Ионизирующее излучение. Источники ионизирующего излучения.

К ион-му излучению относят изл-я различных видов микрочастиц, рентгеновского и гамма излучения, способные ион-ть вещество. Рентгеновское излучение – Эл-магн. Волны, энергия фотонов кот. лежит на эн-ой шкале между УФ изл-м и гамма изл-м, что сост-т длину волн от 10-5*10-3 нм. Гамма изл-е- вид Эл-магнитного изл-я с чрезвычайно маленькой длиной волны менее 5*10-3нм и, вследствие этого ярко выраженными корпускулярными и слабовыраженными волновыми св-ми. Гамма квантами явл. фотоны с высокой энергией, обычно считается, что энергия гамма квантов излучения превышает 105ē\В, хотя резкая разница между гамма - и рентгена - излучением не видна. Источники ион-го изл-я бывают естественного и искусственного происхождения. Источником естес-го происхождения явл. радиоактивные изотопы, сод-ся в твердых породах, Н20 и воздухе. Обычно конц-я их мала и их влияние на человека незначительно. Кроме них естес-й источник ионизирует излучения - солнечные и космические. Источником искус-го происх-я явл.

 

 

приборы и устройства, сод-ие рад-ые изотопы в конц-ом виде (топливо ядерных станций, ядерные реакторы, электрофизические приборы и устройства, ускорители частиц, которые применяются не только для физ-х исследований, но и в медицине, с/х, промышленном производстве).

Радиоактивный распад и ядерные реакции.

Рад-ые в-ва - это хим-ие элементы, имеющие нестабильные ядра. Их нестабильность проявляется в возможности самопроизвольного распада ядра. Под рад-ым распадом понимают любое превращение атома ядра, приводящее к изм-ю заряда, массы или эн-го состояния ядра. Сущ-ют 5 видов распада радионуклидов: 1) α распад (испускание ядер гелия) 88Ra226→2He4+86Rn222,радий испускает α частицу и превращается в радон, сопровождается испусканием γ (гамма) кванты. 2) электронный β распад 38Sr90→-1β0+39Y90,стронций испускает электрон и превращается в иттрий. 3) Позитронный β распад 7N13→+1β0+6C13, азот испускает позитрон и превращает в углерод, позитрон встречает ē и образуется 2 кванта. 4) К захват. Происходит захват ядром ближайшего к ядру ē на К оболочке 29Cu64+-1β 0→28Ni64 при захвате ядром меди образуется никель. 5) Изомерные переходы. Ядро может длительное время находиться в возбужденном состоянии (нестабильном), такое ядро называют изомером. Переход в основное состояние происходит либо при испускании γ квантов, либо энергетически передается ближайшему электрону К или α оболочке, которые вылетают за пределы атома.

Ядерные реакции - такие превращения элементов, кот. происходят в рез-те взаим-ия атомов или частиц между собой. В процессе яд-й р-и обр-ся нестабильное ядро, кот. в дальнейшем распадается. 7N14+2He4→9F18→8O17+1H1. Облучение α частицами азот дает нестабильный фтор, который распадается, образуя О2 и пропан. 4Be9+2He4→6C13→6C13+0n1. Облучение α частицами бериллия дает нестабильный углерод, который распадаясь, образует углерод и нейтрон. Р-я сопровождается γ излучением. Ядерные р-ии могут происходить и при взаим-ии атомов с высокоэн-ми β частицами и γ лучами. В рез-те ядерных р-й получают весь спектр ион-го изл-я, включая нейтроны и протоны, кот. не обр-я в процессе рад-го распада.

 

Ионизация вещества.

Ион-ее изл-е получило свое название вследствие того, что при взаим-и α,β ч-ц, нейтронов рентгеновского и γ излучения с в-ом происходит его ионизация, оценивается ионизация в-ва по инт-ти обр-ия ионов на ед-у длины пробега частиц и по глубине проникновения. Механизм взаим-ия α и β частиц с в-ом похож. Ионизация происходит вследствие неупругих столкновений с ē атомов. Различные заключения в том, что инт-ть ион-и, возн-я от α частиц выше, а обр-ся α достаточно энергичны, для вторичной ион-ии в-ва. Две ч-цы в процессе движения тратят значительно больше энергии на ед-у длины пути, поэтому их проникающая способность невелика, составляет около 40 мкм, для биол-ой ткани это меньше толщины рогового слоя. Поэтому облучение α

 

 

частицами опасно для человека в случае повреждения кожного покрова или при внутреннем облучении. Глубина проникновения β частиц составляет около 1,3 мм. Важной особенностью β излучения явл. Возн-ие тормозного рентг-го изл-я, глубина проникн-я кот. гораздо больше. Ионизация в-ва рентг-м изл-м возникает в рез-те фотоэффекта, когда импульс Эл-магнитной волны передается ē внешней оболочки атома.

Ионизация в-ва γ изл-ем также проходит в рез-те фотоэффекта, но выбивание ē возможно и из нижних оболочек, что приводит к доп-ой ионизации за счет эффекта ОЖЕ (при заполнении нижней оболочки с верхней). Тем не менее основным механизмом ионизации γ лучами, возн-ми при рад-ом распаде является эф-т Комптона. Рентг-е и γ изл-я обладают относительно α частиц малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения. γ излучение может выбить ē из внутренних Эл-х оболочек атома, в этом случае говорят, что на внутренней оболочке обр-ся вакансия. Такое состояние не устойчиво и ē подсистема стремится мин-ть энергию за счет заполнения вакансий Эл-ом с одного из вышележащих уровней энергии атомов. Выд-ся при переходе на нижележащий уровень энергии может быть испущена в виде кванта рентг-го излучения, либо передана 3му Эл-ну, кот. вынужденно покидает атом. Второй процесс называют эффектом ОЖЕ, высвобождающийся при этом ē, к кот. был передан избыток энергии ОЖЕ Эл-ом. Энергия ОЖЕ Эл-на не зависит от энергии возбуждающего излучения, а опр-ся структурой эн-го уровня в атоме. Эф-т Комптона- явление изм-я длины волны Эл-магнитного изл-я, в следствии рассеивания его Эл-ми, сопровождается выбиванием ē, т.е. ионизацией в-ва. Ионизация в-ва нейтронным облучением имеет вторичный характер, основным механизмом является неупругое рассеивание с испусканием γ кванта, который способен ион-ть в-во. Глубина проникновения нейтрона до момента выброса γ кванта зависит от состава вещества, она складывается из длины пути замедления(lз) и длины диффузионного пути (ln) до момента поглощения (lз и ln).