Основні види іонізуючих випромінювань
Існують різні види іонізуючого випромінювання, які відрізняються за своєю природою, енергією, глибиною проникнення в речовину і ступеня впливу на живі організми. Виділяють дві групи іонізуючих випромінювань: корпускулярні і електромагнітні (фотонні).
Корпускулярне випромінювання (альфа-, бета-, протонне, нейтронне і т.д.) яв ляется собою потік часток, що швидко рухаються. Електромагнітне (фотонное) випромінювання (рентгенівське, гамма-випромінювання) - це різновид електромагнітних хвиль. Всі види електромагнітних хвиль випромінюваних і переносять енергію в просторі строго визначеними порціями - квантами або фотонами.
Альфа-випромінювання (α) - це потік позитивно заряджених частинок. Кожна альфа-частинки складається з двох протонів і двох нейтронів, які міцно пов'язане між собою. Фактично, альфа-частинки являють собою ядра атомів гелію 4. Альфа-частинки утворюються при ядерному розпаді важких радіоактивних еле ментів. Прикладом може служити розпад ядер радію - 226Ra:
В результаті альфа-розпаду заряд ядра зменшується на 2 відносні одиниці, а його маса - на 4 атомні одиниці маси, тобто положення отриманого в результаті розпаду атома зміщується в Періодичній системі елементів на 2 позиції вліво.
При попаданні в речовина альфа-випромінювання вільні, позитивно заряджених ні альфа-частинки віддають свою енергію переважно електронів атомів. Получ а надлишкову енергію електрон втрачає зв'язок з ядром і залишає атом, який перетворюється в позитивно заряджений іон. Як вільна частка електрон може існувати в провідниках, деякий час - в газах; зазвичай він незабаром приєднається до іншого атому або молекули, веде до утворення негативно заряджених іонів. Тільки в рідкісних випадках альфа-частинки при зіткненні можуть проникати в ядра атомів і викликати ядерні перетворення. Через відносно великий розмір і електричний заряд, альфа-частинки взаємодіють з усіма атомами, які зустрічаються на шляху їх руху. Тому в будь-якій речовині альфа-випромінювання швидко втрачає свою енергію і проникає в нього неглибоко.
У біологічні тканини альфа-випромінювання проникає на глибину менше 0,7 мм. Тому при зовнішньому опроміненні організму альфа-випромінювання, в основ- ному, поглинається зовнішнім шаром шкіри і практично не представляє небезпеки. за винятком тих випадків, коли альфа-промені потрапляють на слизову оболонку очей. Альфа-випромінюючі радіонукліди можуть проникати всередину ор ганизма через відкриту рану, з їжею, з повітрям. Опромінюючи внутрішні органи людини, альфа-частинки можуть викликати серйозні порушення в клітинах біо логічних тканин.
Фахівці в галузі радіаційної безпеки вважають, що при однаковій енергії альфа випромінювання приблизно в 20 разів перевершує бета- і гамма-випромінювання по здатності викликати порушення в біологічних тканинах людини.
Бета-випромінювання (β) - це потік вільних електронів, які швидко рухаються. За розмірами і масі вони значно поступаються альфа-частинок. Так, маса електрона в 7344 рази менше маси альфа-частинки. Заряд електрона в абсолютній величині вдвічі менше заряду альфа-частинки.
В основі бета-розпаду лежить те, що відбувається в ядрі атома, перетворення нейтрона в протон (спрощено):
В результаті бета-розпаду заряд ядра атома збільшується на одиницю, а його маса залишається практично без змін. Положення атома, отриманого в результа ті такого розпаду, зміщується в Періодичній системі елементів на одну позицію вправо. Енергія бета-частинок, що випускаються радіонуклідами, знаходиться в межах від 0,02 до 14 МеВ, а швидкість може досягати 0,99 швидкості світла.
При цьому природні радіонукліди випромінюють бета-частинки з енергією до 3,5 МеВ.
При проходженні через речовину бета-частинки втрачають свою енергію. Про ні передають її речовина при взаємодії з ядрами і електронами атомів. Поведінка бета-частинок в речовині залежить від їх енергії. Бета-частинки, що володіють відносно низькими енергіями (менше 0,5 МеВ), при взаємодії з ядрами і електро нами атомів під дією кулонівських сил змінюють напрямок свого руху. Відбуватися так зване пружне розсіяння бета-частинок на ядрах і електронах атомів, при чому, в основному - на ядрах. Бета-частинки з більш високими значеннями енергії здатні вибивати електрони з атомів, тобто іонізувати речовину.
Якщо енергія бета-частинок вище 1 МеВ, їх взаємодія з електронами і ядра ми атомів призводить до уповільнення руху бета-частинок і виникнення електро магнітного випромінювання. Цей процес називають радіаційним гальмуванням, а що виникає електромагнітне випромінювання - гальмівним випромінюванням.
В результаті радіаційного гальмування бета-частинки втрачають значну кількість енергії. Через маленьку масу і невеликий заряд електрона бета-частинки іонізуючого ють речовина в меншій мірі, ніж альфа-частинки такої ж енергії. Тому енергія бета-частинки витрачається на більшій відстані, ніж енергія альфа-частинки. В результаті, при однаковій енергії пробіг бета-частинок в речовині значно перевищує пробіг альфа-частинок. При цьому траєкторія руху бета-частинки є ламаною лінією, тому сумарна довжина шляху бета-частинки значно перевищує відстань, на яке випромінювання проникає в речовину.
Пробіг бета-частинок в речовині залежить від енергії бета-частинок, хімічно го складу і щільності речовини. У повітрі пробіг бета-частинок, випускаються радіонуклідами, може досягати 1-2 м. Якщо людина одягнений в легкий одяг, він затримує частину бета-частинок. Решта бета-частинки можуть проникати че рез шкіру на глибину в кілька міліметрів. При опроміненні оголених ділянок тіла бета-частинки можуть проникати на глибину 1-2 см, викликаючи незначні поврежде ня біологічних тканин. Таким чином, при зовнішньому опроміненні бета випромінювання радіонуклідів не представляє значну небезпеку для людини.
Гамма-випромінювання (γ) і рентгенівське випромінювання відносяться до електромагнітних (фотонним) випромінюванням. Вони характеризуються коро ТКІМ довжинами хвиль (великими частотами) і, як будь-який електромагнітне випромінювання, випускаються строго визначеними порціями (квантами, або фото нами). Обидва види випромінювання відрізняються високою енергією фотонів.
Гамма-випромінювання (γ) і рентгенівське випромінювання мають однакову природу, їх кванти (фотони) не несуть електричного заряду. Обидва види з лучения представляють собою електромагнітні хвилі, які, як і всі види електромагніт-них хвиль, що поширюються у вакуумі зі швидкістю світла (300000 км / с). Відрізняє ся ці різновиди електромагнітного випромінювання по довжині хвилі і енергії фотонів. Рентгенівське випромінювання має довжини хвиль від 10 до 100 нм.
Гамма-випромінювання - це електромагнітні хвилі з довжиною хвилі менше 0,2 нм. В спектрі електромагнітного випромінювання ці промені займають крайнє поло ження і охоплюють область найбільш коротких довжин хвиль. Чіткої межі між гамма випромінюванням і рентгенівським випромінюванням немає. Енергія фотонів гамма-випромінювання зазвичай більше, ніж енергія фо тонів рентгенівського випромінювання. Однак в перехідній області від одного ви так випромінювання до іншого енергія фотонів рентгенівського випромінювання може виявитися вище енергії фотонів гамма-випромінювання. Відрізняються ці види випромінювання і по способам отримання. Рентгенівське випромінювання можна отримати штучно в рентгенівській трубці.
Гамма-кванти випромінюються в тих випадках, коли після радіоактивного рас пада (альфа- і бета-) ядро виявляється у збудженому стані. Подібно збудженому атома, таке ядро переходить в основний стан (з мінімальною енергією), випус кая фотон. При розпаді радіонуклідів зазвичай випромінюються гамма-кванти з енергією від 10 до 5000 кілоелектрон-вольт (кеВ).
Рентгенівське випромінювання утворюється при гальмуванні заряджених частинок. які бомбардують мішень в електричному полі, і при взаємодії заряджених частинок високих енергій з електронами внутрішніх електронних оболонок атома. Такі частинки здатні вибивати електрони з внутрішніх оболонок атома. Атома ми з незаповненими місцями у внутрішніх електронних оболонках надзвичайно нестійкі. Вивільнені місця можуть заповнювати електрони із зовнішніх електрон них оболонок. При цьому атоми переходять в більш стійкий стан, а надлишкова енергія випускається у вигляді квантів рентгенівського випромінювання.
Як альфа- і бета-частинки, гамма-кванти іонізують речовину, проте іонізація речовини гамма-випромінюванням має свої особливості. При проходженні через речовину гамма-кванти можуть передавати свою енергію електронам атомів. Якщо енергія електрона після взаємодії з гамма-квантом перевищує енергію його зв'язку з ядром, то електрон, отримавши додаткову енергію, залишає атом. Освічені таким способом вільні електрони називають фотоелектронами. Поява в речовині вільних електронів під дією електромагнітного випромінювання називають фотоефектом. Фотоефект спостерігається при енергіях гамма квантів від 0,01 до 1 МеВ. У цьому випадку саме фотоелектрони, в основному, і призводять до іонізації середовища при проходженні гамма-випромінювання че рез речовина. Тому такий спосіб іонізації речовини називають непрямим.
Гамма-випромінювання має високу проникаючу здатність. Через високу проникливої здатності захиститися від гамма-випромінювання можна тільки товстим шаром щільного матеріалу (наприклад, свинцю або бетону) Товщина шару мате ріалу, необхідного, щоб зменшити інтенсивність випромінювання в 2 рази, називаються вають шаром половинного ослаблення. Шар половинного ослаблення гамма випромінювання з енергією гамма-квантів 1 МеВ для різних речовин становить:
• свинець - 13 см,
• залізо - 3,3 см,
• бетон - 26 см,
• вода - 26 см.
Поділитися "Основні види іонізуючих випромінювань"