Сведения по ядерной физике. Ионизирующее излучение
Содержание
Всякое излучение сопровождается выделением энергии. Например, если ткань тела подвергнута облучению, то часть энергии будет передана атомам, которые составляют эту ткань.
Излучение, несущее достаточное количество энергии, способно к удалению (вырыванию) электронов из атомов. Этот процесс называется ионизацией, а само излучение - ионизирующим излучением. Излучение должно обладать достаточной энергией для ионизации, тогда его можно характеризовать как ионизирующее.
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - это излучение, взаимодействие которого со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул.
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.
В этом курсе мы рассмотрим процессы альфа-, бета- и гамма-излучения. Все они происходят из атомного ядра.
Альфа-излучение
На рисунке 1.9 нестабильное ядро находится в процессе излучения своей избыточной энергии в форме испускания частицы, которая является ядром гелия, то есть она состоит из двух протонов и двух нейтронов. Эта частица называется, альфа - частица и ее символом является - греческий символ α
Альфа-излучение - положительно заряженные ядра гелия, обладающие высокой энергией.
Ионизация
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 преобразовывается в ион. Так альфа-частицы обычно ионизируют вещество.
Ионизация атома требует приблизительно 30-35 эВ электрон-вольт (eV) энергии. Таким образом, альфа-частица, обладающая 5 000 000 эВ энергии в начале ее движения может стать источником создания более чем 100 000 ионов прежде, чем она приходит в состояние покоя.
Масса альфа-частиц в 7 000 раз больше массы электрона. Поэтому, большая масса альфа-частиц определяет прямолинейность их прохождения через электронные оболочки атомов при ионизации вещества.
Альфа-частица теряет маленькую часть своей первоначальной энергии на каждом электроне, который она отрывает из атомов материи, проходя через нее. Кинетическая энергия альфа-частицы и ее скорость при этом непрерывно уменьшается. Когда вся кинетическая энергия потрачена, частица приходит в состояние покоя. Только 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 β. Бета-излучением является процесс испускания электронов непосредственно из ядра атома.
Электрон в ядре создается при распаде нейтрона в протон и электрон. Протон остается в ядре, в то время как электрон испускается как бета-излучение.
Ионизация
На рисунке 1.12 показан возможный ход событий, когда прилетевший электрон (β частица) выбивает один из орбитальных электронов стабильного химического элемента.
Эти два электрона имеют одинаковый электрический заряд и массу. Поэтому, встретившись, они оттолкнутся друг от друга, изменив| свои первоначальные направления движения.
Когда атом теряет электрон, то он превращается в положительно заряженный ион.
Бета-излучение - поток бета-частиц (электронов или позитронов), обдладающий большей проникающей способностью, чем у альфа-частиц, но меньшей, чем у гамма-излучения.
Гамма-излучение
Символом гамма-излучения является - γ.
Гамма-излучение не состоит из частиц, как альфа- и бета-излучения. Оно также как свет Солнца представляет собой электромагнитную волну.
Рисунок 1.13 Испускание атомом гамма-излучения.
Как правило, гамма-излучение сопутствует излучению какого-либо другого вида излучения, так как в природе практически не встречаются вещества, излучающие только гамма- кванты. Гамма-излучение отличается от рентгеновского излучения природой происхождения, длиной электромагнитной волны и частотой.
Ионизация
Гамма-излучение, проходящее через вещество имеет возможность ионизировать это вещество, передавая свою энергию электронам атомов, составляющих его. Излучение постепенно уменьшается.
Поскольку гамма-излучение не имеет никакого электрического заряда, его способность ионизировать вещество намного 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.
Гамма-излучение (гамма-кванты) - коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны меньше 2*10-10 м. Из-за малой длины волны волновые свойства гамма- излучения проявляются слабо, и на первый план выступают корпускулярные свойства, в связи с чем его представляют в виде потока гамма-квантов (фотонов). Являясь одним из трех основных видов радиоактивных излучений, гамма-излучение сопровождает распад радиоактивных ядер. Из всех видов радиоактивных излучений гамма-излучение обладает самой большой проникающей способностью. Гамма-излучение возникает не только при радиоактивных распадах ядер, но и при аннигиляции частиц и античастиц, в ядерных реакциях, при торможении быстрых заряженных частиц в веществе (тормозное излучение), при распаде мезонов и входит в состав космического излучения.
