99. Основные свойства альфа гамма и бета излучений естественных радиоактивных веществ
альфа, бета- (группа корпускулярных излучений), гамма-излучения- (группа волновых).
Корпускулярные представляют собой потоки невидимых элементарных частиц, имеющих массу и диаметр. Волновые излучения имеют квантовую природу. Это электромагнитные волны в сверхкоротковолновом диапазоне.
Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна: длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра. Лист плотной бумаги полностью задерживает их. Надежной защитой от альфа-частиц является также одежда человека.Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.
Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см. На практике бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц. Поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма.
Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны 10~8—10~и см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц.Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной: воды — 23 см, стали — около 3, бетона — 10, дерева — 30 см.Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец, который для этих целей используется наиболее часто.
100.Действие радиации на человека
По сравнению с другими повреждающими факторами ионизирующее излучение (радиация) изучено лучше всего. Как радиация действует на клетки? При делении атомных ядер высвобождается большая энергия, способная отрывать электроны от атомов окружающего вещества. Этот процесс называется ионизаций, а несущее энергию электромагнитное излучение – ионизирующим. Ионизированный атом меняет свои физические и химические свойства. Следовательно, изменяются свойства молекулы, в которую он входит. Чем выше уровень радиации, тем больше число актов ионизации, тем больше будет поврежденных клеток. Погибшие клетки организм замещает новыми в течение дней или недель, а клетки-мутанты эффективно выбраковывает. Этим занимается иммунная система. Но иногда защитные системы дают сбой. Результатом в отдаленном времени может быть рак или генетические изменения у потомков, в зависимости от типа поврежденной клетки (обычная или половая клетка). Ни тот, ни другой исход не предопределен заранее, но оба имеют некоторую вероятность. Самопроизвольные случаи рака называют спонтанными. Если установлена ответственность того или иного агента за возникновение рака, говорят, что рак был индуцированным.
Если доза облучения превышает природный фон в сотни раз, это становится заметным для организма. Важно не то, что это радиация, а то, что защитным системам организма труднее справляться с возросшим числом повреждений. Из-за участившихся сбоев возникает дополнительные «радиационные» раки. Их количество может составлять несколько процентов от числа спонтанных раков.
Очень большие дозы, это — в тысячи раз выше фона. При таких дозах основные трудности организма связаны не с измененными клетками, а с быстрой гибелью важных для организма тканей. Организм не справляется с восстановлением нормального функционирования самых уязвимых органов, в первую очередь, красного костного мозга, который относится к системе кроветворения. Появляются признаки острого недомогания — острая лучевая болезнь. Если радиация не убьет сразу все клетки костного мозга, организм со временем восстановится. Выздоровление после лучевой болезни занимает не один месяц, но дальше человек живет нормальной жизнью.Вылечившись после лучевой болезни, люди несколько чаще, чем их необлученные сверстники болеют раком.На несколько процентов.Это следует из наблюдений за пациентами в разных странах мира, прошедшими курс радиотерапии и получившими достаточно большие дозы облучения, за сотрудниками первых ядерных предприятий, на которых еще не было надежных систем радиационной защиты, а также за пережившими атомную бомбардировку японцами, и чернобыльскими ликвидаторами. Среди перечисленных групп самые высокие дозы были у жителей Хиросимы и Нагасаки. За 60 лет наблюдений у 86,5 тысяч человек с дозами в 100 и более раз выше природного фона было на 420 случаев смертельного рака больше, чем в контрольной группе (увеличение примерно на 10 %). В отличие от симптомов острой лучевой болезни, которые проявляются через часы или дни, рак возникает не сразу, может быть, через 5, 10 или 20 лет. Для разных локализаций рака скрытый период разный. Быстрее всего, в первые пять лет, развивается лейкоз (рак крови). Именно это заболевание считается индикатором радиационного воздействия при дозах облучения в сотни и тысячи раз выше фона.
Доза от естественных источников в год
Источник
Бета-излучение
В отличие от фотонов заряженные частицы теряют свою энергию в конденсированной фазе сравнительно небольшими порциями в результате многократных столкновений с электронами среды.
Прохождение бета-частиц через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями с ядрами и электронами тормозящей среды.
При энергии бета-частиц выше энергии связи электрона cядром (до ≈ 1 МэВ) основным механизмом потерь энергии является неупругое рассеяние на связанных электронах, приводящее к ионизации и возбуждению атомов (рис.10).
При больших энергиях электронов главным механизмом потерь энергии является радиационное торможение, при котором возникает тормозное излучение.
Одним из вариантов неупругого взаимодействия является К–захват.
Таким образом, процессы взаимодействия бета-частиц со средой характеризуются радиационным торможением и относительно большой потерей энергии или значительным изменением направления их движения в элементарном акте. Вследствие этого взаимодействия интенсивность пучка бета-частиц уменьшается почти по экспоненте с ростом толщины поглощающего слоя х, т.е. для бета-частиц справедлива формула (4).
Путь бета-частиц в веществе представляет ломаную линию, а пробег бета-частиц одинаковых энергий имеет значительный разброс. Это связано с тем, что масса бета-частиц крайне мала, поэтому вероятность упругого рассеяния на ядрах больше, чем у тяжелых частиц. В таблице 2 показана средняя глубина пробега бета-частиц в воздухе, биологической ткани и для примера в алюминии.
Итак, бета-частицы не имеют точной глубины проникновения, так как обладают непрерывным энергетическим спектром. Для грубой оценки глубины пробега бета-частиц пользуются приближенными формулами. Одна из них:
Rср/Rвозд = rвозд/rср (8)
где: Rср– длина пробега в среде; Rвозд– длина пробега в воздухе, Rвозд= 450 Eb;rвоздиrср– плотность воздуха и среды соответственно; Eb– энергия бета-частиц.
Альфа-излучение
Энергия альфа-частиц находится в пределах 4–10 МэВ, скорость примерно 20000 км/с. Имея большую массу и значительную энергию, они ее расходуют в основном на неупругое рассеяние на электронах атомов. Таким образом, альфа-частицы обладают большой ионизирующей способностью. В редких случаях альфа-частица может проникнуть в ядро и вызвать ядерную реакцию. Полная ионизация, создаваемая альфа-частицами на всем пути в среде, составляет примерно 120–150 тысяч пар ионов.
Пробеги бета-частиц
Максимальная энергия бета-частиц, Е, МэВ
Биологическая ткань, мм
Источник
Бета-излучение
Один из видов радиоактивного излучения, существующего в природе, — бета-излучение. Познакомимся с этим видом радиоактивности, с природой бета-лучей, с механизмом их возникновения.
Открытие бета-лучей
После открытия радиоактивности в конце XIX в. многие физики стали изучать природу и свойства радиоактивного излучения. Одним из таких физиков был Э. Резерфорд. В 1899 г. он поставил опыт по определению состава радиоактивного излучения.
В свинцовом контейнере находится радиоактивный препарат (как правило, соль радия). Через окно в контейнере радиоактивное излучение попадает на фотопластинку. Как и в опытах других физиков, на пластинке появлялась засвеченная область. Теперь, если на пути радиоактивного луча поместить сильное магнитное поле и если радиоактивный луч состоит из заряженных частиц, засвеченная область на фотопластинке сдвинется в сторону.
Опыт показал, что радиоактивное излучение имеет сложный состав. На фотопластинке после включения магнитного поля возникли три пятна. Это доказывало, что в радиоактивных лучах присутствуют частицы всех трех видов: тяжелые положительные, легкие отрицательные и нейтральные (неизвестного веса).
Положительная компонента радиоактивного излучения была названа альфа-лучами, отрицательная — бета-лучами, нейтральная — гамма-лучами.
Свойства бета-лучей
Бета-лучи сильно отклонялись в магнитном поле, следовательно, массы их были невелики. Измеряя степень отклонения бета-лучей магнитным полем с известной индукцией, установили, что эти лучи — не что иное, как поток электронов, движущихся с высокими скоростями.
В дальнейшем выяснилось, что бета-лучи — это результат действия особого, слабого взаимодействия, в результате которого нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева увеличивается на единицу, а массовое число остается прежним (протон и нейтрон весят практически одинаково).
Все эти обстоятельства и определяют свойства бета-излучения.
- Генерируется оно радиоактивными ядрами, имеющими избыток нейтронов (по сравнению с энергетически выгодными количествами).
- Электроны, из которых состоят бета-лучи, имеют энергии от нуля до десятков МэВ, летят с околосветовыми скоростями и поэтому достаточно глубоко проникают в вещество, а также способны на взаимодействие с веществом, ионизируя его.
- Для защиты от поля бета-излучения достаточно нескольких сантиметров плотного материала, однако если бета-частицы попадают внутрь организма, они становятся очень опасны. Мощности дозы хватит, чтобы вызвать тяжелые внутренние ожоги.
- Спектр энергии бета-лучей — непрерывный. Бета-частицы обладают всевозможными энергиями от нуля до некоторого максимального значения, которое определяется спецификой распадающегося элемента.
Исходя из квантового характера испускания частиц, спектр энергии бета-лучей должен быть линейчатым (как, например, спектр альфа-частиц). В рамках развивавшейся в то время квантовой теории непрерывность реального бета-спектра была необъяснима, поскольку она нарушала закон сохранения энергии. Поэтому В. Паули в 1930 г. выдвинул предположение, что часть энергии уносится частицей, очень слабо взаимодействующей с веществом. Этой частицей оказалось антинейтрино, зарегистрированное экспериментально в 1956 г. — частица, подтвердившая существование особого, слабого фундаментального взаимодействия.
Что мы узнали?
Бета излучение — это поток электронов, вылетающих с высокими скоростями из ядер при радиоактивном распаде. Этот распад происходит в результате особого, слабого взаимодействия. Бета-частицы имеют непрерывный энергетический спектр из-за того, что часть энергии уносится легкой безмассовой частицей антинейтрино.
Источник