Радиоактивный распад и ядерные реакции.

Радиоактивные вещества - это химические элементы, имеющие нестабильные ядра. Их нестабильность проявляется в возможности самопроизвольного распада ядра. Под радиоактивным распадом понимают любое превращение атома ядра, приводящее к изменению заряда, массы или энергетического состояния ядра. Существуют 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, которые происходят в результате взаимодействия атомов или частиц между собой. В процессе ядерной реакции образуется нестабильное ядро, которое 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. Реакция сопровождается γ излучением. Ядерные реакции могут происходить и при взаимодействии атомов с высокоэнергичными β частицами и γ лучами. В результате ядерных реакций получают весь спектр ионизирующего излучения, включая нейтроны и протоны, которые не образуются в процессе радиоактивного распада.

Ионизация вещества.

Ионизирующее излучение получило свое название вследствие того, что при взаимодействии α,β частиц нейтронов рентгеновского и γ излучения с веществом происходит его ионизация, оценивается ионизация вещества по интенсивности образования ионов на единицу длины пробега частиц и по глубине проникновения. Механизм взаимодействия α и β частиц с веществом похож. Ионизация происходит вследствие неупругих столкновений с ē атомов. Различные заключения в том, что интенсивность ионизации, возникающая от α частиц выше, а образующиеся α достаточно энергичны, для вторичной ионизации вещества. Две частицы в процессе движения тратят значительно больше энергии на единицу длины пути, поэтому их проникающая способность невелика, составляет около 40 мкм, для биологической 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 является возникновение, которое гораздо больше. Ионизация вещества рентгеновским излучением возникает в результате фотоэффекта, когда импульс электромагнитной волны передается ē внешней оболочки атома.

Ионизация вещества γ излучением также проходит в результате фотоэффекта, но выбивание ē возможно и из нижних оболочек, что приводит к дополнительной ионизации за счет эффекта ОЖЕ (при заполнении нижней оболочки с верхней). Тем не менее основным механизмом ионизации γ лучами, возникающими при радиоактивном распаде является эффект Комптона. Рентгеновское и γ излучения обладают относительно α частиц малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения. γ излучение может выбить ē из внутренних электронных оболочек атома, в этом случае говорят, что на внутренней оболочке образуется вакансия. Такое состояние не устойчиво и ē подсистема стремится минимизировать энергию за счет заполнения вакансий электроном с одного из вышележащих уровней энергии атомов. Выделяющиеся при переходе на нижележащий уровень энергии может быть испущена в виде кванта рентгеновского излучения, либо передана 3му электрону, который вынужденно покидает атом. Второй процесс называют эффектом ОЖЕ, высвобождающийся при этом ē, к которому был передан избыток энергии ОЖЕ электроном. Энергия ОЖЕ электрона не зависит от энергии возбуждающего излучения, а определяется структурой энергетического уровня в атоме. Эффект Комптона- явление изменения длины волны электромагнитного излучения, в следствии рассеивания его электронами, сопровождается выбиванием ē, т.е. ионизацией вещества. Обнаружен американским физиком Комптоном в 1923 г для регенерации излучения. Ионизация вещества нейтронным облучением имеет вторичный характер, основным механизмом является неупругое рассеивание с испусканием γ кванта, который способен ионизировать вещество. 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), например, для нейтронов с энергией 2 мēВ в воде lз=54 мм, ln=27 мм, а в углероде lз =177мм,а ln=540 мм.