49. Понятие ионизирующего излучения

Радиоактивность – это свойство ядер определенных элементов самопроизвольно (без внешних воздействий) превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным излучением. Радиоактивность является исключительно свойством ядра атома и зависит только от его внутреннего состояния. На скорость радиоактивных превращений не оказывают изменения температуры, давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения радиоактивного элемента и его агрегатное состояние.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью; аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных радиоактивных веществах – искусственной радиоактивностью.

Радиоактивное излучение в поперечно-магнитном поле разделяется на 3 пучка – α, β и γ. Лучи, отклоняющиеся к отрицательно заряженной пластинке, условно были названы альфа-лучами; отклоняющиеся к положительно заряженной пластинке, – бета-лучами, а лучи не отклоняющиеся в магнитном поле – гамма-лучами.

Альфа-лучи (α-частицы) представляют собой ядра атомов гелия ( ), испускаемые некоторыми радиоактивными элементами и движущиеся со скоростью 20000 км/с. Они состоят из двух протонов и двух нейтронов; имеют двойной положительный заряд и большую массу, равную 4,003 а.е.м. Пробег α-частиц в воздухе составляет в зависимости от энергии 2-10 см, в биологических тканях – несколько десятков микрон. Так как α-частицы массивны и обладают сравнительно большой энергией, путь их в веществе прямолинеен; они вызывают сильно выраженный эффект ионизации и флуоресценции.

Ионизация, производимая α-лучами, обуславливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые протекают в веществе, в частности в биологической ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием α-лучей, вызывают большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность. Поэтому α-излучающие радиоактивные изотопы при попадании в организм крайне опасны для человека и животных. Вся энергия α-частиц передается клеткам и поражает их.

Бета-лучи (β-частицы) – это поток электронов или позитронов (элементарная частица, подобная электрону, но с положительным зарядом), испускаемых при β-распаде. Физическая характеристика электронов ядерного происхождения (масса, заряд), такая же, как и у электронов атомной оболочки. β-частица обозначается символом β^- (электронный распад) и β⁺ (позитронный распад).

В отличие от α-частиц β-частицы одного и того же элемента обладают различным запасом энергии. Это объясняется тем, что при β-распаде из атомного ядра вылетают одновременно с β-частицей нейтрино. Нейтрино – это электрически нейтральная частица, движущаяся со скоростью света, не имеющая массы покоя и обладающая большой проникающей способностью. Частица, испускаемая вместе с позитроном (β⁺), называется нейтрино (ν⁺), а испускаемая вместе с электроном (β^-) – антинейтрино (ν^-). Энергия, освобождаемая при каждом акте распада, распределяется между β-частицей и нейтрино. Если β-частица вылетает из ядра с большим запасом энергии, то нейтрино имеет малый уровень энергии и наоборот.

Пробег β-частиц в воздухе может составлять в зависимости от энергии до 25 м, в биологических тканях – до 1 см. скорость движения β-частиц в вакууме равна 1•10¹⁰ – 2,9•10¹⁰ см/с.

Проникающая способность β-частиц примерно в 100 раз выше, чем α-частиц. Полная и удельная ионизация, создаваемая β-излучением значительно меньше, чем у α-излучения.

Гамма-лучи (γ-кванты) представляют собой поток коротковолновых электромагнитных волн, испускаемых возбужденными атомными ядрами или при радиоактивном превращении атомных ядер (α-, β-распаде) и ядерных реакциях.

γ-кванты лишены массы покоя. Это значит, что кванты (фотоны) существуют только в движении. Они не имеют заряда и поэтому в электрическом и магнитном поле не отклоняются. В веществе и вакууме γ-лучи распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника. Скорость распространения их в вакууме равняется скорости света (3•10¹⁰ см/с).

γ-кванты не имеют заряда, массы покоя вызывают слабо ионизирующее излучение, но обладают большой проникающей способностью. Путь пробега в воздухе достигает 100-150 м.

таким образом, наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, а наименьшей – α-лучи. Ионизирующая способность α-лучей очень высокая, γ-квантов – низкая. β-лучи занимают в этом отношении промежуточное положение. Исходя из указанных свойств можно заключить, что радиоактивные вещества, испускающие α- и β-частицы, наиболее опасны при попадании внутрь организма. γ-лучи оказывают разрушающее действие как при нахождении источника внутри организма, так и вне его.

Рентгеновские лучи (X-лучи) – также как и γ-лучи, имеют электромагнитную природу. Они возникают при торможении быстрых электронов в электрическом поле атомов тяжелых металлов, обладают большой проникающей способностью и слабой ионизирующей способностью, вследствие чего широко используется в медицине в диагностических целях. Получают рентгеновские лучи искусственно в рентгеновских трубках, электронных ускорителях.

Нейтронное излучение – это излучение, состоящее из потока нейтронов. Нейтроны, в отличие от заряженных частиц не имеют электрического заряда, что позволяет беспрепятственно проникать вглубь атомов. Достигая ядер, они поглощаются либо рассеиваются на них. Выбивая атомы из стабильных состояний, нейтронное излучение создают наведенную радиоактивность в материалах или тканях организма. Нейтронное излучение является косвенно ионизирующим: образование ионов происходит под действием не самих нейтронов, а вторичных тяжелых заряженных частиц и γ-квантов. При этом γ-кванты вызывают образование сравнительно редко распределенных в облучаемой ткани ионов, в тяжелые заряженные частицы образуют ионы с настолько высокой плотностью, что расстояние между ними сравнимо с размерами клеточных структур. При нейтронном излучении преобладают процессы, приводящие к ионизации с высокой линейной передачей энергии, поэтому его называют также плотно ионизирующим.