Виды радиоактивных лучей: Основы радиационной безопасности

Виды радиоактивных излучений – кратко свойства, формула и характеристики (11 класс)

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 96.

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 96.

Из курса физики за 11 класс известно, что радиоактивность — это способность некоторых элементов испускать невидимые лучи, превращаясь при этом в другие элементы. Невидимое излучение, испускаемое при радиоактивных превращениях, имеет сложный состав, и его можно разделить с помощью магнитного поля. В статье расскажем кратко об свойствах и видах радиоактивных излучений.

Радиоактивное излучение

Радиоактивность открыл французский физик А. Беккерель в конце XIX в. Было обнаружено, что соли урана способны засвечивать фотопластинку без ее освещения солнечным светом. Заинтересовавшись этим явлением, Беккерель выяснил, что фотопластинка засвечивается невидимым излучением, которое испускают соли урана.

Рис. 1. Открытие радиоактивности Беккерелем.

Первые опыты по исследованию радиоактивного излучения показали, что оно обладает высокой проникающей и ионизирующей способностью. И, поскольку ионизация чаще всего связана с воздействием на вещество электрического поля, предположили, что радиоактивное излучение — это поток заряженных частиц. Для их определения требовалось пропустить радиоактивное излучение через сильное магнитное поле и с помощью соответствующих формул установить необходимые данные. Такой опыт был проведен Э. Резерфордом и дал неожиданный результат.

Рис. 2. Опыт Резерфорда по составу излучения.

Оказалось, что радиоактивное излучение имеет сложный состав и состоит из трех видов с разными характеристиками. Они были названы альфа- бета- и гамма- излучением.

Альфа-излучение

Альфа-излучением был назван поток частиц, имеющих положительный заряд. Расчеты показали, что модуль заряда альфа-частицы равен двойному заряду электрона, а отношение заряда к массе вдвое меньше, чем у протона. Было сделано и позже доказано предположение, что альфа-частицы — это ядра гелия.

Альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, но при этом неспособны глубоко проникать в вещество. Альфа-радиоактивными являются все тяжелые элементы. При альфа-распаде номер элемента уменьшается на две единицы, а его масса уменьшается на четыре единицы.

Бета-излучение

Бета-излучением был назван поток частиц, имеющих отрицательный заряд. Расчеты показали, что и заряд и масса этих частиц эквивалентны электронным. То есть бета-излучение — это поток электронов, движущихся с большими скоростями.

Бета-излучение имеет большую проникающую способность, по сравнению с альфа-излучением, но при этом его ионизирующая способность меньше. Бета-радиоактивными являются элементы, в которых число нейтронов повышено, по сравнению с энергетически выгодным. Нейтрон является нестабильной частицей и распадается на протон, электрон и антинейтрино. Поэтому при бета-распаде номер элемента увеличивается на один, а масса остается прежней.

Бета-распад нейтрона — это проявление особого, слабого, фундаментального взаимодействия, которое проявляется на расстояниях менее атомного ядра.

Гамма-излучение

В радиоактивном излучении также была компонента, не реагирующая на магнитное поле. То есть заряд этих частиц был нулевым. Ее назвали гамма-излучением. Исследования показали, что гамма-частицы — это фотоны высоких энергий. Они обладают самой высокой проникающей способностью и меньше всего ионизируют вещество.

Гамма-частицы излучаются ядрами, которые в результате распада имеют повышенный уровень энергии. «Лишняя» энергия излучается в виде гамма-квантов.

Рис. 3. Виды радиоактивного излучения.

Что мы узнали?

Радиоактивное излучение имеет сложный состав и состоит из трех видов. Альфа-частицы — это тяжелые положительные частицы, являющиеся ядрами гелия. Бета-частицы — это электроны, движущиеся с высокими скоростями. Гамма-частицы — это фотоны высоких энергий.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 96.

---

А какая ваша оценка?

1.2 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.

Основы радиации — ORISE

Основы радиации

Что такое радиация?

Излучение — это энергия, которая исходит от источника и проходит через какой-либо материал или пространство. Свет и тепло являются видами излучения. Вид излучения, обсуждаемый на этом сайте, называется ионизирующим излучением, поскольку его энергии достаточно, чтобы удалить электрон из атома, превратив этот атом в ион.

Чтобы достичь стабильности, эти атомы испускают или излучают избыточную энергию или массу в виде излучения. Два типа излучения — электромагнитное (как свет) и корпускулярное (т. е. масса, испускаемая с энергией движения). Гамма-излучение и рентгеновские лучи являются примерами электромагнитного излучения. Бета- и альфа-излучение являются примерами излучения частиц. Ионизирующее излучение также может создаваться такими устройствами, как рентгеновские аппараты.

Облучение относится к воздействию радиации. Облучение происходит, когда все тело или часть тела подвергается воздействию излучения от источника. Облучение не делает человека радиоактивным.

Загрязнение происходит при попадании радиоактивного материала на кожу, одежду или любое другое нежелательное место. Важно помнить, что радиация не распространяется и не попадает «на» или «внутри» людей; скорее это радиоактивное заражение, которое может распространяться. Человек, зараженный радиоактивными материалами, будет подвергаться облучению до тех пор, пока не будет удален источник излучения (радиоактивный материал).

• Человек считается внешне загрязненным, если радиоактивный материал попал на кожу или одежду.
• Человек считается внутренне зараженным, если радиоактивный материал вдыхается, проглатывается или всасывается через раны.
• Окружающая среда    считается загрязненной, если радиоактивный материал распространяется или не локализуется.

Альфа-излучение

Излучение – это энергия в форме частиц или электромагнитных лучей, испускаемая радиоактивными атомами. Тремя наиболее распространенными типами излучения являются альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи.

• Альфа-излучение не проникает через кожу.
• Материалы, излучающие альфа-частицы, могут нанести вред человеку при вдыхании, проглатывании или всасывании через открытые раны.
• Для измерения альфа-излучения было разработано множество приборов. Для проведения точных измерений необходима специальная подготовка по использованию этих инструментов.
• Приборы не могут обнаружить альфа-излучение даже через тонкий слой воды, крови, пыли, бумаги или другого материала, поскольку альфа-излучение проникает минимально.
• Альфа-излучение распространяется по воздуху на очень короткое расстояние.
• Альфа-излучение не может проникнуть через стрелочное снаряжение, одежду или чехол на датчике. Выездное снаряжение и одежда могут защитить кожу от альфа-излучателей. Необходимо носить средства индивидуальной защиты для защиты одежды и других открытых участков кожи от загрязнения всех типов.

Бета-излучение

• Бета-излучение может распространяться по воздуху на несколько метров и обладает умеренной проникающей способностью.
• Бета-излучение может проникать через кожу человека в самый внутренний слой эпидермиса, где образуются новые клетки кожи. Если бета-излучающие загрязняющие вещества остаются на коже в течение длительного периода времени, они могут вызвать повреждение кожи.
• Загрязняющие вещества, излучающие бета-излучение, могут быть вредными, если оседают внутри.
• Большинство бета-излучателей можно обнаружить с помощью геодезического инструмента. Однако некоторые бета-излучатели производят очень низкоэнергетическое, плохо проникающее излучение, которое может быть трудно или невозможно обнаружить. Их примерами являются углерод-14, тритий и сера-35.
• Одежда и стрелковое снаряжение обеспечивают некоторую защиту от большей части бета-излучения. Необходимо носить средства индивидуальной защиты, чтобы защитить одежду и другие открытые участки кожи от загрязнения всех типов.

Гамма-излучение

• Гамма-излучение и рентгеновское излучение представляют собой электромагнитное излучение, такое как видимый свет, радиоволны и ультрафиолетовый свет. Эти электромагнитные излучения отличаются только количеством энергии, которую они имеют. Гамма-лучи и рентгеновские лучи являются наиболее энергичными из них.
• Гамма-излучение может распространяться на многие метры по воздуху и на многие сантиметры по человеческим тканям. Легко проникает в большинство материалов.
• Рентгеновские лучи похожи на гамма-лучи. Они также могут путешествовать на большие расстояния как по воздуху, так и по человеческим тканям.
• Радиоактивные материалы, испускающие гамма- и рентгеновские лучи, представляют собой как внешнюю, так и внутреннюю опасность для человека.
• Плотные материалы необходимы для защиты от гамма-излучения. Одежда и экипировка обеспечивают небольшую защиту от проникающей радиации, но предотвращают загрязнение кожи радиоактивными материалами.
• Гамма-излучение регистрируется приборами разведки, в том числе приборами гражданской обороны. Низкие уровни можно измерить с помощью стандартного счетчика Гейгера.
• Гамма-излучение или рентгеновские лучи часто сопровождают испускание альфа- и бета-излучения.
• Приборы, предназначенные исключительно для обнаружения альфа-излучения, не будут обнаруживать гамма-излучение.
• Карманные камерные (карандашные) дозиметры, пленочные жетоны, термолюминесцентные и другие виды дозиметров могут применяться для измерения накопленного облучения гамма-излучением.

В следующем списке представлены общие термины, которые используются для описания аспектов излучения.

Альфа-частица

A Энергичные ядра гелия (два протона и два нейтрона), испускаемые некоторыми радионуклидами с большими атомными номерами (например, плутонием, радием, ураном). Обладает низкой проникающей способностью и малым радиусом действия. Альфа-частицы, как правило, не проникают через кожу. Альфа-излучающие атомы могут оказывать воздействие на здоровье при попадании в легкие или раны.

Атом

Наименьшая частица элемента, которую нельзя разделить или разрушить химическими средствами.

Фоновое излучение

Излучение в естественной среде обитания человека, включая космические лучи и излучение естественно радиоактивных элементов, как снаружи, так и внутри тела человека и животных. Его также называют естественным излучением. Искусственные источники радиоактивности вносят свой вклад в общий уровень радиационного фона.

Беккерель

Единица активности СИ 1 распад в секунду; 37 миллиардов Бк = 1 кюри. (См. коэффициенты пересчета в разделе «Измерение излучения».)

Бета-частица

Маленькая частица, выброшенная из радиоактивного атома. Он имеет умеренную проникающую способность и дальность действия до нескольких метров по воздуху. Бета-частицы проникают в кожу только на долю дюйма.

Контролируемая зона

Зона, вход, деятельность и выход из которой контролируются для обеспечения радиационной защиты и предотвращения распространения загрязнения.

Космические лучи

Высокоэнергетическое излучение, возникающее за пределами земной атмосферы.

Загрязнение

Осаждение радиоактивного материала в любом нежелательном месте, особенно там, где его присутствие может быть вредным.

Кюри

Единица измерения, используемая для описания количества радиоактивности в образце материала.

Обеззараживание

Сокращение или удаление загрязняющих радиоактивных материалов из конструкции, области, объекта или человека.

Детектор

Устройство, чувствительное к излучению и способное выдавать ответный сигнал, подходящий для измерения или анализа. Прибор для обнаружения радиации.

Доза

Общий термин для обозначения количества поглощенного излучения или энергии.

Мощность дозы

Доза, доставляемая в единицу времени. Обычно его выражают в рад в час или в кратных или дольных единицах, таких как миллирад в час. Мощность дозы обычно используется для обозначения уровня опасности от радиоактивного источника.

Дозиметр

Небольшой карманный прибор для контроля радиационного облучения персонала.

Электромагнитное излучение

Типы электромагнитного излучения варьируются от коротковолновых, таких как рентгеновские и гамма-лучи, через ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны до радиолокационных и радиоволн относительно длинных длин волн.

Воздействие

Величина, используемая для обозначения степени ионизации воздуха, вызванной рентгеновским или гамма-излучением. Единицей измерения является рентген (Р). Для практических целей один рентген сопоставим с 1 рад или 1 бэр для рентгеновского и гамма-излучения. Единицей воздействия в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг). Один R = 2,58 х 10 ^-4 Кл/кг.

Гамма-лучи или гамма-излучение

Электромагнитное излучение высокой энергии. Гамма-лучи являются наиболее проникающим типом излучения и представляют собой основную внешнюю опасность.

Счетчик Гейгера или измеритель G-M

Прибор, используемый для обнаружения и измерения радиации.

Серый

Единица СИ поглощенной дозы; 1 грей = 100 рад

Закон обратных квадратов

Соотношение, утверждающее, что интенсивность электромагнитного излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния от точечного источника.

Ионизация

Образование заряженных частиц в среде.

Ионизирующее излучение

Электромагнитное (рентгеновское и гамма) или корпускулярное (альфа, бета) излучение, способное производить ионы или заряженные частицы.

Облучение

Воздействие ионизирующего излучения.

Мониторинг

Определение количества присутствующего ионизирующего излучения или радиоактивного загрязнения. Также называется геодезическим.

Рад

Единица поглощенной дозы радиации.

Радиация

Энергия, путешествующая по космосу.

Радиоактивность

Самопроизвольное излучение ядра нестабильного атома. В результате этого излучения радиоактивный атом превращается или распадается на атом другого элемента, который может быть или не быть радиоактивным.

Рем

Мера дозы облучения, связанная с биологическим эффектом.

Рентген

Единица облучения рентгеновскими или гамма-лучами (см. виды радиационного облучения).

Закрытый источник

Радиоактивный источник, запечатанный в контейнер, имеющий достаточную механическую прочность для предотвращения контакта с дисперсией радиоактивного материала в условиях использования и износа, для которых он был разработан.

Зиверт

Единица эквивалентной дозы в системе СИ; 1 Зв = 100 бэр.

Рентген

Проникающее электромагнитное излучение, длина волны которого короче, чем у видимого света.

Какие бывают виды излучения?

Версия для печати

В предыдущих курсах Science 101 мы говорили о том, из чего состоят атомы, химические вещества, материя и ионизирующее излучение. Теперь давайте рассмотрим различные виды излучения.

Существует четыре основных типа излучения: альфа, бета, нейтроны и электромагнитные волны, такие как гамма-лучи. Они различаются массой, энергией и глубиной проникновения в людей и предметы.

Первая — альфа-частица. Эти частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов и представляют собой самый тяжелый тип радиационных частиц. Многие из встречающихся в природе радиоактивных материалов в земле, такие как уран и торий, испускают альфа-частицы. Примером, с которым знакомо большинство людей, является радон в наших домах.

Второй вид излучения — это бета-частицы. Это электрон, не связанный с атомом. Он имеет небольшую массу и отрицательный заряд. Тритий, который вырабатывается космическим излучением в атмосфере и существует повсюду вокруг нас, испускает бета-излучение. Углерод-14, используемый для радиоуглеродного датирования окаменелостей и других артефактов, также испускает бета-частицы. Датирование по углероду просто использует тот факт, что углерод-14 является радиоактивным. Если вы измерите бета-частицы, это скажет вам, сколько углерода-14 осталось в ископаемом, что позволит вам рассчитать, как давно организм был жив.

Третий — нейтрон. Это частица, не имеющая никакого заряда и присутствующая в ядре атома. Нейтроны обычно наблюдаются при расщеплении или делении атомов урана в ядерном реакторе. Если бы не нейтроны, вы бы не смогли поддерживать ядерную реакцию, используемую для выработки энергии.

Последний вид излучения — это электромагнитное излучение, такое как рентгеновские и гамма-лучи. Это, вероятно, самый известный тип излучения, потому что он широко используется в лечении. Эти лучи подобны солнечному свету, за исключением того, что они обладают большей энергией. В отличие от других видов излучения, здесь нет ни массы, ни заряда. Количество энергии может варьироваться от очень низкого, как в стоматологических рентгеновских снимках, до очень высокого уровня, наблюдаемого в облучателях, используемых для стерилизации медицинского оборудования.

Как уже упоминалось, эти разные виды излучения распространяются на разные расстояния и обладают разной способностью проникать в зависимости от их массы и
их энергия. На рисунке (справа) показаны различия.

Нейтроны, поскольку они не имеют никакого заряда, не очень хорошо взаимодействуют с материалами и пройдут очень долгий путь. Единственный способ остановить их — использовать большое количество воды или других материалов, состоящих из очень легких атомов.

С другой стороны, альфа-частица из-за того, что она очень тяжелая и имеет очень большой заряд, совсем не улетает далеко. Это означает, что альфа-частица не может пройти даже через лист бумаги. Альфа-частица вне вашего тела не проникнет даже через поверхность вашей кожи. Но, если вы вдыхаете или проглатываете материал, который испускает альфа-частицы, могут подвергаться воздействию такие чувствительные ткани, как легкие. Вот почему высокий уровень радона считается проблемой в вашем доме. Способность так легко останавливать альфа-частицы полезна в детекторах дыма, потому что небольшого количества дыма в камере достаточно, чтобы остановить альфа-частицу и вызвать тревогу.

Бета-частицы летят немного дальше, чем альфа-частицы. Вы могли бы использовать относительно небольшое количество щита, чтобы остановить их. Они могут попасть в ваше тело, но не могут пройти весь путь. Чтобы быть полезными в медицинской визуализации, бета-частицы должны высвобождаться материалом, который вводят в организм. Они также могут быть очень полезны в терапии рака, если вы можете поместить радиоактивный материал в опухоль.

Гамма-лучи и рентгеновские лучи могут проникать сквозь тело. Вот почему они полезны в медицине — чтобы показать, сломаны ли кости или где есть кариес, или определить местонахождение опухоли. Экранирование плотными материалами, такими как бетон и свинец, используется, чтобы избежать облучения чувствительных внутренних органов или людей, которые могут работать с этим типом излучения. Например, техник, который делает мне рентген зубов, надевает на меня свинцовый фартук перед тем, как сделать снимок. Этот фартук не дает рентгеновским лучам добраться до остальной части моего тела.