Доброго времени, многим будет интересно разобраться в своем здоровье и близких, и поведую Вам свой опыт, и поговорим мы о Виды радиационного излучения. Скорее всего какие-то детали могут отличаться, как это было с Вами. Внимание, что всегда нужно консультироваться у узкопрофильных специалистов и не заниматься самолечением. Естественно на самые простые вопросы, можно быстро найти ответ и продиагностировать себя. Пишите свои вопросы/пожелания в комменты, совместными усилиями улучшим и дополним качество предоставляемого материала.
Ионизирующее излучение (далее — ИИ) – это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион – происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц — корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).
Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.
Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).
Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β—излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.
Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.
Нейтронное излучение – еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.
Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.
Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.
Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение — внеядерного происхождения, гамма излучение — продукт распада ядер.
В рентгеновской трубке есть два электрода – катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины – то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение – то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.
Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.
Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).
Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение — внеядерного происхождения, гамма излучение — продукт распада ядер.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
1. Радиоактивностью называют явление самопроизвольного излучения некоторых химических элементов, а вид этого излучения называют радиоактивным излучением. Первым радиоактивное излучение обнаружил Анри Беккерель, который, проводя эксперименты с солями урана, по почернению фотопластинки установил, что они самопроизвольно испускают невидимое излучение сильной проникающей способности. В дальнейшем было обнаружено, что не только уран, но и такие элементы, как радий и полоний, тоже испускают невидимое излучение.
Радиоактивность, которой обладают вещества, существующие в природе, называют естественной радиоактивностью. Она проявляется у всех элементов таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер которых больше 83. В дальнейшем было установлено, что и некоторые искусственно полученные вещества радиоактивны.
2. Резерфорд, изучая радиоактивное излучение, обнаружил его сложный состав. Он поместил радиоактивный препарат в свинцовый сосуд с отверстием (рис. 106). Над сосудом расположил фотопластинку, на которую падало радиоактивное излучение, выходившее через отверстие и прошедшее через магнитное поле.
Когда фотопластинку проявили, то на ней обнаружили три тёмных пятна. Одно пятно располагалось точно напротив отверстия. Это значит, что магнитное поле на него не действовало и заряженных частиц в этом излучении нет. Его назвали гамма-излучением ( \( \gamma \) -излучение). Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение или поток фотонов.
Наличие двух боковых пятен по разную сторону от центрального означает, что существуют два излучения, состоящие из частиц, имеющих заряды противоположных знаков. Эксперимент показывает, что одно из них представляет собой поток положительно заряженных частиц. Их назвали \( \alpha \) -частицами. Другое излучение состоит из отрицательно заряженных частиц. Их назвали \( \beta \) -частицами.
Изучение этих излучений позволило сделать вывод, что \( \alpha \) -частицы — это ядра атома гелия. Их массовое число — 4, а зарядовое число (электрический заряд) — +2, т.е. \( ^4_2He \) . \( \beta \) -частицы представляют собой электроны. Их массовое число равно 0, а зарядовое число равно -1, т.е. \( _<-1>^0e \) .
Альфа-, бета- и гамма-излучения обладают разной проникающей способностью. Наибольшей проникающей способностью обладает \( \gamma \) -излучение, проникающая способность \( \beta \) -излучения меньше, она ещё меньше у \( \alpha \) -излучения.
3. Первую модель строения атома предложил Джозеф Джон Томсон, после того как он открыл электрон — частицу с наименьшим электрическим зарядом. Он представлял атом в виде шара из положительно заряженного вещества, в который вкраплены электроны. При этом положительный заряд шара равен суммарному заряду электронов. Модель атома Томсона называют «пудингом с изюмом». Используя эту модель, можно было объяснить электрическую проводимость веществ, явление электризации тел и др.
Проводя опыты по изучению строения вещества, Резерфорд показал несостоятельность модели Томсона. Резерфорд облучал тонкую металлическую фольгу \( \alpha \) -частицами, имеющими большую энергию. В соответствии с моделью Томсона а-частицы должны были отражаться от атома. Однако очень небольшое число частиц рассеивалось на углы от 90° до 180°. Большинство частиц проходило через фольгу, отклоняясь от направления движения на незначительные углы.
В результате экспериментов Резерфорд предложил новую модель строения атома, названную планетарной моделью. Он сделал следующие выводы:
- в атоме существует положительно заряженная частица, названная ядром атома, которая отталкивает \( \alpha \) -частицы;
- размеры ядра малы по сравнению с размерами атома, поскольку отталкивается очень небольшое число \( \alpha \) -частиц, а большинство \( \beta \) -частиц свободно проходит через фольгу; ядро имеет диаметр порядка 10 -14 —10 -15 м.
- масса ядра сравнима с массой \( \beta \) -частицы, поскольку масса электронов в 8000 раз меньше массы \( \alpha \) -частицы и электроны не смогли бы изменить направление её движения.
Таким образом, в соответствии с моделью атома Резерфорда в центре атома расположено положительное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. Поскольку масса электронов мала, то масса атома в основном сосредоточена в ядре.
Так как атом в целом нейтрален, то положительный заряд ядра должен быть равен суммарному заряду электронов. Число электронов в нейтральном атоме равно порядковому номеру \( Z \) элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд атомного ядра \( q_я \) равен произведению \( Z \) и заряда электрона \( e \) : \( q_я=Z\cdot e \) .
Часть 1
1. Какой из типов радиоактивного излучения представляет собой поток положительно заряженных частиц?
1) \( \alpha \) -излучение
2) \( \beta \) -излучение
3) \( \gamma \) -излучение
4) поток нейтронов
2. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение. Что представляет собой гамма-излучение?
1) поток электронов
2) поток нейтронов
3) поток ядер атомов гелия
4) электромагнитное излучение
3. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение (поток альфа-частиц), бета-излучение (поток бета-частиц) и гамма-излучение. Каковы знак и модуль заряда бета-частиц?
1) отрицательный и равный элементарному заряду
2) положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3) положительный и равный по модулю элементарному заряду
4) альфа-частицы не имеют заряда
4. Радиоактивный препарат помещен в магнитное поле. В этом поле не отклоняются
A. \( \alpha \) -лучи
Б. \( \beta \) -лучи
B. \( \gamma \) -лучи
1) только А
2) только А и Б
3) только В
4) только А и В
5. Какое из трёх типов излучения — \( \alpha \) , \( \beta \) или \( \gamma \) — обладает наименьшей проникающей способностью?
1) \( \alpha \)
2) \( \beta \)
3) \( \gamma \)
4) проникающая способность всех типов излучения одинакова
6. Какой вывод можно было сделать из результатов опытов Резерфорда?
1) атом представляет собой положительно заряженный шар, в который вкраплены электроны
2) ядро атома имеет такие же размеры, что и \( \alpha \) -частицы
3) атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны
4) атом излучает и поглощает энергию порциями
7. Почему в опыте Резерфорда большая часть \( \alpha \) -частиц практически не отклоняется от прямолинейной траектории?
1) ядро атома имеет малые но сравнению с \( \alpha \) -частицей размеры
2) ядро атома имеет положительный заряд
3) ядро атома имеет малые по сравнению с атомом размеры
4) ядро атома притягивает \( \alpha \) -частицы
8. Суммарный заряд электронов в нейтральном атоме:
1) отрицательный и равен по модулю заряду ядра
2) положительный и равен по модулю заряду ядра
3) может быть положительным или отрицательным, но равным по модулю заряду ядра
4) отрицательный и всегда больше по модулю заряда ядра
9. Число электронов в нейтральном атоме равно
1) числу нейтронов в ядре
2) числу протонов в ядре
3) суммарному числу нейтронов и протонов
4) разности между числом протонов и нейтронов
10. Атом становится отрицательно заряженным ионом, если
1) он потеряет электроны
2) к нему присоединятся электроны
3) он потеряет протоны
4) к нему присоединятся протоны
11. Установите соответствие между видом излучения (в левом столбце таблицы) и его характеристикой (в правом столбце таблицы). В таблице под номером вида излучения левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.
ВЕЛИЧИНА
A. Альфа-излучение
Б. Бета-излучение
B. Гамма-излучение
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Отрицательный заряд, равный двум элементарным зарядам
2. Отрицательный заряд, равный элементарному заряду
3. Положительный заряд, равный по модулю двум элементарным зарядам
4. Положительный заряд, равный по модулю элементарному заряду
5. Отсутствие заряда
12. Из приведённых ниже высказываний выберите 2 правильных и запишите их номера в таблицу.
1) магнитное поле не действует на гамма-излучение
2) магнитное поле сильнее отклоняет альфа-частицы
3) магнитное поле сильнее отклоняет бета-частицы
4) все три вида излучения, обнаруженные при исследовании естественной радиоактивности, отклоняются магнитным полем
5) радиоактивностью обладают все элементы таблицы Менделеева
4. Радиоактивный препарат помещен в магнитное поле. В этом поле не отклоняются
Ни для кого не секрет, что радиация вредна. Это знают все. Все слышали про ужасные жертвы и опасность радиоактивного воздействия. Что же такое радиация? Как она возникает? Существуют ли разные виды радиации? И как от нее защититься?
Слово «радиация» происходит от латинского radius и обозначает луч. В принципе радиация – это все виды существующих в природе излучений – радиоволны, видимый свет, ультрафиолет и так далее. Но излучения бывают различными, некоторые из них полезны, некоторые вредны. Мы в обычной жизни привыкли словом радиация называть вредное излучение, возникающее вследствие радиоактивности некоторых видов вещества. Разберем, как на уроках физики объясняют явление радиоактивности.
Бета-излучение
Бета-излучение — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.
Альфа-излучение
Альфа-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.
Радиоактивность в физике
Мы знаем, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так вот ядро – это в принципе очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы.
Это излучение называют радиоактивным, и оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение. (альфа-, бета- и гамма-излучение). Эти излучения различны, различно и их действие на человека и меры защиты от него. Разберем все по порядку.
Ни для кого не секрет, что радиация вредна. Это знают все. Все слышали про ужасные жертвы и опасность радиоактивного воздействия. Что же такое радиация? Как она возникает? Существуют ли разные виды радиации? И как от нее защититься?
Что такое радионуклид? Не нужно пугаться этого слова: оно обозначает попросту радиоактивные изотопы. Иногда в речи можно услышать слова «радионуклеид», или еще менее литературный вариант – «радионуклеотид». Правильный термин — именно радионуклид. Но что такое радиоактивный распад? Каковы свойства разных видов излучения и чем они отличаются? Обо всем — по порядку.
Долгоживущие и короткоживущие радионуклиды
Альфа-, бета- и гамма-излучения сопровождают процесс распада атомного ядра. Что такое период полураспада? Ядра радионуклидов не являются стабильными – этим они и отличаются от других устойчивых изотопов. В определенный момент запускается процесс радиоактивного распада. Радионуклиды при этом превращаются в другие изотопы, в процессе чего испускаются альфа-, бета- и гамма-лучи. Радионуклиды имеют разный уровень нестабильности – некоторые из них распадаются в течение сотен, миллионов и даже миллиардов лет. К примеру, все изотопы урана, которые встречаются в природе, являются долгоживущими. Есть и такие радионуклиды, которые распадаются в течение секунд, дней, месяцев. Они зовутся короткоживущими.
Выброс альфа-, бета- и гамма-частиц сопровождает не любой распад. Но на самом деле радиоактивный распад сопровождается только выбросом альфа- или бета-частиц. В некоторых случаях этот процесс происходит в сопровождении гамма-лучей. Чистое гамма-излучение в природе не встречается. Чем больше скорость распада радионуклида, тем выше его уровень радиоактивности. Некоторые считают, что в природе существует альфа-, бета-, гамма- и дельта-распад. Это неверно. Дельта-распада не существует.
Бета-излучение
Бета-частицы, открытые следующими, оказались обычными электронами, однако обладающими огромной скоростью. Они намного меньше, чем альфа-частицы, а также обладают меньшим электрическим зарядом. Бета-частицы лекго проникают внутрь различных материалов. В воздухе они преодолевают расстояние до нескольких метров. Задержать их могут следующие материалы: одежда, стекло, тонкий металлический лист.
Свойства гамма-лучей
Этот вид излучения имеет ту же природу, что и ультрафиолетовое излучение, инфракрасные лучи или радиоволны. Гамма-лучи представляют собой фотонное излучение. Однако с чрезвычайно высокой скоростью фотонов. Этот тип излучения очень быстро проникает сквозь материалы. Чтобы задержать его, обычно используют свинец и бетон. Гамма-лучи способны преодолевать тысячи километров.
С тех времен, когда произошел взрыв первой атомной бомбы, многие понятия из радиологии претерпели изменения. Вместо фразы «атомный котел» принято говорить «атомный реактор». Вместо словосочетания «радиоактивные лучи» пользуются выражением «ионизирующие излучения». Словосочетание «радиоактивный изотоп» заменено на «радионуклид».
Как можно защититься от альфа-излучения
В прямой зависимости от длины свободного пробега находится поражающая способность альфа-излучения. Она весьма невелика. При большой ионизирующей способности альфа-частицы проникают в ткани человеческого тела лишь на малую глубину, повреждая только поверхность кожи. Считается, что внешнее α-облучение неопасно. Но попадание этих достаточно массивных частиц внутрь организма (с пищей, водой или через повреждённую кожу) чревато серьёзным отравлением из-за их сильного ионизирующего действия, образования окислителей, свободного водорода и кислорода. Их накопление в гипофизе, коре надпочечников и других тканях приводит к патологии в работе различных систем и органов, к снижению адаптационных свойств организма.
Из всех видов ионизирующих излучений поток альфа-частиц считается самым безобидным, поскольку при внешнем облучении он не требует специальных средств защиты. Достаточно отдалиться от источника излучения на 10–20 сантиметров. Впрочем, экран из обычной бумаги, ткани или тонкого слоя алюминия и одежда, полностью поглощает это излучение.
Настоящая опасность возникает лишь при угрозе внутреннего облучения. Во избежание этой беды, следует не допускать проникновения радионуклидов вовнутрь организма, а также использовать средства индивидуальной защиты:
комбинезоны, шлемы, нарукавники и обувь из специальных материалов;
В числе рекомендаций, объясняющих как защищаться от альфа-излучения, содержатся интересные сведения о влиянии некоторых продуктов питания на процесс выведения радионуклидов из организма.
Этой способностью обладают продукты, содержащие витамины B и C. Для лечения малых доз облучения с достаточно хорошим эффектом используют перепелиные яйца. Они чрезвычайно богаты витаминами, аминокислотами и другими веществами с профилактическим радиозащитным действием. К числу растений, не накапливающих радиоактивные элементы, относится топинамбур.
Для обнаружения альфа-излучения не могут быть использованы обычные дозиметры по причине его малой проникающей способности. А вот счётчик Гейгера своими чёткими, сухими щелчками предупредит о наличии такой угрозы, что позволит принять меры по защите от альфа-излучения.
Что собой представляет альфа-излучение
Продолжив свои опыты, Резерфорд установил, что это излучение испытывает заметное отклонение не только в магнитном, но и в электрическом поле. Причём явно тяготеет к отрицательному полюсу. Целая серия подобных опытов, выполняемых в вакуумных установках, позволила определить, что такое альфа-излучение — это положительные частицы, параметры которых в точности совпадают с параметрами… ядер гелия. У обычного атома гелия всего лишь два электрона. Расставшись с ними, получается дважды ионизированный атом, то есть ядро гелия. Поэтому говоря об α-излучении, совершенно правомерно утверждать, что это дважды ионизированные атомы гелия.
Существует несколько естественных и искусственных источников альфа-излучения.
- Ядерный альфа-распад тяжёлых элементов (радий, торий и др.), при котором происходит испускание ядер гелия.
- Ускоренные ядра гелия, стремящиеся в объятия земного тяготения из космических глубин вместе с потоками межзвёздного газа.
- Эксперименты, проводимые в радиоизотопных лабораториях и на ускорителях заряженных частиц.
- Объекты урановой промышленности и ядерные реакторы.
Открытие радиоактивности и его необычных свойств породило в учёном мире огромный интерес и вызвало множество вопросов. Прорывом в изучении этого явления стал классический опыт английского учёного Э. Резерфорда, поместившего радиоактивный излучатель в магнитное поле. К удивлению экспериментаторов, радиоактивный пучок разделился на 3 части. Лучи, испытавшие минимальное отклонение, были названы — альфа-лучами.
Что собой представляет альфа-излучение? Чем оно стало для человечества — другом, помощником или врагом? Какой от него вред и как защититься от альфа-излучения?
Как ведёт себя альфа-излучение в разных средах
Начальная скорость альфа-частиц заключена в пределах 14–20 тыс. км/с. А поскольку это достаточно тяжёлые частицы (они массивнее бета-частиц в 7300 раз!), то их ионизирующая способность весьма велика.
Так, в зависимости от начальной энергии, альфа-частица, двигаясь в воздухе при 15° C и нормальном атмосферном давлении, способна создать 150 000–250 000 пар ионов. Затраты энергии на ионизацию весьма велики, поэтому срок жизни этих частиц весьма недолог. По мере замедления этих частиц, их ионизационная способность возрастает.
Свободный пробег альфа-частиц в воздухе находится в пределах 3–11 см, а в твёрдых и жидких средах всего — сотые доли миллиметра.
Полученные знания о физико-химических свойствах этих лучей позволили не только узнать, как можно защититься от альфа-излучения, но и разработать тактику альфа-терапии. Она использует полученные при альфа-излучении изотопы — радон, торон, имеющие малые сроки жизни и быстро выводимые из организма.
Давайте будем совместно делать уникальный материал еще лучше, и после его прочтения, просим Вас сделать репост в удобную для Вас соц. сеть.