Характеристики радиоактивных излучений и их поражающие свойства

После открытия явлений радиоактивности было установлено, что радиоактивные вещества испускают три вида лучей.

Альфа излучение представляет собой поток ядер гелия, состоящих из 2 нейтронов и 2 протонов. Эти частицы обладают огромной энергией от 3 до 10 Мэв и начальной скоростью 10-20 тыс. км/сек.

Поэтому, ядро атома любого химического элемента, испуская такую единицу, превращается в ядро атома другого химического элемента имеющего заряд на два, а массовое число па четыре единицы меньше, чем исходное ядро. Например, из плутония 239 образуется уран 235.

Для микромира эта тяжёлая частица после ряда столкновений теряет энергию и захватывается каким-нибудь атомом. Их взаимодействие аналогично соударению биллиардных шаров или электрических зарядов.

Обладая большой энергией, зарядом и массой альфа частицы при столкновении с атомами среды ионизируют их.

В воздухе, например, одна частица образует около 30-40 тыс. пар ионов в одном сантиметре пути. В воздухе пробег их равен 5-11 см (образуя при этом на своём пути около 220 тыс. пар ионов). В ткани они проникают на глубину 31 микрона. Растратив всю энергию на ионизацию среды, альфа частицы присоединяют свободные электроны и превращаются в атомы гелия.

Поражающие действия альфа частиц связано с ионизацией биологической ткани, однако опасность возникает только при попадании альфа частиц внутрь организма (в 20 раз больше, чем гамма лучи). Внешнее облучение альфа частицами неопасно, т.к. легко поглощается одеждой (не могут проникнуть через лист бумаги).

В настоящее время известно около 40 естественных и более 200 искусственных альфа активных ядер. Альфа распад характерен для тяжёлых элементов (урана, тория, полония, плутония и др.).

Бета излучения (частицы), это поток быстрых, лёгких частиц электронов (позитронов). Их заряд равен единице, масса в 7,5 тыс. раз меньше, чем альфа частицы. Энергия для мягких бета излучений 0,1-1 МВт, жестких 2-3 МВт.

При распаде бета излучений происходит превращение одного из нейтронов ядра в протон, вновь образованное ядро имеет атомный номер на единицу больше по сравнению с исходным ядром, а массовое число остаётся прежним. Скорость продвижения бета частиц, колеблется в очень широких пределах, и может приближаться, к скорости света 300000 км/сек. Бета частицам труднее найти мишень в облучаемой среде, т.к. они воздействуют в основном только своим электрическим зарядом.

Ионизирующая способность бета излучений в 1000 раз ниже, чем альфа излучений, поэтому бета излучения проходит в среде больший путь, альфа излучения.

Длина проба: в воздухе 17,8 метров (каждая бета частица образовывает несколько десятков ионов); в биологической ткани 1-4 см; в твёрдых частицах несколько миллиметров; в воде 2,6 см.

Внешнее облучение при этом невелико (бета излучения задерживаются оконными стёклами и ослабляются наполовину летней одеждой). Бета частицы при взаимодействии с атомами среды отклоняются от своего первоначального направления. Поэтому путь, проходимый бета частицей в веществе представляет собой не прямую линию, как путь альфа частиц, а ломанную.

Гамма излучение представляют собой невидимое коротковолновое и высокочастотное электромагнитное излучение аналогичное рентгеновским лучам; представляют собой электромагнитные колебания и поток гамма квантов энергии (фотонов). Эти кванты энергии, которую излучают ядра атомов, они не имеют массы покоя, электрически нейтральны, энергия мягкая 0,2-1 Мэв. Они распространяются со скоростью света.

Ионизирующая способность гама излучений в десятки раз сильнее, чем бета излучений. В связи с этим они обладают большей проникающей способностью. В воздухе на пути в 1 см образуют несколько пар ионов и распространяются: длина пробега 1-1,5 км, обладают большой проникающей способностью, пронизывают организм насквозь.

Поскольку полную защиту от него обеспечить невозможно, то используют экраны из материалов, способных ослабить поток излучения. Если материал ослабляет поток в 2 раза, то он обладает коэффициентом половинного ослабления, который используется на практике.

Протон и пары протон-нейтрон воздействуют на окружающую среду аналогично альфа частицам. Например, для гамма-излучения с энергией 1МэВ слой половинного ослабления равен примерно 100 м, а в свинце 1 см.

Поток нейтронов, это поток электронейтральных (не имеющих заряда), но обладающих огромной массой, частиц образовавшихся в процессе ядерных реакций при взрывах ядерных боеприпасов, а также в атомных котлах или реакторах, способных нанести непреодолимый вред при облучении организма. Они взаимодействуют только с ядрами атомов (процесс аналогичен столкновению двух бильярдных шаров). В результате нескольких таких столкновений нейтрон теряет энергию, захватывается одним из ядер облучаемого вещества.

Длина пробега в воздухе, сотни метров. Проникает в ткани до 50 микрон. Обладает наведённой радиацией.

В зависимости от величины энергии, которые они обладают, нейтроны делятся на 4 группы:

- быстрые, с энергией больше 1 Мэв, КК - 10;

- промежуточные, с энергией от 1 Мзв до 100 эв, КК-3;

- медленные, с энергией меньше 100 эв, КК - 3;

- тепловые, энергия которых соответствует энергии теплового движения атомов 0,025 эв.

Быстрые нейтроны имеют значительный пробег в воздухе (несколько сотен метров) и обладают значительно большей проникающей способностью.