Альфа-, бета-, гамма-излучения

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют — ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение, или еще проще радиация. К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация — это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация — это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Виды радиации

Альфа, бета и нейтронное излучение — это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение — это излучение энергии.

Нейтронное излучение

  • излучаются: нейтроны
  • проникающая способность: высокая
  • облучение от источника: километры
  • скорость излучения: 40 000 км/с
  • ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение — это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Ионизирующее излучение

Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

Альфа-лучи

В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

Бета-лучи

Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

Гамма- лучи

Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

Приемники

Гамма-телескоп сверхвысоких энергий HESS

Расположен в Намибии, состоит из 4 параболических тарелок диаметром 12 метров, размещенных на площадке размером 250 метров. На каждой из них закреплено 382 круглых зеркала диаметром 60 см

, которые концентрируют тормозное излучение, возникающее при движении энергичных частиц в атмосфере (см. схему телескопа).

Телескоп начал работать в 2002 году. Он в равной мере может использоваться для регистрации энергичных гамма-квантов и заряженных частиц — космических лучей. Одним из главных его результатов стало прямое подтверждение давнего предположения о том, что остатки вспышек сверхновых звезд являются источниками космических лучей.

Схема телескопа для гамма-излучения сверхвысоких энергий

Когда энергичный гамма-квант входит в атмосферу, он сталкивается с ядром одного из атомов и разрушает его. При этом порождается несколько обломков атомного ядра и гамма-квантов меньшей энергии, которые по закону сохранения импульса движутся почти в том же направлении, что и исходный гамма-квант. Эти обломки и кванты вскоре сталкиваются с другими ядрами, образуя в атмосфере лавину частиц.

Большинство этих частиц имеет скорость, превышающую скорость света в воздухе. Вследствие этого частицы испускают тормозное излучение, которое достигает поверхности Земли и может регистрироваться оптическими и ультрафиолетовыми телескопами. Фактически сама земная атмосфера служит элементом гамма-телескопа. Для гамма-квантов сверхвысоких энергий расходимость пучка, достигающего поверхности Земли, составляет около 1 градуса. Этим определяется разрешающая способность телескопа.

При еще более высокой энергии гамма-квантов до поверхности доходит сама лавина частиц — широкий атмосферный ливень (ШАЛ). Их регистрируют сцинтилляционными датчиками. В Аргентине сейчас строится обсерватория имени Пьера Оже (в честь первооткрывателя ШАЛ) для наблюдения гамма-излучения и космических лучей ультравысоких энергий. Он будет включать несколько тысяч цистерн с дистиллированной водой. Установленные в них ФЭУ будут следить за вспышками, происходящими в воде под воздействием энергичных частиц ШАЛ.

Гамма-обсерватория INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)

Орбитальная обсерватория, работающая в диапазоне от жесткого рентгена до мягкого гамма-излучения (от 15 кэВ

до 10МэВ ), была выведена на орбиту с космодрома Байконур в 2002 году. Обсерватория построена Европейским космическим агентством (ESA) при участии России и США. В конструкции станции использована такая же платформа, как и в ранее запущенной (1999) европейской рентгеновской обсерватории XMM-Newton.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Электронное устройство для измерения слабых потоков видимого и ультрафиолетового излучения. ФЭУ представляет собой электронную лампу с фотокатодом и набором электродов, к которым приложено последовательно возрастающее напряжение с суммарным перепадом до нескольких киловольт.

Кванты излучения падают на фотокатод и выбивают из него электроны, которые движутся к первому электроду, образуя слабый фотоэлектрический ток. Однако по пути электроны ускоряются приложенным напряжением и выбивают из электрода значительно большее число электронов. Так повторяется несколько раз — по числу электродов. В итоге поток электронов, пришедший от последнего электрода к аноду, увеличивается на несколько порядков по сравнению с первоначальным фотоэлектрическим током. Это позволяет регистрировать очень слабые световые потоки, вплоть до отдельных квантов.

Важная особенность ФЭУ — быстрота срабатывания. Это позволяет использовать их для регистрации скоротечных явлений, таких как вспышки, возникающие в сцинтилляторе при поглощении энергичной заряженной частицы или кванта.

Отдельный ФЭУ имеет очень небольшую площадь фотокатода и регистрирует только те кванты, которые движутся в его направлении. Чтобы повысить эффективность регистрации, вокруг объема сцинтиллятора размещают большое число ФЭУ, связанных в единую систему. Матрицы ФЭУ также применяют для регистрации частиц широких атмосферных ливней и в нейтринных телескопах.

Оптическое излучение и его влияние на человека

Оптическое или лазерное излучение – характеризуется его видимостью в виде луча, а также атомной природой происхождения. Лазерное излучение схоже с природой света, но свет на улице – явление естественное, а лазер – вынужденное свечение.

Длинные лазерные волны не способны нанести вред живым существам, но короткие высокочастотные волны при длительном воздействии угрожают:

  • поражением органов зрения (катаракта, поражение сетчатки, помутнение хрусталика, отек век);
  • перегревом кожных покровов, их покраснением, разрушением внутренних слоев эпидермиса, отмиранием участков кожи;
  • расстройством сердечно-сосудистой и центральной нервной систем.

Понятие о гамма-излучении

Радиоактивное излучение – это ионизирующее излучение, которое рождается при нестабильном поведении частиц различного спектра, когда те попросту распадаются на составные части атома – протоны, нейтроны, электроны и фотоны. Гамма-излучение, в том числе и рентгеновское, является тем же процессом. Радиация имеет различное биологическое действие на организм человека – его вред зависит от способности частиц проникать через различные препятствия.

В этом плане гамма-излучение обладает наиболее выраженной проницательной способностью, что позволяет ему проникать даже сквозь пятисантиметровую свинцовую стену. Поэтому гамма-излучение, или гамма-лучи – это радиоактивное излучение, обладающее высокой степенью радиоактивного влияния на живой организм. Во время излучения их скорость равна скорости света.

Альфа-, бета- и гамма-лучи крайне опасны для человека и их интенсивное воздействие ведет к лучевой болезни, которая проявляется характерными симптомами:

  • острый лейкоцитоз;
  • торможение пульса, снижение мышечного тонуса, замедление всех процессов жизнедеятельности;
  • выпадение волос;
  • поочередный отказ всех органов – сначала печени, почек, спинного мозга, а затем сердца.

Попадая в организм, лучи радиации уничтожают и подвергают мутации клетки таким образом, что, заразившись, те заражают другие. А те, что смогли выжить, перерождаются уже неспособными к делению и другим функциям жизнедеятельности. Альфа- и бета-лучи являются наиболее опасными, однако гамма-частица коварна тем, что за 1 секунду преодолевает расстояние в 300 000 километров и способна поражать значительные расстояния. При небольшой дозе радиации человек не чувствует ее воздействие, и свое разрушительное влияние она обнаруживает не сразу. Может пройти как несколько лет, так и несколько поколений – в зависимости от дозы и типа лучей – прежде чем проявятся нарушения. Однако при большой дозе облучения болезнь проявляется в течение нескольких часов и имеет ярковыраженную симптоматику с болями в животе, неудержимой рвотой, головными болями.

Защитные мероприятия

Гамма-излучение и его источники являются чрезвычайно опасными для человеческого организма. Жизнь человека протекает на фоне природных электромагнитных излучений, имеющих разную длину волны и частоту. Несмотря на всплески, подобный вред минимален для людей, так как в качестве защиты выступает огромное расстояние, отделяющее источники радиации о всего живого.

Совсем другое – это источники земные. Например, наибольшую опасность несут такие источники, как АЭС: контуры технологические, реакторы и прочее

Подобные рукотворные источники способны натворить беды и причинить печальные последствия, поэтому важно знать о мерах защиты от волны радиации гамма частиц. Защита от гамма излучения организовывается в обучении персонала, имеющего отношение к такому источнику

Основные мероприятия:

  • Защита временем и расстоянием.
  • Использование барьера, особого материала, имеющего большую плотность – сталь, бетон и свинец, стекло свинцовое.

Ослабит силу лучей вдвое можно так: воспользоваться свинцовой пластинкой, толщина которой составляет 1 сантиметр, воды – не менее 10 см, а бетона – 5 сантиметров. Однако данную преграду нельзя называть непреодолимой. Свинец не выдерживает высокой температуры, поэтому для горячих областей нужны другие металлы: тантал и вольфрам.

Чтобы сделать защитную одежду для персонала, необходимо применить специальный материал. Основой послужит каучук, пластик или же резина. Можно задействовать экраны противорадиационные. Гамма облучение признано самым опасным, поэтому в качестве укрытия может послужить подвал дома. Укрытие будет надежнее, когда толстые стены. Подвал, расположенный в многоэтажках, снижает воздействие и силу радиации в тысячу раз.

Физическая защита (экранирование) [ править | править код ]

Толщина слоя заданного материала, уменьшающая уровень радиации в два раза, называется слоем половинного ослабления

. Соотношение уровня радиации до и после защиты называется коэффициентом защиты.

С увеличением толщины слоя противорадиационной защиты количество пропущенной радиации падает экспоненциально. Так, если слой половинного ослабления слежавшегося грунта составляет для гамма-излучения осколков деления 9,1 см, то насыпь толщиной 91 см (типичная насыпь над противорадиационным убежищем) уменьшит количество радиации в 2 10 , или 1024 раза.

Показатель поглощения (стоящий в экспоненте), зависит от энергии. Например, слой половинного ослабления для излучения цезия-137 в разы меньше, чем для излучения кобальта-60.

В таблице ниже указаны характеристики слоя половинного ослабления гамма-излучения осколков деления некоторых материалов (в единицах системы СГС) :

Материал защиты Слой половинного ослабления, см Плотность, г/см³ Масса 1 см² слоя половинного ослабления, г
Свинец 1,8 11,3 20
Бетон 6,1 3,33 20
Сталь 2,5 7,86 20
Слежавшийся грунт 9,1 1,99 18
Вода 18 1,00 18
Древесина 29 0,56 16
Обеднённый уран 0,2 19,1 3,9
Воздух 15000 0,0012 18

Влияние на здоровье

Любая ионизирующая радиация серьезно вредит на клеточном уровне. Но альфа и бета-частицы практически не проникают, поэтому вред наносится на локализированном уровне (радиационный ожог). А гамма-лучи и нейтроны сильнее проникают, из-за чего происходит диффузное повреждение организма. Наиболее опасные формы гамма-лучей создаются при энергиях 3-10 МэВ.

Электромагнитный спектр
  • Радиоволны
  • Микроволны
  • Инфракрасные волны
  • Видимый свет
  • Ультрафиолетовое излучение
  • Рентгеновские лучи
  • Гамма-излучение
Электромагнитные волны и их свойства
  • Уравнения Максвелла
  • Создание электромагнитных волн
  • Энергия и импульс
  • Скорость света
  • Эффект Допплера
  • Импульс переноса и радиационного давления
Применение электромагнитных волн

Чем опасно гамма-излучение

Гамма излучение является наиболее опасным, нежели альфа и бета.

Механизм действия:

  • Гамма лучи способны проникать через кожные покровы внутрь живых клеток, в результате происходит их повреждение и дальнейшее разрушение.
  • Поврежденные молекулы провоцируют ионизацию новых таких же частиц.
  • В результате возникает изменение в структуре вещества. Пострадавшие частицы при этом начинают разлагаться и превращаться в токсические вещества.
  • В итоге происходит образование новых клеток, но они уже с определенным дефектом и поэтому не могут полноценно работать.

Гамма излучения опасно тем, что такое взаимодействие человека с лучами не ощущается им ни в коей мере. Дело в том, что каждый орган и система человеческого организма реагирует по-разному на γ-лучи. Прежде всего, страдают клетки, способные быстро делиться.

  • Лимфатическая,
  • Сердечная,
  • Пищеварительная,
  • Кроветворная,
  • Половая.

Оказывается негативное влияние и на генетическом уровне. Кроме того, такое излучение имеет свойство накапливаться в человеческом организме. При этом в первое время оно практически не проявляется.

Диета

Показания

В рационе должны присутствовать высококалорийные продукты, покрывающие дневную норму в энергии.

В реабилитационный период следует больше пить воды (2,5-3 л), чтобы очистить организм от продуктов распада зараженных тканей.

В ежедневное меню вводят каши, отварное мясо, куриные яйца, красную икру и рыбу, свежие молочные продукты, мёд, сушеные яблоки и грецкие орехи, соки из овощей и фруктов.В качестве витаминных продуктов употребляют пищу, богатую витаминами А, С, Е, минералами селен и цинк. Они являются природными оксидантами и выводят токсины из организма.

Пациенты часто испытывают вкусовые изменения. Быстро приедается и надоедает. Многие больные страдают анорексией. Рацион должен быть разнообразен по-максимуму.

Защита от радиации специальными средствами

В особых случаях необходимо осуществлять защитную деятельность в зоне с повышенным радиационным фоном. Примером может быть устранение последствий аварии на атомных электростанциях или работы на промышленных предприятиях, где существуют источники радиоактивного излучения. Находиться в таких зонах без использования средств индивидуальной защиты опасно не только для здоровья, но и для жизни. Специально для таких случаев были разработаны средства индивидуальной защиты от радиации. Они представляют собой защитные экраны из материалов, которые задерживают различные виды радиационного излучения и специальную одежду.

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) и его виды:

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны – менее 2⋅10−10 м – и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-излучение  относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.

Гамма-излучение (в узком смысле) – это проникающее электромагнитное излучение, возникающее при спонтанных превращениях («распаде») атомных ядер многих естественных или искусственно созданных радиоактивных элементов (радионуклидов).

В более широком смысле гамма-излучением называется любое электромагнитное излучение с квантовыми энергиями от нескольких сотен килоэлектронвольт и выше, независимо от характера их возникновения.

Название гамма-лучей происходит от деления ионизирующего излучения на альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение в соответствии с их возрастающей способностью проникать в материю. Альфа- и бета-лучи состоят из заряженных частиц и поэтому взаимодействуют с материей значительно сильнее, чем незаряженные фотоны или кванты гамма-излучения. Соответственно, последние имеют значительно более высокую проникающую способность.

Альфа-излучение (α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд. Ядро атома гелия-4 (α-частица) –  42He2+ образовано двумя протонами и двумя нейтронами.

Бета-излучение (β-лучи) являют собой поток электронов – е– (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов – p (соответственно, частиц с положительным зарядом).

Гамма-излучение (γ-лучи) представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Энергия гамма-квантов может составлять от нескольких сотен килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких сотен гигаэлектронвольт (ГэВ) и выше. Последнее (сверхвысокие значения энергий гамма-лучей) характерно для космических лучей.  Так, очень высокоэнергетические гамма-лучи в диапазоне 100-1000 тераэлектронвольт (ТэВ) наблюдались от таких источников, как микроквазар Cygnus X-3 .

Различают:

–  мягкое гамма-излучение (с энергиями фотонов от нескольких сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт),

– гамма-излучение средних энергий (с энергиями фотонов от нескольких мегаэлектронвольт до десятков мегаэлектронвольт),

– гамма-излучение высоких энергий (с энергиями фотонов от нескольких десятков мегаэлектронвольт до 1011 электронвольт),

– гамма-излучение сверхвысоких энергий (с энергиями фотонов свыше 1011 электронвольт).

На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с жестким рентгеновским излучением. При этом четкая граница между гамма-излучением и жестким рентгеновским излучением не определена.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом в 1900 году при исследовании излучения радия. Он поместил радий-226 (в смеси с его дочерними радионуклидами) в магнитное поле. В результате компоненты излучения были разделены на три составляющие по направлению отклонения частиц в магнитном поле: излучение с положительным электрическим зарядом было названо α-лучами, с отрицательным — β-лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название γ-лучей. Впервые такую терминологию использования предложил Э. Резерфорд в начале 1903 года.

Характеристика альфа-излучения

Лучи такого вида представляют собой альфа-частицы массой 4,0015 атомных единиц. Магнитный момент и спин равны нулю, а заряд частиц — удвоенному элементарному заряду. Энергия альфа-лучей находится в пределах 4-9 МэВ. Ионизирующее альфа-излучение проявляется при потере атома своего электрона и превращении его в ион. Выбивание электрона происходит за счет большого веса альфа-частиц, которые больше его практически в семь тысяч раз. При прохождении через атом и отрыве каждого отрицательно заряженного элемента частицы теряют свою энергию и скорость. Способность ионизировать материю теряется, когда вся энергия потрачена и альфа-частица преобразуется в атом гелия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector