Классификация ионизирующих излучений

Понятие " ионизирующее излучение" подразумевает любой вид ионизирующего излучения, взаимодействие которого со средой приводит к образова­нию электрических зарядов обоих знаков. Исключение из этого понятия в дози­метрии составляют видимое и ультрафиолетовое излучения. Источниками иони­зирующих излучений могут быть технические устройства и радиоактивные вещества, т. е. вещества, содержащие радионуклиды. Напомним, что " нуклид" -это вид атомов одного элемента с данным числом протонов и нейтронов в ядре Нуклид, обладающий радиоактивностью, т. е. способностью самопроизвольной превращения в другой нуклид, сопровождаемого испусканием излучений, называется радионуклидом. Учреждения и предприятия, изготовляющие и (или) применяющие источники ионизирующих излучений, относятся к классу радиационно-опасных объектов.

Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее, фотонное и корпускулярное излучения.

Излучение, состоящее из заряженных частиц, например, альфа-частиц, электронов, позитронов, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ио­низации при столкновении с атомами вещества, называется непосредственно ио­низирующим излучением. Ионизирующее излучение, состоящее из фотонов (квантов) или незаряженных частиц, взаимодействие которых со средой приво­дит к образованию непосредственно ионизирующего излучения и (или) вызывает ядерные превращения, называется косвенно ионизирующим излучением.

Фотонным излучением называется электромагнитное косвенно ионизи­рующее излучение. К фотонному излучению относятся: гамма-излучение, возни­кающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, а также при аннигиляции частиц или ядерных превращениях; рентгеновское излучение, со­стоящее из тормозного и (или) характеристического излучений. Тормозное излу­чение с непрерывным энергетическим спектром возникает при уменьшении ки­нетической энергии заряженных частиц. Характеристическое излучение с дис­кретным энергетическим спектром возникает при изменении энергетического состояния атомов (переходе электронов с внешних уровней на внутренние).

Корпускулярное излучение состоит из частиц с массой покоя, отличной от нуля. К нему относятся альфа-, бета-, протонное и нейтронное излучения.

Альфа - излучение и его основные свойства

Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных ядер изотопа гелия ₂⁴Не. называемых альфа-частицами. Альфа-частицы испус­каются почти исключительно ядрами тяжелых элементов (урана, тория, актиния, радия и др.). При испускании альфа-частицы ядро исходного элемента превращается в ядро другого элемента, обладающего зарядом Z, меньшим на две еди­ницы заряда, и массой А, меньшей на четыре атомных единицы массы по срав­нению с зарядом и массой исходного элемента. Альфа-распад может быть пред­ставлен следующей схемой

Z₂ → Z₁-2

A₂ → A₁-4

 

В качестве примера можно привести распад плутония-239 (₉₄²³⁹Pu), который, испуская альфу-частицу, превращается в уран-235 (₉₂²³⁵U). Схематически этот процесс записывается в следующем виде

₉₄²³⁹Pu→ ₉₂²³⁵U+₂⁴He

Альфа-частицы вылетают из атомов ядер с начальной скоростью 14-20 ты сяч км/с. Энергия альфа-частиц обычно составляет 4-9 МэВ. На пути своего движения альфа-частицы производят очень сильную ионизацию. Число пар ио-1 нов, образующихся в воздухе на 1 мм пути альфа-частицы, показано в виде кри­вой удельной ионизации на рис. 1.1. Эта кривая называется кривой Брэгга, по имени физика, который впервые ее построил (рис 1.1).

 

На протяжении большей части пути удельная ионизация альфа-частицы практически постоянна и составляет около 3000 пар ионов на 1 мм пути; в конце пути она резко повышается и затем уменьшается до нуля. Максимальная удель­ная ионизация приблизительно равна 6500 парам ионов на миллиметр пути аль­фа-частицы. В воздухе при обычных условиях (при температуре 15°С и давлении 760 мм рт. ст.) на один акт образования пары ионов альфа-частица расходует в среднем около 35 эВ энергии.

Следовательно, при энергии альфа-частицы, равной 4-9 МэВ, полное число пар ионов, создаваемых ею на всем протяжении своего пути, составляет 100-250 тысяч. Процесс взаимодействия альфа-частиц с электронами среды сопровожда­ется потерей энергии, т.е. торможением. Заторможенные до обычных молеку­лярных скоростей и присоединившие два электрона альфа-частицы превращают­ся в электронейтральные атомы гелия. Благодаря большей энергии и массе аль­фа-частица при своем взаимодействии с электронами поглощающей среды отда­ет свою энергию небольшими порциями, сохраняя прямолинейный характер сво­его движения на всем протяжении своего пути. Таким образом, альфа-частица, обладая большой ионизирующей способностью и прямолинейным характером перемещения, создает на протяжении своего пути как бы колонну из большого количества пар ионов. По этой причине ионизацию, производимую альфа-частицами, часто называют ионизационный трек (колонной ионизации).

Пробеги альфа-частиц, испускаемых естественными радиоактивными пре­паратами, в воздухе составляют несколько сантиметров (от 2, 6 до 8, 6 см). В твердых веществах проникающая способность альфа-частиц очень мала.

Вывод. Альфа-излучение обладает большой энергией, большой удельной ионизирующей способностью и очень малой проникающей способностью.

Бета - излучение и его основные свойства

 

Бета-излучение представляет собой поток испускаемых ядрами электронов (β ^-) или позитронов (β ⁺), называемых бета-частицами. Бета-частицы не являются составными частями ядра, а возникают при его превращениях.

При электронном бета-распаде происходит превращение нейтрона в про­тон. Общее число тяжелых частиц в ядре (протонов и нейтронов вместе взятых), а следовательно, и массовое число А остается неизменным. Заряд ядра Z, а сле­довательно, и порядковый номер ядра увеличиваются на единицу. Электронный бета-распад может быть представлен следующей схемой

А₂→ A₁

Z₂→ Z₁+1

В качестве примера электронного бета-распада можно указать на распад стронция-90 (₃₈⁹⁰Sr), который, испуская электрон, превращается в изотоп итти-рия-90 (₃₉⁹⁰Y). Этот процесс распада записывается в следующем виде

₃₈⁹⁰Sr→ ₃₉⁹⁰Yβ ^-

При позитронном бета-распаде происходит превращение протона в ней­трон. При этом массовое число А, равное сумме протонов и нейтронов, остается неизменным, а заряд ядра и соответственно с этим порядковый номер ядра уменьшаются на единицу. Позитронный бета-распад может быть представлен следующей схемой

А₂ → А₁

Z₂→ Z₁-1

В качестве примера позитронного бета-распада можно указать на распад радиоактивного изотопа натрия ц²²№, который, испуская позитрон, превращает­ся в изотоп неона ₁₀²²Ne. Этот процесс записывается в следующем виде

₁₁²²Na→ ₁₀²²Ne+β ⁺

Процессом, эквивалентным рассмотренному процессу позитронного бета-распада с точки зрения природы продукта радиоактивного превращения, являет­ся так называемый К-захват При К-захвате атомное ядро не испускает заряжен­ную частицу, а, наоборот, захватывает электроны с электронной оболочки атома. Чаще всего электрон захватывается из ближайшей к ядру К-оболочки. Поэтому данный процесс и получил название К-захвата. В результате захвата электрона один из протонов превращается в нейтрон. Следовательно, порядковый номер ядра Z уменьшается на единицу, а массовое число А остается неизменным, т.е. состав ядра изменяется так же, как и в случае позитронного бета-распада. В ка­честве примера можно указать на радиоактивный изотоп железа ₂₆⁵⁵Fe, который, захватывая электрон из К-оболочки, превращается в изотоп марганца ₂₅⁵⁵Мn.

Этот процесс записывается в следующем виде

₂₆⁵³Fe +e' → ₂₅⁵⁵Мn

Прохождение бета-частиц через вещество сопровождается их электриче­ским взаимодействием либо с электронами электронных оболочек атомов веще­ства, либо с электрическим полем ядра.

На пути бета-частицы вследствие ионизации образуются пары ионов. Ко­личество пар ионов, образующихся на 1 см пути, зависит от энергии бета-частицы и рода вещества. С увеличением кинетической энергии движущихся бе­та-частиц линейная плотность ионизации в данном веществе уменьшается.

Среднюю удельную ионизацию можно считать равной 100 парам ионов на 1 см пути бета-частицы. Таким образом, ионизирующая способность бета-частиц в сотни раз меньше ионизирующей способности альфа-частиц. Объясняется это тем, что бета-частицы, имеющие ничтожно малую массу по сравнению с альфа-частицами, при одной и той же энергии обладают значительно большими скоро­стями. Поэтому бета-частицы пролетают через атом слишком быстро, часто не успевая вырвать электрон, который мог бы быть вырван относительно медленно двигающейся альфа-частицей. Кроме того, величина электрического заряда аль­фа-частицы в два раза больше, чем у бета-частицы, в результате чего на одних и тех же расстояниях сила электрического взаимодействия у альфа-частицы в два раза больше, чем у бета-частицы.

Суммарное количество пар ионов, образуемых бета-частицей на протяже­нии всего своего пути, зависит от ее энергии и составляет, например, для бета-частицы с энергией 1 МэВ в воздухе около 30000.

Вывод. Бета-излучение по сравнению с альфа-излучением обладает значи­тельно меньшей ионизирующей способностью и значительно большей прони­кающей способностью.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. CASE-средства. Общая характеристика и классификация
2. I. 3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ I. 3.1. Классификация
3. II этап. Обоснование системы показателей для комплексной оценки, их классификация.
4. Административное принуждение и его классификация.
5. Акриловые материалы холодного отверждения. Классификация эластичных базисных материалов. Сравнительная оценка полимерных материалов для искусственных зубов с материалами другой химической природы.
6. АКСИОМЫ СТАТИКИ. СВЯЗИ И ИХ РЕАКЦИИ. ТРЕНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛ
7. Анатомо-физиологические особенности и классификация
8. Анатомо-физиологические особенности кроветворения, классификация, основные синдромы.
9. Анатомо-физиологические особенности, основные синдромы и классификация
10. Анатомо-физиологические особенности, синдромы и классификация
11. Банки второго уровня, их классификация и ф-ции.
12. В12.Понятие и классификация органов государства.