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.