Виды ионизирующих излучений

Рис. 8.1. Шкала электромагнитных волн.

Ионизирующее излучение – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Для электромагнитного излучения характерное явление корпускулярно-волнового дуализма – оно может представлять собой как поток отдельных частиц, так и волну определенной длины. Ниже рассмотрены все виды ионизирующих излучений.

1. α-излучение – это поток α-частиц (ядер гелия), которые образуются при радиоактивном распаде ядер или в ядерных реакциях. Они имеют положительный электрический заряд, равный двум зарядам электрона (q_α = 3,2·10^-19 Кл), а их начальная скорость может достигать 20000 км/сек. Энергия α-частиц не превышает нескольких мегаэлектронвольт (1 МеВ = 1,6·10^-13 Дж) и движутся они прямолинейно. Длина пробега α-частиц в воздухе не превышает 10 см. За счет большой массы при взаимодействии со средой α-частицы быстро теряют свою скорость, вследствие чего они имеют большую ионизационную способность (в воздухе на 1 см пути образуют несколько тысяч пар ионов), имеют незначительную проникающую способность. Так поток α-частиц может задержать лист бумаги.

2. β-излучение– поток электронов или позитронов (частиц массы 9,1·10^{-31 кг и заряда} q_е = ±1,6·10^-19 Кл), возникающее во время радиоактивного распада из- за преобразования внутри ядер. Существует два вида β-распада:

а) β^––распад, который имеет место при превращении нейтрона в протон и сопровождается вылетом электрона и антинейтрино

п → р + β^– + ν^*;

б) β⁺– распад, который имеет место при превращении протона в нейтрон и сопровождающийся вылетом позитрона и нейтрино

р → п + β⁺ + ν.

Скорость β-частиц находится в пределах 0,3 – 0,99 скорости света, а их энергия не превышает 2 Мэв. Длина пробега в воздухе составляет 1,8 м (в мягких тканях тела – 2,5 см), β-частицы имеют значительно меньшую ионизирующую способность, чем α-излучения. На 1 см пробега в среднем образуют несколько десятков пар ионов, а для полного поглощения потока β-частиц максимальной энергии 2МеВ, достаточно 3,5-миллиметрового листа алюминия.

3. γ-излучение – электромагнитное излучение, которое выделяется ядрами атомов в процессе радиоактивных превращений отдельными порциями (квантами) и распространяется в вакууме со скоростью света (3•10⁸ м/с).

Гамма-лучи из-за отсутствия электрического заряда, не отклоняются электрическими и магнитными полями, имеют меньшую ионизирующую способностью, чем другие виды излучения. Однако высокая энергия (0,01 – 3 Мэв) вместе с малой длиной волны обуславливают чрезвычайно большую проницаемость γ-лучей (свободно проходят сквозь слой свинца толщиной 5 см). Гамма-кванты характеризуются наиболее сильным из всех видов излучения действием на организм человека, поскольку они насквозь пронизывают тело человека.

4. Рентгеновское излучение – вид электромагнитного излучения, энергия которого не превышает 1 Мэв. Оно может быть получено в специальных рентгеновских трубках или ускорителях электронов. Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, имеет малую ионизирующую способность и большую глубину проникновения.

5. Нейтронное излучение – это поток нейтронов (незаряжених частиц массы т_п = 1,675·10^-27кг). В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией меньше менше 1 кеВ), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 кеВ) и быстрые нейтроны (от 500 кеВ до 20 МеВ). Разновидностью медленных нейтронов являются тепловые нейтроны, энергия которых меньше 0,2 эв, находящихся в состоянии термодинамического равновесия с тепловым движением атомов среды.

При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов, если же происходит упругое взаимодействие, то наблюдается ионизация вещества.

Проникающая способность нейтронов значительно выше, чем α - и β-частиц, так длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет около 15 м в воздухе и 3 см в тканях человека, а для быстрых ионов этот показатель соответственно 120 м и 10 см. Такая проникающая способность свидетельствует о большой опасности ионизации для здоровья и жизни человека, причем особенно сильную поражающую силу нейтронный поток имеет при внутреннем облучении.