Что такое ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение - поток элементарных частиц и/или квантов электромагнитного излучения, который создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков.

Фактически ионизирующее излучение является видом энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц при спонтанном распаде атомных ядер.

Спонтанный распад атомов, сопровождаемый выходом энергии в виде ионизирующего излучения, называется радиоактивностью. Нестабильные самопроизвольно распадающиеся изотопы химических элементов, испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Ионизация атомов среды, происходящая при взаимодействии её с излучением, обусловлена взаимодействием излучения с электронными оболочками и ядрами атомов, вследствие чего энергия квантов или частиц излучения поглощается электронами. В процессе ионизации нейтральных молекул возникают положительно и отрицательно заряженные ионы. Ионизация обычно происходит путем отрыва электронов внешних орбиталей. Количество энергии, достаточное для отрыва электрона от атома называется ионизационным потенциалом.

Источники ионизирующего излучения

Источник ионизирующего излучения - объект, содержащий радиоактивный материал или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение. Поэтому источником ионизирующего излучения можно считать все, что может вызывать облучение при испускании ионизирующего излучения или выбросе радиоактивных веществ или материалов, и может рассматриваться как единый источник в целях радиационной защиты и безопасности.

К естественным источникам ионизирующих излучений относятся космическое излучение и естественные радиоактивные вещества, находящиеся на поверхности и в недрах Земли, в атмосфере, воде, растениях и организмах всех живых существ, населяющих нашу планету.

Источниками космического излучения являются звездные взрывы в галактике и солнечные вспышки.

Солнечное космическое излучение не приводит к заметному увеличению дозы излучения на поверхности Земли.

Годовая доза облучения людей естественными источниками составляет примерно 30-100 мбэр (0,03-0,1 бэр). Известны пять географических районов на нашей планете, в которых естественный радиационный фон существенно выше, чем в других. Это Бразилия, Франция, Индия, о. Ниуэ в Тихом океане и Египет. Население, проживающее в этих районах, тщательно обследовали. Однако никакой связи между повышенным уровнем радиации и биологическими нарушениями не установлено.

К искусственным источникам ионизирующих излучений относятся: производства, связанные с использованием радиоактивных изотопов, атомные электростанции, транспортные и научно-исследовательские ядерно-энергетические установки, специальные военные объекты, рентгеновская техника и медицинская аппаратура лучевой терапии, а также бытовые излучатели.

Типы ионизирующего излучения

По физической природе ионизирующие излучения разделяются на два типа:

• электромагнитные излучения.
  Электромагнитные ионизирующие излучения представляют собой электромагнитные волны с определенной частотой и длиной волны, от которых зависит энергия квантов. Электромагнитные ионизирующие излучения могут иметь различное происхождение.
  Экспериментально доказано, что ионизирующим эффектом обладают все электромагнитные излучения с длиной волны меньше 100 нм.
  Электромагнитные ионизирующие излучения можно разделить на два типа, различающихся по происхождению и энергии квантов:
  
• рентгеновское излучение - представлено электромагнитными волнами с длиной волны в интервале 10^-3 - 10 нм, что соответствует энергии квантов от 1237 кэВ до 0,12 эВ. Рентгеновское излучение образуется при торможении получаемых в вакууме быстрых электронов.
• гамма-излучение - электромагнитное излучение, сопровождающее распад ядер радиоактивных элементов. Оно может возникать при ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц и их распаде. Это излучение обладает чрезвычайно малой длиной волны и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц - (гамма-квантов).
• корпускулярные излучения. Корпускулярные излучения являются потоком элементарных частиц или ядер атомов, обладающих высокими скоростями. Основными физическими характеристиками ионизирующей частицы являются масса покоя, ее электрический заряд и начальная энергия. Возникают корпускулярные ионизирующие излучения при радиоактивном распаде ядер неустойчивых изотопов.
  Различают естественную радиоактивность (самопроизвольный распад ядер неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную радиоактивность (наблюдается у изотопов, синтезированных посредством ядерных реакций в лабораторных условиях). Принципиального различия между ними нет, поскольку способ образования изотопа не влияет на его свойства и законы радиоактивного распада.
  Характер радиоактивного распада не зависит от вида химического соединения, агрегатного состояния вещества, температуры, давления, напряженности электрического и магнитного полей, т.е. от всех воздействий, которые могли бы привести к изменению состояния электронной оболочки атома. Следовательно, радиоактивные свойства элементов обусловлены лишь структурой их ядер. Радиоактивный распад - это естественное радиоактивное превращение ядер элементов, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, претерпевающее радиоактивный распад, называют материнским, возникающее ядро - дочерним.
• Альфа-излучение возникает при распаде атомных ядер и сопровождается испусканием α-частицы. Заряд α-частицы равен +2, масса равна 4 а.е.м. и совпадает с массой ядра гелия 2Не4. Соответственно, α-частица состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Таким образом, α-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, обладающих высокой скоростью.
  Альфа-частицы распространяются на небольшие расстояния: в воздухе - не более 10 см, в биоткани (живой клетке) - до 0,1 мм. Они полностью поглощаются листом бумаги и не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контакта с кожей.
• Бета-излучение возникает при β-распаде ядер радиоактивных изотопов. β-частицы представляют собой электроны (или позитроны), обладающие высокой скоростью. По своей физической природе эти электроны (позитроны) не отличаются от обычных электронов, входящих в состав атомов, т.е. имеют массу me= 9,11•10^-31 кг и заряд равный -1.
  Бета-частицы распространяются в воздухе на расстояния до 15 м, в биоткани (живой клетке) - на глубину до 15 мм, в алюминии - до 5 мм. Одежда человека почти наполовину ослабляет их действие. Они практически полностью поглощаются оконными стеклами и любым металлическим экраном толщиной в несколько миллиметров. Но при контакте с кожей они также опасны.
• Гамма-излучение - фотонное (электромагнитное) ионизирующее излучение, испускаемое при ядерных превращениях и распространяющееся со скоростью света. Гамма-частицы распространяются в воздухе на сотни метров и свободно проникают сквозь одежду, тело человека и значительные толщи материалов. Это излучение считают самым опасным для человека.