Взаимодействие α-частиц с веществом.

По сравнению с другими частицами α-частицы являются физически и электрически достаточно большими, состоящими из четырех нуклонов и двух положительных зарядов. Во время движения α-частиц через поглотитель, они воздействуют электрическими силами на орбитальные электроны атома поглотителя. Орбитальные электроны переводятся на более высокие энергетические оболочки или покидают атом, образуя ионные пары.

α-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ. При движении α-частицы в веществе она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов при малой длине пробега и в результате очень быстро теряет энергию. Например, α-частица с энергией 3.5 МэВ имеет пробег приблизительно 20 мм и производит около сто тысяч пар ионов в воздухе. α-частица с такой же энергией пройдет в биологической ткани приблизительно 0.03 мм (или 30 мкм). Лист бумаги толщиной около 0,1 мм уже непрозрачен. То есть, если в опыте Резерфорда (Рис. 2) накрыть отверстие бумагой – α-частицы на фотобумаге не будут зафиксированы!

Воздействие α-частиц на человека.

Энергии α-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи, поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими α-частицами отсутствует. Внешнее α-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных α-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является ускоритель. Однако проникновение α-активных радионуклидов внутрь тела, когда облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма, весьма опасно для здоровья, поскольку большая плотность ионизации вдоль трека частицы сильно повреждает биомолекулы. Считается, что при равном энерговыделении (поглощённой дозе) эквивалентная доза, набранная при внутреннем облучении α-частицами с энергиями, характерными для радиоактивного распада, в 20 раз выше, чем при облучении гамма- и рентгеновскими квантами. Однако следует отметить, что линейная передача энергии высокоэнергичных α-частиц (с энергиями 200 МэВ и выше) значительно меньше, в связи с чем их относительная биологическая эффективность сравнима с таковой для γ-квантов и β-частиц.

Таким образом, опасность для человека при внешнем облучении могут представлять α-частицы с энергиями 10 МэВ и выше, достаточными для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова. В то же время большинство исследовательских ускорителей α-частиц работает на энергиях ниже 3 МэВ.

Гораздо большую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при α-распаде радионуклидов, попавших внутрь организма (в частности, через дыхательные пути или пищеварительный тракт). Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества, чтобы вызвать у пострадавшего острую лучевую болезнь, зачастую с летальным исходом.

Вывод.

α-распад имеет огромнейшее значение в жизни человека. В частности в радиоизотопной энергетике. Используемые α-радиоактивные изотопы во всевозможных радиоизотопных источниках энергии представляют собой наиболее мощные источники энергии, и в сравнении с β-радиоактивными изотопами выделяют на порядок большую энергию. Помимо этой области, α-распад ряда изотопов имеет огромное значение в производстве и применении разнообразных нейтронных источников, в которых используется α-нейтронная ядерная реакция с бериллием:

Наиболее технологически отработанные полоний-бериллиевый, Плутоний-238-бериллиевый источники нейтронов используются в самых разнообразных научных областях исследования, при нейтронно-активационных анализах вещества, при нейтронном каротаже буровых скважин и др. Самое главное – соблюдение всех мер безопасности. И тогда это явление природы можно использовать с пользой для человечества и без вреда для всего окружающего.