Радиоактивность и ионизирующее альфа-бета-гамма излучение

Радиоактивность и ионизирующее альфа-бета-гамма излучение

Что такое радиоактивность.

В природе встречаются как стабильные, так и не стабильные изотопы. Ядра некоторых нуклидов нестабильны, в них число нейтронов превосходит число протонов. Ядра таких нестабильных изотопов обладают способностью самопроизвольно превращаться в другие ядра или переходить из возбужденного состояния в основное. Этот процесс называется радиоактивным распадом. Он может сопровождаться испусканием альфа-частиц, бета-частиц, нейтронов или излучением

гамма-квантов. Нуклиды (изотопы), способные к радиоактивному распаду, называется радионуклидами (радиоизотопами).

Явление самопроизвольного распада ядер с испусканием гамма-квантов или частиц и гамма-квантов, называется радиоактивностью.

Радиоактивные изотопы (радионуклиды) характеризуются величиной активности, видом излучения (α-, β-, у-), энергией излучаемых частиц и гамма-излучения, а также периодом полураспада.

Активность радиоактивного вещества.

Важнейшая характеристика радионуклида, среди других свойств — его радиоактивность, то есть количество распадов в единицу времени (число ядер, которое распадаются в 1 секунду).

Единица активности радиоактивного вещества — Беккерель (Бк).

1 Беккерель = 1 распад в секунду.

Значение величины радиоактивности, выраженной в Беккерелях, может быть очень большим. Так, например, тело взрослого человека содержит приблизительно 4000 Беккерель естественного (природного) радиоактивного вещества калий-40.

До сих пор еще используют внесистемную единицу активности радиоактивного вещества — Кюри (Ки). 1 Ки = 3.7*1010 Бк.

Период полураспада радиоактивного вещества.

Период полураспада (Т1/2) — мера скорости радиоактивного распада вещества — время, которое требуется для того, чтобы радиоактивность вещества уменьшилась наполовину, или время, которое требуется для того, чтобы распалась половина ядер в веществе.

Рисунок 1.8. Период полураспада радионуклидов.

По истечении времени, равного одному периоду полураспада радионуклида, его активность уменьшится в два раза от первоначальной величины, по истечению двух периодов полураспада — в 4 раза, и так далее. Расчет показывает, что по истечению времени равного десяти периодам полураспада радионуклида, его активность уменьшится примерно в тысячу раз.

Периоды — полураспада различных радиоактивных изотопов (радионуклидов) имеют значения от долей секунды до миллиардов лет. Радиоактивные изотопы, имеющие периоды полураспада менее суток -месяцев, называют короткоживущими, а более нескольких месяцев- долгоживущими.

ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

Всякое излучение сопровождается выделением энергии. Когда, например, ткань тела человека подвергнута облучению, часть энергии будет передана атомам, которые составляют эту ткань.

Излучение, которое несет достаточное количество энергии, способно к удалению электронов из атомов. Этот процесс называется ионизацией, а излучение, способное удалить электрон из атома, называется ионизирующим (в отличие, например, от электромагнитного излучения солнца, которое таковым не является).

Нестабильные нуклиды стремятся перейти в устойчивое состояние. Они

могут выделять свою избыточную энергию в процессе распада. Распад означает, что радиоактивный нуклид испускает ионизирующее излучение в форме частиц или электромагнитных волн (гамма-квантов).

В быту ионизирующее излучение ошибочно называется радиоактивным излучением. Правильное выражение — ионизирующее излучение. Мы рассмотрим процессы альфа-, бета- и гамма-излучения. Все они происходят при распаде атомных ядер радиоактивных изотопов элементов.

Альфа-излучение.

На рисунке 1.9 нестабильное ядро находится в процессе излучения своей избыточной энергии за счет испускания частицы, которая является яром гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов. Эта частица называется-альфа частица и обозначается греческим символом α.

Альфа-частицы — положительно заряженные ядра гелия, обладающие высокой энергией.

Рисунок 1.9. Альфа-излучение.

Ионизация вещества альфа-частицей.

На рисунке 1.10 альфа-частица проходит близко от атома. Когда альфа-частица проходит в непосредственной близости от электрона, она притягивает его и может вырвать с нормальной орбиты. Атом теряет электрон и таким образом преобразуется в положительно заряженный ион. Так альфа-частицы обычно ионизируют вещество.

Рисунок 1.10. Ионизация вещества альфа-частицей.

Ионизация атома требует приблизительно 30-35 еV (электрон-вольт) энергии. Таким образом, альфа-частица, обладающая, например, 5 000 000 еV энергии в начале ее движения, может стать источником создания более чем 100 000 ионов прежде, чем она перейдет в состояние покоя.

Масса альфа-частиц примерно в 7 000 раз больше массы электрона. Большая масса альфа-частиц определяет прямолинейность прохождения через электронные оболочки атомов при ионизации вещества.

Альфа-частица теряет маленькую часть своей первоначальной энергии на каждом электроне, который она отрывает из атомов вещества, проходя через него. Кинетическая энергия альфа-частицы и ее скорость при этом непрерывно уменьшаются. Когда вся кинетическая энергия израсходована, α-частица приходит в состояние покоя. В этот момент она захватит два электрона и, преобразовавшись в атом гелия, теряет свою способность ионизировать материю.

Бета-излучение.

На рисунке 1.11 показан пример излучения бета-частицы, которая обозначается символом β. Бета-излучение — это процесс испускания электронов непосредственно из ядра атома. Электрон в ядре создается при распаде нейтрона на протон и электрон. Протон остается в ядре, в то время как электрон испускается в виде бета-излучения.

Рисунок 1.11. Бета-излучение.

Ионизация вещества бета-частицей.

На рисунке 1.12 показан возможный ход событий, когда вылетевший из ядра радионуклида электрон (β-частица) выбивает один из орбитальных электронов стабильного химического элемента. Эти два электрона имеют одинаковый электрический заряд и массу. Поэтому, встретившись, электроны оттолкнутся друг друга, изменив свои первоначальные направления движения.

Рисунок 1.12. Ионизация вещества бета-частицей.

Когда атом теряет электрон, то он превращается в положительно заряженный ион.

Гамма-излучение.

Гамма-излучение обозначается символом — у. Гамма-излучение не состоит из частиц, как альфа- и бета-излучения. Оно, также как свет Солнца, представляет собой электромагнитную волну (рис. 1.13). Гамма-излучение это — электромагнитное (фотонное) излучение, состоящее из гамма-квантов и испускаемое при переходе ядер из возбужденного состояния в основное при ядерных реакциях или аннигиляции частиц.

Это излучение имеет высокую проникающую способность вследствие того, что оно обладает значительно меньшей длиной волны, чем свет и радиоволны.

Энергия гамма-излучения может достигать больших величин, а скорость распространения гамма-квантов равна скорости света. Как правило, гамма-излучение сопутствует альфа и бета-излучениям, так как в природе практически не встречаются атомы, излучающие только гамма-кванты. Гамма-излучение сходно с рентгеновским излучением, но отличается от рентгеновского излучения природой происхождения, длиной электромагнитной волны и частотой.

Рисунок 1.13. Испускание атомом гамма-излучения.

Ионизация вещества гамма-излучением.

Гамма-излучение, проходящее через вещество, имеет возможность ионизировать это вещество, передавая свою энергию электронам атомов, составляющих его. Энергия излучения постепенно уменьшается. Поскольку гамма-излучение не имеет никакого

электрического заряда, его способность ионизировать атомы вещества меньше, чем у альфа- и бета-излучения. Воздействие гамма-излучения на вещество, приводящее к отрыву электрона от электронной оболочки атома, изображено на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14. Ионизация вещества гамма-излучением.

 

ФГУН «Санкт-Петербургский НИИ радиационной гигиены имени профессора П.В. Рамзаева», 2011

Шутов В.Н., Кадука М.В., Кравцова О.С., Прахоменко В.И., Самойленко В.М. Защита от радиации. Научно-популярное пособие. — Спб., 2011.-88с.

Художник Мельникова Т.Ю.

Ссылка на основную публикацию