две клетки влево (например, радий 226 превращается в радон 222).
Бета – излучение представляет собой поток отрицательно или положительно заряженных частиц с массовым числом 1/1820, выбрасываемых ядрами радиоактивных атомов при электронном и позитронном распаде.
Электронный распад – это процесс, в результате которого нейтрон ядра превращается в протон. Новый элемент будет нести заряд (число протонов) на 1 единицу больше и по таблице Менделеева передвигается на одну клетку вправо (например, стронций 90 превращается в иттрий 90). При электронном распаде из ядра вылетает с большой скорость электрон и анти-нейтрино, массовое число остается без изменения.
Позитронный распад – это процесс, в результате которого протон превращается в нейтрон, а заряд ядра уменьшается на 1. Вновь образовавшийся элемент смещается в таблице Менделеева на одну клетку влево (например, углерод 11 превращается в бор 11). При позитронном распаде из ядра вылетает позитрон и нейтрино.
По массе и ионизирующей способности –частицы уступают –частицам. Скорость пробега –частиц в воздухе близка к скорости света (270 000 км/с). Длина их пробега в воздухе до 20 м, а в биологических тканях – до 1 см, что зависит от энергии частиц. При внешнем воздействии на организм –частицы могут вызвать радиационное поражение кожи и глаз, но большую опасность представляет внутреннее облучение. Одежда поглощает до 50 % –частиц.
Существует еще электронный захват, когда ядро захватывает электрон из ближайшего К-слоя электронной оболочки, в результате чего протон, соединясь с электроном, превращается в нейтрон. Этот процесс сопровождается испусканием нейтрино и рентгеновского излучения. Атомы с одинаковым силом протонов, но с разным количеством нейтронов, называются изотопами (например, йод 131, йод 132, йод 135 и т. д. содержат в ядрах по 53 протона и, соответственно, по 78, 79 и 82 нейтрона).
Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов, скорость которых достигает 300 000 км/с. Нейтроны характеризуются массовым числом 1 и отсутствием заряда. Пролетая через электронную оболочку атома нейтрон не оказывает воздействия на атом, не ионизирует его. В результате путь пробега нейтрона в воздухе и в других материалах большой. При столкновении нейтрона с электроном, находящегося на любом энергетическом уровне в атоме, возникает ионизация вещества. Столкновение нейтрона с атомом вещества приводит к атомным реакциям с сильной ионизацией вещества с образованием других излучений. При этих ядерных реакциях образуются радиоактивные изотопы, которые при дальнейшем распаде вызывают дополнительную ионизацию:
Процесс самопроизвольных превращений ядер атомов неустойчивых элементов называют радиоактивным распадом. Акт распада возникает спонтанно, его нельзя ни ускорить, ни замедлить, ни остановить.
Для характеристики устойчивости радиоактивных веществ используется понятие периода полураспада, то есть промежутка времени, в течение которого половина атомов радиоактивного вещества распадается. Период полраспада для различных изотопов изменяется от микросекунд до миллионов лет. Например, период полураспада атома натрия с массовым числом 24 составляет 15 часов, а йода с массовым числом 131 – 8 суток.
Гамма – излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. По своей природе – излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (при меньшей длине волны). Ионизирующее действие – излучения значительно слабее, чем у –частиц и –частиц (в соотношении приблизительно 100 000 () : 1 000 () : 1 ()). Проникающая способность у – излучения очень высока. Так – излучение полностью задерживается листочком алюминия толщиной 0,1 мм, для полного поглощения – излучения необходим уже слой алюминия толщиной 5 мм, тогда как нейтронное и – излучения такой пластинкой почти не задерживаются.