6 Проявление радиоактивности

Эффекты взаимодействия частиц, образующихся при ядерных превращениях с веществом, в том числе и с живыми объектами, разнообразен, но первым действием является ионизация атомов и молекул вещества.

Ионизующие излучения - излучения, взаимодействие которых со средой приводит, в конечном счёте, к ионизации атомов и молекул. К ионизующим излучениям относятся: электромагнитное излучение, потоки α- частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов и др. заряженных и нейтральных частиц. Заряженные частицы ионизуют атомы среды непосредственно при столкновениях, если их кинетическая энергия достаточна для ионизации. При прохождении через среду потоков нейтральных частиц (нейтронов) или фотонов (квантов рентгеновского и γ-излучений) ионизация обусловлена вторичными заряженными частицами, возникающими в результате взаимодействия первичных частиц со средой.

Ионизующие излучения играют большую роль в различных физических и химических процессах, в биологии, медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Многие химические реакции под влиянием такого излучения осуществляются с большей лёгкостью или протекают при значительно меньших температурах и давлениях. Ионизующие излучения применяются для стерилизации, пастеризации и хранения пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и т. д. В результате их действия можно получить разнообразные мутации у микроорганизмов и растений. В тоже время  ионизующие излучения при больших дозах действуют разрушительным образом на вещество.

6.1 Ионизация

Ионизация - образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. Этим термином обозначают как элементарный акт (ионизация атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов (ионизация газа, жидкости).

Ионизированные газы и жидкости обладают электропроводностью, что, с одной стороны, лежит в основе разнообразных применений процессов ионизации, а с другой стороны, даёт возможность измерять степень ионизации этих сред, т. е. отношение концентрации заряженных частиц в них к исходной концентрации нейтральных частиц.

Процессом, обратным ионизации, является рекомбинация ионов и электронов - образование из них нейтральных атомов и молекул. Защищенный от внешних воздействий газ при обычных температурах в результате рекомбинации очень быстро переходит в состояние, в котором степень его ионизации пренебрежимо мала. Поэтому поддержание заметной ионизации в газе возможно лишь при действии внешнего ионизатора (потоки частиц, фотонов, нагревание до высокой температуры). При определённой концентрации заряженных частиц ионизованный газ превращается в плазму, резко отличающуюся по своим свойствам от газа нейтральных частиц.

6.1.1 Потенциал ионизации

Важное значение в процессах ионизации играет потенциал ионизации - физическая величина, определяемая отношением наименьшей энергии, необходимой для однократной ионизации атома (или молекулы), находящегося в основном состоянии, к заряду электрона. Это также - мера энергии ионизации, которая равна работе вырывания электрона из атома или молекулы и характеризует прочность связи электрона в атоме или молекуле. Потенциал ионизации принято выражать в в, численно он равен энергии ионизации в эв.

На рисунке 27. показано поглощение фотона с энергией ниже потенциала ионизации. Электрон при этом переходит на более высокую орбиту. При излучении фотона, он возвращается на основную орбиту.

На рисунке 28. электрон поглощает фотон с энергией равной потенциалу ионизации, или превышающей его. Электрон при этом покидает поле влияния ядра атома. При этом образуется два иона – один из них представлен электроном с отрицательным зарядом, другой, положительный, ядром и остальными электронами, в случае многоэлектронного атома.

Для атомов величина первого потенциала ионизации, соответствующего удалению наиболее слабо связанного электрона из нейтрального атома в основном состоянии, составляют от 3,894 в для Cs до 24,587 в для He. Они периодически изменяются в зависимости от атомного номера Z (рисунок 29.). Первые потенциалы ионизации величины того же порядка, что и для атомов, и обычно составляют от 5 до 15 в.

Ионизационный потенциал возрастает при повышении степени молекул того же порядка вели ионизации атома. Например, потенциал ионизации для нейтрального атома Li равен 5,392 в (первый потенциал ионизации), для Li⁺ — 75,638 в (второй потенциал ионизации) и для Li⁺⁺ — 122,451 в (третий потенциал ионизации).

Рисунок 28 - Поглощение электроном фотона с энергией потенциала ионизации. Электрон, поглощает энергию, равную потенциалу ионизации или выше его и покидает пределы атома. При этом образуется пара ионов