2 Лекция (19.09.2025) «Продолжение 1 лекции»

Альфа-излучение (α-излучение) – ионизирующее излучение, представляющее собой поток относительно тяжелых частиц (ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов), испускаемых при ядерных превращениях и движущихся со скоростью 20000 км/с. Энергия α-частиц составляет порядка нескольких мегаэлектрон-вольт и различна для разных радионуклидов. При этом некоторые радионуклиды испускают α-частицы нескольких энергий. Считается тяжёлым излучением. Ядра гелия заряжены положительно. При распаде ядер α-лучей энергия постоянна. Характеризуются слабой проникающей способностью, способны задерживаться листком бумаги, практически не способны проникать через наружный слой кожи, поэтому внешне эти лучи считаются безопасными, но внутренне они очень опасны. Их путь идёт несколькими способами: порезы ран, через пищу и т.д. Попадая в организм, данные радиоактивные α-лучи разносятся потоком крови по организму, накапливаются в тканях и органах и оказывают мощное энергетическое воздействие. α-лучи имеют прямолинейный пробег.

Бета-излучение (β-излучение) – поток β-частиц (электронов и позитронов), обладающих большей проникающей способностью в сравнении с α-излучением. β-лучи возникают при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением некоторых свойств протонов и нейтронов. β-лучи имеют разный запас энергии, величина пробега при распаде не одинаковая. Путь β-лучей при распаде извилистый. Они способны легко изменять направление движения под действием электрических полей встречных атомов и обладают крайне мало массой. Пробег β-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Если α-лучи представляют опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то β-излучение представляет опасность только при его интенсивности.

α-β-лучи попадают внутрь организма, накапливаются, оказывают энергетическое воздействие на генетические изменения на структуру ткани. Некоторые изотопы (уран 135, уран 137) с β-излучением имеют длительный период полураспада. Попадая внутрь организма, они будут облучать его годами, пока не приведут к онкологическим заболеваниям.

Фотонное излучение включает в себя рентгеновское и γ-излучение. После радиоактивного распада атомное ядро конечного продукта часто оказывается в возбужденном состоянии. Переход ядра из этого состояния на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние) происходит с испусканием гамма-квантов, поэтому они образуют жёсткое электромагнитное поле. γ-лучи представляют собой поток коротковолновых электромагнитных волн, испускаемых возбуждёнными атомами, ядрами или возникающие при радиоактивном превращении атомных ядер.

Электромагнитное излучение отличается условиями образования и определёнными свойствами, такими как: длина волны, энергия. γ-лучи лишены массы покоя, поэтому их кванты (фотоны) существуют только в движении. γ-лучи не имеют заряда и поэтому в электрическом и магнитном полях не отклоняются; распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника. Распространяются со скоростью света, имеют высокую проникающую способность, значительно большую, чем α и β – частицы; их может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. Чем выше энергия γ-излучения и соответственно меньше длина его волны, тем выше проникающая способность.

В отличие от γ-излучения рентгеновское имеет атомное происхождение, образуется в возбуждённых атомах при переходе электронов с удаленных орбит на более близкую к ядру орбиту или возникает при торможении заряженных частиц в веществе. Соответственно, первое имеет дискретный энергетический спектр и называется характеристическим, второе – непрерывный спектр и называется тормозным. Таким образом, можно сделать вывод, что наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, а наименьшей - α–лучи. Ионизирующая способность α- и β-лучей очень высокая, γ-лучи – низкая. Рентгеновское излучение имеет радиоактивную природу, открыто немецким учёным Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 году. Особенностью этих лучей является то, что они возникают при торможении быстрых электронов в электрическом поле атомов тяжёлых металлов, обладают большей проникающей способностью и слабой ионизирующей способностью, поэтому широко используются в медицине.

Нейтронное излучение – это техногенное излучение, которое возникает в различных ядерных взрывах, реакторах, лабораторных и промышленных установок. Сами нейтроны представляют собой электрически нейтральные, нестабильные частицы, которые благодаря тому, что у них отсутствует заряд, отличаются большой проникающей способностью при слабой степени взаимодействия с веществом. Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани причиняют клеткам серьёзный ущерб, так как обладают значительной массой и более высокой скоростью, чем у α-излучения.

В зависимости от энергии нейтроны подразделяют на следующие типы: медленные или тепловые (со средней энергией∼0,025 эВ); резонансные (с энергией до 0,5 кэВ); промежуточные (с энергией от 0,5 кэВ до 0,5 МэВ); быстрые (с энергией от 0,5 до 20 МэВ); сверхбыстрые (с энергией свыше 20 МэВ). Проникающая способность нейтронного излучения сравнима с γ-излучением. Тепловые нейтроны эффективно поглощаются материалами, содержащими бор, графит, свинец, литий, гадолиний и некоторые другие вещества; быстрые нейтроны эффективно замедляются парафином, водой, бетоном и др.

На рис.1 представлены характеристики α-, β- и γ-излучений.

Рисунок 1 – Характеристики α-, β- и γ-излучений

Под радиационным фоном принято понимать ионизирующее излучение от природного источника космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклеидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

Радиационный фон воздействует на население земного шара, имея относительно постоянный уровень.

Естественный радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение, действующее на человека на поверхности земли от природных источников космического и земного происхождения. Технологически измененный естественный радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение от природных источников, которые в процессе функционирования образовывают определенные изменения в процессе деятельности человека.

Искусственный радиационный фон обусловлен радиоактивностью продуктов ядерных взрывов, а также отходами ядерной энергетики и авариями.

Мерой радиационного фона является мощность экспозиционной дозы, при этом, в ядерной физике имеется в виду мощность поглощённой в воздухе дозы на местности за счëт внешних источников облучения.