Понятие ионизирующих излучений. Характеристика электромагнитных ИИ
Б
А. Явление радиоактивности. Виды превращения ядер изотопов
Радиоактивность- самопроизвольное превращение неустойчивого 1 химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождаемое испусканием элементарных частиц или ядер.
Радиоактивность:
· Естественная
· Искусственная
Было выяснено, что радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно заряженные и нейтральные. Эти три вида излучений были названы α-, β- и γ-излучениями. Эти три вида радиоактивных излучений сильно отличаются друг от друга по способности ионизировать атомы вещества и, следовательно, по проникающей способности. Наименьшей проникающей способностью обладает α-излучение. В воздухе при нормальных условиях α-лучи проходят путь в несколько сантиметров. β-лучи гораздо меньше поглощаются веществом. Они способны пройти через слой алюминия толщиной в несколько миллиметров. Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи, способные проходить через слой свинца толщиной 5–10 см.
Исследования показали, что α-лучи представляют поток α-частиц – ядер гелия , β-лучи – это поток электронов, γ-лучи представляют собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны λ < 10–10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц – γ-квантов.
Альфа-распад. Альфа-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2. AZX→A-4Z-2Y+42α(42He)
При этом испускается α-частица – ядро атома гелия . Примером такого процесса может служить α-распад радия: 22688Ra→22686+42He
Бета-распад. При бета-распаде из ядра вылетает электрон. Внутри ядер электроны существовать не могут, они возникают при β-распаде в результате превращения нейтрона в протон. Этот процесс может происходить не только внутри ядра, но и со свободными нейтронами. Среднее время жизни свободного нейтрона составляет около 15 минут. При распаде нейтрон превращается в протон и электрон .
Измерения показали, что в этом процессе наблюдается кажущееся нарушение закона сохранения энергии, так как суммарная энергия протона и электрона, возникающих при распаде нейтрона, меньше энергии нейтрона. В 1931 году В. Паули высказал предположение, что при распаде нейтрона выделяется еще одна частица с нулевыми значениями массы и заряда, которая уносит с собой часть энергии. Новая частица получила название нейтрино (маленький нейтрон). Из-за отсутствия у нейтрино заряда и массы эта частица очень слабо взаимодействует с атомами вещества, поэтому ее чрезвычайно трудно обнаружить в эксперименте. В настоящее время известно, что существует несколько разновидностей нейтрино. В процессе распада нейтрона возникает частица, которая называется электронным антинейтрино. Она обозначается символом поэтому реакция распада нейтрона записывается в виде
→ + + .
Аналогичный процесс происходит и внутри ядер при β-распаде. Электрон, образующийся в результате распада одного из ядерных нейтронов, немедленно выбрасывается из «родительского дома» (ядра) с огромной скоростью, которая может отличаться от скорости света лишь на доли процента. Так как распределение энергии, выделяющейся при β-распаде, между электроном, нейтрино и дочерним ядром носит случайный характер, β-электроны могут иметь различные скорости в широком интервале значений.
При β-распаде зарядовое число Z увеличивается на единицу, а массовое число A остается неизменным. Дочернее ядро оказывается ядром одного из изотопов элемента, порядковый номер которого в таблице Менделеева на единицу превышает порядковый номер исходного ядра. Типичным примером β-распада может служить превращение изотона тория 23490Th , возникающего при α-распаде урана 23892U в палладий 23491Pa .
Наряду с электронным β-распадом обнаружен так называемый позитронный β+-распад, при котором из ядра вылетают позитрон и нейтрино .. Позитрон – это частица-двойник электрона, отличающаяся от него только знаком заряда. Существование позитрона было предсказано выдающимся физиком П. Дираком в 1928 г. Через несколько лет позитрон был обнаружен в составе космических лучей. Позитроны возникают в результате реакции превращения протона в нейтрон по следующей схеме:
→ + + .
Также существует электронный захват(к-захват)
AZX+-1e0→AZ-1Y+V
Гамма-распад. В отличие от α- и β-радиоактивности, γ-радиоактивность ядер не связана с изменением внутренней структуры ядра и не сопровождается изменением зарядового или массового чисел. Как при α-, так и при β-распаде дочернее ядро может оказаться в некотором возбужденном состоянии и иметь избыток энергии. Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием одного или нескольких γ-квантов, энергия которых может достигать нескольких МэВ.
Радиоактивный распад- спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер путем испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов.
ЗАКОН ЯДЕРНОГО РАСПАДА: за единицу времени распадается всегда одна и та же доля наличных (нераспавшихся) ядер данного элемента.
Активность радиоактивного элемента – число распадов в единицу времени.
Радиация- это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникает вредные и опасные факторы, воздействующее на людей и природу.
Излучения:
1. Ионизирующие
2. Неионизирующие(световое, электромагнитное, инфракрасное, радиоволновое и т.д.)
ИИ - это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, то есть протекание электрических токов в этой среде , в том числе и в организме человека.
ИИ разрывает химические связи молекул, вызывая биологические изменения.
ИИ:
1. Корпускулярное
2. Электромагнитное
Характеристика электромагнитных излучений:
1. -излучение (электромагнитное излучение с высокой энергией и малой длиной волны(10-14 – 10-12 м ). Испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. – кванты, проходя через вещество, взаимодействуют с электронами, протонами, нейтронами и электрическим полем ядра. Длина пробега (– это расстояние от источника излучения до того, как его можно обнаружить) - насквозь тела).
2. Рентгеновское излучение(это ИИ с длиной волны 10-12 – 10-8 м, связанное с возбуждением внутренней элементов вещества).
Виды:
а. тормозное (возникает при рассеивании(торможении) заряженных частиц в веществе)
б. характеристическое (возникает при изменении энергетического состояния электронов в атомах)
Действия электромагнитных ИИ на биологические ткани обусловлено образующимися свободными элементами.
Защита от электромагнитных излучений: бетонная плита или толстая свинцовая пластина.