Вопрос 3. Радиоактивное излучение и его виды

Радиоактивность сопровождается излучением. Опыты показали, что интенсивность излучения не зависит от внешних условий.

Она не изменяется при изменении температуры, давления, вида химического соединения, агрегатного состояния, под действием электрических и магнитных полей.

Радиоактивное излучение имеет сложный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщепляется на три компонента: - лучи.

рис.1

Альфа – лучи

– лучи отклоняются электрическим и магнитным полями. Представляют собой поток атомных ядер гелия , называемых - частицами. На рис.1 показано отклонение а - частиц магнитным полем. Каждая а - частица несет 2 элементарных положительных заряда +2е и обладает массовым числом 4. -частицы вылетают из ядер радиоактивных элементов со скоростями от 14000 до 20000 км/с, что соответствует кинетическим энергиям от 4 до 9 МэВ, а также высокой ионизирующей способностью и малой проникающей (например, поглощаются слоем алюминия, толщиной 0,06мм или слоем биологической ткани толщиной 0,12мм).

Пролетая сквозь вещество, - частица ионизирует его атомы, действуя на них своим электрическим полем («выбивает» электроны из атомов вещества). Израсходовав энергию на ионизацию атомов - частица остановится; при этом она захватывает 2 электрона (из имеющихся в веществе свободных электронов) и превращается в атом гелия.

Путь, проходимый -частицей в веществе (до остановки), называется ее пробегом или проникающей способностью, а число пар ионов, создаваемых – частицей на пробеге, называется ионизирующей способностью. Очевидно, что чем больше ионизирующая способность частицы, тем меньше ее пробег.

Пробег – частиц в воздухе (при нормальном давлении) составляет ( )См, а их ионизирующая способность равна ( ) пар ионов (в среднем 30000 пар ионов на 1См пробега). Таким образом, -частица обладает высокой ионизирующей способностью, но небольшой проникающей способностью.

Бета – лучи

– частицы отклоняются электрическим и магнитным полями. Представляют собой поток быстрых электронов или позитронов (при искусственных превращениях ядер). Масса – частиц в 7350 раз меньше массы – частицы.

Средняя скорость – частицы составляет ~ 160000 Км/с. На рис.1 показано отклонение – частиц магнитным полем. В отличие от – излучения – излучение имеет сплошной энергетический спектр, т.е. содержит – частицы со всевозможными значениями энергии (или всевозможными значениями скорости). Ядра одного и того же радиоактивного элемента выбрасывают – частицы со скоростью, близкой к нулю, и со скоростью, близкой к скорости света.

Энергия – частиц лежит в пределах от сотых долей мегаэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт. Ионизирующая способность в среднем в 100 раз меньше, а пробег во столько раз больше, чем у а - частицы. Пробег в воздухе – частиц ~ 40м, в алюминии – 2 см, в биологической ткани – 6 см.

– излучения характеризуются сплошным энергетическим спектром. Энергия, уносимая – частицами из ядер, оказывается меньше энергии, испускаемой ядрами при – распаде. Этот экспериментальный факт не согласуется с законом сохранения энергии. В связи с этим В. Паули в 1931г. высказал гипотезу о том, что при каждом акте распада – частицы вместе с ней из ядра выбрасывается еще одна крайне легкая, незаряженная частица - нейтрино - . Экспериментально нейтрино было обнаружено в 1956г. американскими физиками Ф. Рейнсом и К. Коуэном. Масса нейтрино 0,0005 массы электрона. Поэтому нейтрино сложно обнаружить (почти неуловима).

Нейтрино и – частица совместно уносят из ядра всегда одну и ту же энергию. Но в различных актах – распада эта энергия распределится между нейтрино и – частицей по – разному (случайно), чем и объясняется сплошной спектр – излучения.