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.
Основными характеристиками ионизирующее излучение являются энергия частиц, их пробег в разных средах или проникающая способность, а также их ионизирующая способность (особенно в смысле опасности для биологических объектов).
Энергию частиц измеряют в электронвольтах (электрон-вольт, редко электроновольт; русское обозначение: эВ, международное: eV). Электрон-вольт - это энергия, которую приобретает электрон под действием электрического поля с разностью потенциалов (напряжением) в 1 Вольт.
1 эв = 1,602 176 634•10-12 эрг = 1,602 176 634•10-19 джоуля
Реальная энергия частиц ионизирующего излучения колеблется в широких пределах и составляет обычно тысячи и миллионы эВ, поэтому её выражают в кило- и мегаэлектрон-вольтах (кэВ и МэВ).
1 килоэлектрон-вольт (кэВ) = 103 эв
1 мегаэлектрон-вольт (МэВ) = 1 млн электронвольт,
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.
Также ионизирующее излучение может быть открытым и закрытым.
- Открытые источники ионизирующего излучения - это такие источники излучения, при использовании которых возможно попадание радионуклидов в окружающую среду.
При работе с такими источниками может происходить не только внешнее, но и дополнительное внутреннее облучение персонала. Это связано с поступлением радионуклидов в рабочую среду в виде газов, аэрозолей, а также твёрдых и жидких радиоактивных отходов.
Примером могут служить медицинские учреждения, где используют радиоактивные вещества для лечения и диагностики заболеваний - Закрытые источники ионизирующего излучения - это такие источники, устройство которых при нормальной эксплуатации исключает поступление радиоактивных веществ в окружающую среду.
В таких источниках радиоактивный материал заключён в оболочку (ампулу или защитное покрытие), что предотвращает контакт персонала с радиоактивным материалом и его поступление в окружающую среду свыше допустимых уровней в условиях применения и износа, на которые источник рассчитан.
По характеру действия закрытые источники ионизирующего излучения можно разделить на две группы: - Закрытые источники ионизирующего излучения непрерывного действия. К ним относятся гамма-установки различного назначения, нейтронные, бета- и гамма-излучатели.
- Закрытые источники ионизирующего излучения генерирующие излучение периодически. К ним относятся рентгеновские аппараты и ускорители заряженных частиц.
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, то есть 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, то есть 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 альфа-распаде атомных ядер и сопровождается испусканием альфа-частицы. Заряд альфа-частицы равен +2, масса равна 4 а.е.м. и совпадает с массой ядра гелия 2Не4. Соответственно, альфа-частица состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Таким образом, альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, обладающих высокой скоростью около 20 000 км/с.
Из-за относительно малой скорости и значительного заряда альфа-частицы распространяются на небольшие расстояния: в воздухе - не более 10 см, в биоткани (живой клетке) - до 0,1 мм. Из-за этого же они полностью поглощаются листом бумаги или одеждой и не представляют опасности для человека, за исключением случаев непосредственного контакта с кожей. - Бета-излучение возникает при бета-распаде ядер радиоактивных изотопов. Бета-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, то есть имеют массу me= 9,11•10-31 кг и заряд равный -1.
Бета-распад - наиболее распространённый вид радиоактивного распада (и вообще радиоактивных превращений), особенно среди искусственных радионуклидов. Он наблюдается практически у всех известных на сегодня химических элементов. Это означает, что у каждого химического элемента есть, по крайней мере, один бета-активный, то есть подверженный бета-распаду изотоп.
Бета-частицы в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (200-270 тыс. км/с). Их заряд меньше, скорость больше, а масса в 700 раз меньше массы альфа-частиц. Поэтому бета-частицы обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью, чем альфа-частицы: 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 бета-частицы опасны.
Бывает 2 вида бета распада
- Бета-минус распад - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-минус частицы - электрона, который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. При этом тяжёлый протон остаётся в ядре, а лёгкий электрон - бета-минус частица - с огромной скоростью вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро данного элемента превращается в ядро соседнего элемента справа - с большим номером.
- Бета-плюс распад - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-плюс частицы - позитрона (положительно заряженного "электрона"), который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. В результате этого (так как протонов стало меньше) данный элемент превращается в соседний слева (с меньшим номером, предыдущий). - Гамма-излучение - фотонное (электромагнитное) ионизирующее излучение, испускаемое при ядерных превращениях и распространяющееся со скоростью света. По своей природе гамма-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (меньшей длиной волны), испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Гамма-частицы распространяются в воздухе на сотни метров и свободно проникают сквозь одежду, тело человека и значительные толщи материалов.
Гамма-излучение считают самым опасным для человека.
Комментариев нет:
Отправить комментарий