Ионизирующее излучение. Часть 1: Основы основ
В статье ты узнаешь, как работает радиоактивность, какие виды радиоактивного распада существуют и куда стоит прятаться, если источник излучения оказался внутри твоей зоны комфорта.
В названии статьи сказано «Основы основ», и это вовсе не шутка. По некоторым данным, средний возраст посетителя данного ресурса составляет от 25 до 34 лет, а мой опыт подсказывает, что к этому моменту какие-то части школьной программы естественным образом выветриваются из головы, уступая место более важным (или приятным) вещам. Поэтому я начну с самого начала.
Итак, сперва упомянем то, что ты уже знаешь: вещество вокруг каждого из нас состоит из молекул. Молекула — это наименьшая частица вещества, сохраняющая все его химические свойства. Молекулы беспорядочно движутся в пространстве и средняя кинетическая энергия этого движения определяет температуру вещества.
Ещё ты точно помнишь, что молекулы, в свою очередь, состоят из атомов. Причём свойства атомов могут существенно отличаться от свойств молекулы, которую они образуют.
Пожалуй, самая попсовая молекула на свете: молекула воды (кто первым напишет в комментарии, что же смешного в этой картинке — будет упомянут во второй части этой статьи, как эксперт).
При нормальных условиях, как водород, так и кислород — газы. А вот вода при НУ очень даже жидкая. Молекула воды простая, как две (три) копейки, но существуют и куда более сложные соединения. К примеру, молекулы ДНК, о которых я ещё упомяну в следующих частях.
Пока что всё просто, но мы уже подбираемся к более интересным вещам. Атомы сделаны из ядер и электронов. Электроны движутся вокруг ядер по определённым орбиталям, и никак иначе. Максимальное количество электронов на каждой орбитали ограничено, причём заполняются они по очереди. То есть обычно все орбитали, кроме последней, заполнены до отказа и только на самой последней могут оставаться свободные места для новых электрончиков. Кстати, именно количество электронов на последней орбитали характеризует элемент: чем их больше – тем меньше свойства элемента напоминают металл, и наоборот.
Остаются ядра. Напоминаю, что ядра состоят из протонов (положительно-заряженных, стабильных в свободном состоянии элементарных частиц) и нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда, в свободном виде нестабильных: через несколько минут превращаются в протоны с испусканием электронов и антинейтрино). Электрические заряды протонов и электронов противоположны по знаку и равны по величине, а их количество в атоме совпадает, поэтому атом (при нормальных условиях) электрически нейтрален. Ещё следует знать, что ядро атома очень маленькое. Очень маленькое. В десятки тысяч раз меньше самого атома.
Протоны и нейтроны в ядре связаны особыми ядерными силами, не имеющими аналогов. Действуют они только на расстояниях, равных размеру 10^(-15) метра.
Источник
Виды радиоактивных излучений
Из курса физики за 11 класс известно, что радиоактивность — это способность некоторых элементов испускать невидимые лучи, превращаясь при этом в другие элементы. Невидимое излучение, испускаемое при радиоактивных превращениях, имеет сложный состав, и его можно разделить с помощью магнитного поля. В статье расскажем кратко об свойствах и видах радиоактивных излучений.
Радиоактивное излучение
Радиоактивность открыл французский физик А. Беккерель в конце XIX в. Было обнаружено, что соли урана способны засвечивать фотопластинку без ее освещения солнечным светом. Заинтересовавшись этим явлением, Беккерель выяснил, что фотопластинка засвечивается невидимым излучением, которое испускают соли урана.
Первые опыты по исследованию радиоактивного излучения показали, что оно обладает высокой проникающей и ионизирующей способностью. И, поскольку ионизация чаще всего связана с воздействием на вещество электрического поля, предположили, что радиоактивное излучение — это поток заряженных частиц. Для их определения требовалось пропустить радиоактивное излучение через сильное магнитное поле и с помощью соответствующих формул установить необходимые данные. Такой опыт был проведен Э. Резерфордом и дал неожиданный результат.
Оказалось, что радиоактивное излучение имеет сложный состав и состоит из трех видов с разными характеристиками. Они были названы альфа- бета- и гамма- излучением.
Альфа-излучение
Альфа-излучением был назван поток частиц, имеющих положительный заряд. Расчеты показали, что модуль заряда альфа-частицы равен двойному заряду электрона, а отношение заряда к массе вдвое меньше, чем у протона. Было сделано и позже доказано предположение, что альфа-частицы — это ядра гелия.
Альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, но при этом неспособны глубоко проникать в вещество. Альфа-радиоактивными являются все тяжелые элементы. При альфа-распаде номер элемента уменьшается на две единицы, а его масса уменьшается на четыре единицы.
Бета-излучение
Бета-излучением был назван поток частиц, имеющих отрицательный заряд. Расчеты показали, что и заряд и масса этих частиц эквивалентны электронным. То есть бета-излучение — это поток электронов, движущихся с большими скоростями.
Бета-излучение имеет большую проникающую способность, по сравнению с альфа-излучением, но при этом его ионизирующая способность меньше. Бета-радиоактивными являются элементы, в которых число нейтронов повышено, по сравнению с энергетически выгодным. Нейтрон является нестабильной частицей и распадается на протон, электрон и антинейтрино. Поэтому при бета-распаде номер элемента увеличивается на один, а масса остается прежней.
Бета-распад нейтрона — это проявление особого, слабого, фундаментального взаимодействия, которое проявляется на расстояниях менее атомного ядра.
Гамма-излучение
В радиоактивном излучении также была компонента, не реагирующая на магнитное поле. То есть заряд этих частиц был нулевым. Ее назвали гамма-излучением. Исследования показали, что гамма-частицы — это фотоны высоких энергий. Они обладают самой высокой проникающей способностью и меньше всего ионизируют вещество.
Гамма-частицы излучаются ядрами, которые в результате распада имеют повышенный уровень энергии. «Лишняя» энергия излучается в виде гамма-квантов.
Что мы узнали?
Радиоактивное излучение имеет сложный состав и состоит из трех видов. Альфа-частицы — это тяжелые положительные частицы, являющиеся ядрами гелия. Бета-частицы — это электроны, движущиеся с высокими скоростями. Гамма-частицы — это фотоны высоких энергий.
Источник