Виды радиоактивных излучений

Лучи, отклоняющиеся в поперечном магнитном поле к отрицательно заряженной пластинке, были названы альфа-лучами, отклоняющиеся к положительно заряженной пластинке - бета-лучами, а лучи, которые совсем не отклонялись, - гамма-лучами.

Альфа-частицы ( -частицы) представ­ляют собой ядра атомов гелия и состоят из двух протонов и двух нейтронов; они имеют двойной положительный заряд и относительно большую массу, превышающую массу электрона в 7300 раз, движутся со скоростью около 20000 км/с. Имеют энергию, которая колеблется в пределах 2 - 11 МэВ. Для каж­дого данного изотопа энергия альфа-частиц постоянна. Пробег альфа-частиц в воздухе составляет в зависимости от энергии 2 - 10 см, в биологических тканях - несколько десятков микрометров (30 -150 мкм), в алюминии -10 - 70 мкм. Так как альфа-частицы массивны и обладают сравнительно большой энергией, путь их в веществе прямолинеен; они на своем пути создают ионизацию большой плотности (в воздухе на 1 см пути альфа-частица образует 100 - 250 тыс. пар ионов), вызывают сильно выраженные эффекты ионизации и флуоресценции. Этот вид излучения наблюдается преимущественно у естественных радиоактивных элементов (радий, торий, полоний, уран и др.). Альфа-излучатели при попадании в организм (через поврежденные участки ткани, дыхание, с водой, пищей, радиоактивной пылью) крайне опасны для человека и животных. Вся энергия альфа-частиц передается клеткам организма, что наносит им вред. Для альфа-излучения лист бумаги или неповрежденная кожа – непреодолимое препятствие.

Бета-частицы (β-частицы) представляют собой поток частиц (электроны или позитроны) ядерного происхождения. Позитрон - элементарная частица, подобная электрону, но с положительным знаком заряда. Бета-частицы одного и того же радиоактивного элемента обладают различным запасом энергии (от нуля до некоторого максимального значения). Это объясняется тем, что при бета-распаде из атомного ядра вылетают одновременно с бета-частицей нейтрино. Поскольку бета-частицы одного и того же радиоактивного элемента имеют различный запас энергии, то величина их пробега в одной и той же среде будет неодинаковой. Путь бета-частиц в веществе извилист, так как, имея крайне малую массу, они легко изменяют направление движения под действием электрических полей встречных атомов. Бета-излучение обладает меньшим эффектом ионизации, чем альфа-излучение. Оно образует 50 - 100 пар ионов на 1 см пути в воздухе и имеет «рассеянный тип ионизации». Пробег бета-частиц в воздухе может составлять в зависимости от энергии до 25 м, в биологических тканях - до 1 см, в металлах – до 1 мм. Скорость движения бета-частиц в вакууме равна 1 ^. 10¹⁰ - 2,9 ^. 10¹⁰ см/с (0,3 - 0,99 скорости света). Проходя через вещество бета-частицы взаимодействуют как с электронами, так и с ядрами атомов. Различные радиоактивные изотопы значительно отличаются друг от друга по уровню энергии бета-частиц. Максимальная энергия бета-частиц различных элементов имеет широкие пределы - от 0,015 - 0,05 МэВ (мягкое бета-излучение) до 3 - 12МэВ (жесткое бета-излучение). Удельная ионизирующая способность бета-частицы меньше, чем у альфа-частицы, но выше, чем у гамма-частицы. В результате ионизации в некоторых средах происходят вторичные процессы: люминесценция, фотохимические реакции, образование химически активных радикалов.

Гамма-излучение ( ) представляет собой поток электромагнитных волн, так же, как радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, рентгеновское излучение. Различные виды электромагнитного излучения отличаются условиями образования и определенными свойствами (длиной волны, энергией).

Гамма-излучение распространяется со скоростью света, оно свободно проходит через тело человека и другие материалы без заметного ослабления. Гамма-излучение распространяется прямолинейно, оно имеет большой пробег в воздухе и может создавать вторичное и рассеянное излучения в средах, через которые проходит.

Рентгеновское излучение возникает при торможении электронов в электрическом поле ядер атомов вещества (тормозное рентгеновское излучение) или при перестройке электронных оболочек атомов при ионизации и возбуждении атомов и молекул (характеристическое рентгеновское излучение). При различных переходах атомов и молекул из возбужденного состояния в невозбужденное может происходить испускание видимого света, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей.

Гамма-кванты — это излучение ядерного происхождения. Они испускаются ядрами атомов при альфа- и бета-распаде природных и искусственных радионуклидов в тех случаях, когда в дочернем ядре оказывается избыток энергии, не захваченный корпускулярным излучением (альфа- и бета-частицей). Это избыток мгновенно высвечивается в виде гамма-квантов. Гамма-кванты лишены массы покоя. Это значит, что фотоны существуют только в движении. Они не имеют заряда и поэтому в электрическом и магнитном полях не отклоняются. В веществе и вакууме гамма-лучи распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника. Скорость распространения их в вакууме равняется скорости света (3 ^. 10¹⁰см/с). Частота колебаний гамма-квантов связана с длиной их волны. Чем меньше длина волны, тем больше частота колебаний излучения, тем больше его энергия и, следовательно, проникающая способность. Энергия гамма-излучения естественных радиоактивных элементов колеблется от нескольких килоэлектронвольт до 2 - 3 МэВ и редко достигает 5 - 6 МэВ. Гамма-излучатели редко имеют однозначную энергию квантов. В состав потока гамма-излучения чаще входят кванты различной энергии. Например, при распаде изотопа йода (¹³¹I) образуется пять групп квантов с энергиями 0,08; 0,163; 0,364; 0,637 и 0,722 МэВ. Бром (⁸²Вr) излучает 11 групп гамма-квантов с энергией в пределах 0,248 - 1,453 МэВ, а кадмий (¹¹⁵Cd) - 13 групп от 0,335 до 1,28 МэВ. Гамма-кванты, не имея заряда и массы покоя, вызывают слабое ионизирующее действие, но обладают большой проникающей способностью. Путь пробега в воздухе достигает 100 - 150 м.

Нейтронное излучение — поток нейтронов. Заряд - 0, масса - 1а.е.м., энергия - 0,1-20 МэВ, излучается при ядерных превращениях, пробег больше, чем у других излучений.

Наиболее опасными являются γ - излучения и нейтроны, так как имеют наибольшие пробеги.