Эмпирическая формула для расчета среднего пробега в воздухе при нормальных условиях:
4Мэв< Е α < 7 МэВ
Средний пробег альфа-частиц в веществе
(формула Брэгга)
при известном атомном номере вещества-поглотителя
при известном пробеге альфа-частиц в воздухе с той же энергией
Бета-частицы- это поток электронов и позитронов. Заряд и масса у них одинаковы. Но отличается знак заряда. Кроме того, среднее время жизни электронов неограниченно долго, у позитронов – 10 -9 с. При аннигиляции они образуют два гамма-кванта: 
. Частицы от искусственных и естественных радионуклидов имеют энергию от 0 до 10 МэВ. Распределение бета-частиц по энергии называется бета-спектром. Зависимость количества бета-частиц после прохождения слоя вещества зависит от энергии бета-частиц и толщины поглотителя (3- при минимальной толщине поглотителя):
| Е β |
| Радиационные потери при торможении |
| Ионизационные потери |
| Ядерные реакции |
(0,15<Е β <0,8 МэВ)
(0,8<Е β <3 МэВ)
(Е β >0,5 МэВ) 
(Е β <0,5 МэВ)
Если толщина поглотителя намного меньше максимального пробега, то ослабление плотности потока происходит по закону экспоненты:
Ф(х)= Ф о ехр (-μх),
где х- толщина поглотителя, ; μ- массовый коэффициент п
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 3AЭC-6.12 ПР-2 |
Число частиц, прошедших через слой поглотителя, убывает с увеличением толщины поглотителя х по закону.
Альфа-излучение (альфа-лучи) - это один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц).
Основным источником альфа-излучения служат альфа-излучатели - , испускающие альфа-частицы в процессе распада. Особенностью альфа-излучений является его малая проникающая способность. 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).
Однако вдоль короткого пути альфа-частицы создают большое число ионов, то есть обусловливают большую линейную плотность ионизации. Это обеспечивает выраженную относительную биологическую эффективность, в 10 раз большую, чем при воздействии рентгеновского и . При внешнем облучении тела альфачастицы могут (при достаточно большой поглощенной дозе излучения) вызывать сильные, хотя и поверхностные (короткий пробег) ожоги; при попадании через долгоживущие альфа-излучатели разносятся по телу током крови и депонируются в органах и др., вызывая внутреннее облучение организма. Альфа-излучение применяют для лечения некоторых заболеваний. См. также , Излучения ионизирующие.
Альфа-излучение - поток положительно заряженных α-частиц (ядер атомов гелия).
Основным источником альфа-излучения являются естественные радиоактивные изотопы, многие из которых испускают при распаде альфа-частицы с энергией от 3,98 до 8,78 Мэв. Благодаря большой энергии, двукратному (по сравнению с электроном) заряду и относительно небольшой (по сравнению с другими видами ионизирующих излучений) скорости движения (от 1,4·10 9 до 2,0·10 9 см/сек) альфа-частицы создают очень большое число ионов, густо расположенных по их пути (до 254 тыс. пар ионов). При этом они быстро расходуют свою энергию, превращаясь в обычные атомы гелия. Пробеги альфа-частиц в воздухе при нормальных условиях - от 2,50 до 8,17 см; в биологических средах - сотые доли миллиметра.
Линейная плотность ионизации, создаваемой альфа-частицами, достигает нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях.
Ионизация, производимая альфа-излучением, обусловливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые протекают в веществе, в частности в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, в свою очередь вызывают особую, большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность альфа-излучения. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения (ОБЭ) принимается равной 10, хотя в различных случаях она может меняться в широких пределах. Как и другие виды ионизирующих излучений, альфа-излучение применяется для лечения больных с различными заболеваниями. Этот раздел лучевой терапии называется альфа-терапией (см.).
См. также Излучения ионизирующие, Радиоактивность.
Альфа излучение представляет собой поток тяжелых, положительно заряженных частиц, состоящих из протона и нейтрона – ядер гелия, имеющий небольшую начальную скорость и сравнительно высокий уровень энергии (от 3 до 9 МэВ). Пробег альфа частиц, испускаемых преимущественно естественными элементами (радий, торий, уран, полоний и др.), сравнительно невелик. Так, в воздухе он составляет 10…11см, а в биологических тканях - всего несколько десятков микрометров (30…40 Мкм). Альфа частицы, имея сравнительно большую массу и низкую начальную скоростью, при взаимодействии с веществом быстро теряют свою энергию и поглощаются им. Вследствие этого они обладают наибольшей линейной плотностью ионизации, но низкой проникающей способностью.
Бета-излучение представляет собой поток отрицательно заряженных частиц - электронов или положительно заряженных частиц - позитронов и возникает при распаде естественных и искусственных радиоактивных элементов. Обладая высокой скоростью распространения, приближающейся к скорости света, бета частицы имеют больший пробег в среде, чем альфа частицы. Так, максимальный пробег в воздухе бета частиц достигает несколько метров, а в биологических средах –1…2 см. Значительно меньшая масса и уровень энергии (0,0005…3,5 МэВ) бета частиц определяют и более низкую их ионизирующую способность.
Они обладают большей, чем у альфа частиц, проникающей способностью, которая зависит от уровня энергии бета излучателя.
Гамма-излучение, рассматриваемое как поток гамма квантов и представляющее собой электромагнитные колебания с очень короткой длиной волны, возникает в процессе ядерных реакций и радиоактивного распада. Диапазон энергии гамма излучений лежит в пределах 0.01…3 МэВ. Оно обладает весьма высокой проникающей способностью и малым ионизирующим действием. Гамма-излучение глубоко проникает в биологические ткани, вызывая в них разрыв молекулярных связей.
Нейтронное излучение, представляющее собой поток элементарных частиц атомных ядер – нейтронов, обладает большой проникающей способностью, зависящей от энергии нейтронов и химической структуры облучаемого вещества. Нейтроны не имеют электрического заряда и обладают массой, близкой к массе протона. Взаимодействие нейтронов со средой сопровождается рассеянием (упругим или не упругим) нейтронов на ядрах атомов, которое является результатом упругих либо неупругих столкновений нейтронов с атомами облучаемого вещества. В результате упругих столкновений, сопровождающихся изменением траектории нейтронов и передачей атомным ядрам части кинетической энергии, происходит обычная ионизация вещества.
При неупругом рассеянии нейтронов их кинетическая энергия затрачивается, в основном, на радиоактивное возбуждение ядер среды, что может вызвать вторичное излучение, состоящее как из заряженных частиц, так из гамма квантов. Приобретение веществами, облучаемыми нейтронами, так называемой наведенной радиации, увеличивает возможность радиоактивного заражения и является важной особенностью нейтронного излучения.
Рентгеновское изучение представляет собой электромагнитное излучение, возникающее при облучении вещества потоком электронов при достаточно высоких напряжениях, достигающих сотни киловольт. По характеру действия рентгеновское излучение сходно с гамма-излучением. Оно обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения при облучении вещества. В зависимости от величины электрического напряжения в установке, энергия рентгеновского излучения может быть в пределах от 1 кэВ до 1 MэB.
Радиоактивные вещества самопроизвольно распадаются, с течением времени теряя свою активность. Скорость распада является одной из важных характеристик радиоактивных веществ.
Каждому изотопу присущ определенный период полураспада, т.е. время, за которое распадается половина ядер этого изотопа. Периоды полураспада бывают небольшими (радон-222, протактиний-234 и др.) и весьма большими (уран-238, радий, плутоний и др.).
При внедрении в организм радиоактивных элементов с коротким периодом полураспада вредное воздействие радиации и болезненные явления прекращаются довольно быстро.
Дозы радиационного облучения
Мерой количества радиоактивных веществ является их активность С, выражающаяся числом распадов атомных ядер в единицу времени. За единицу активности принимают распад в секунду (распад/с).
Эта единица в системе Си получила название Беккерель (Бк). Один Беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида. Внесистемной единицей активности является кюри. Кюри (Kи) – это активность радиоактивного вещества, в котором распадается 3,7*1010 ядер в секунду. 1 Ки = 3,7*1010 Бк. Обычно пользуются единицами более мелкими - милликюри (мКи) и микрокюри (мкКи).
Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозу излучения.
Экспозиционная доза – кулон на килограмм, (Кл/кг) характеризует действие ионизирующего излучения
Dэксп. = Q/m,
где Q - заряд одного знака образованный при радиоактивном облучении воздуха, Кл (кулон);
m - масса воздуха, кг.
Внесистемной единицей экспозиционной дозы излучения является рентген (Р).
1 рентген - доза радиоактивного излучения, которая в 1 см3 сухого воздуха при нормальных атмосферных условиях производит ионы, несущие заряд каждого знака в одну электростатическую единицу.
Важное значение для эффекта облучения имеет мощность дозы облучения. За внесистемную единицу мощности дозы облучения принят рентген в секунду (Р/с).
Мощность экспозиционной дозы (ампер на килограмм) определяется по формуле:
Рэксп = Dэксп /t ,
где t - время облучения.
Поглощенная доза излучения (Дж/кг) характеризует поглощающие свойства облучаемой среды и во многом зависит от вида излучения. Эта единица получила название грей (Гр).
Dпогл = E/m,
где Е - энергия излучения, Дж;
m - масса среды, поглотившей энергию, кг.
3а внесистемную единицу поглощенной дозы излучения принят рад. 1рад.=10-2Гр.
Более мелкими единицами является миллирад (мрад) и микрорад (мкрад).
Мощность поглощенной дозы, вт/кг
Рпогл = Dпогл/t .
Для оценки неодинакового биологического эффекта, вызываемого одной и той же дозой различных видов ионизирующих излучений, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза радиоактивного излучения характеризуется поглощенной дозой излучения и коэффициентом относительной биологической эффективности, называемым коэффициентом качества (Кк) различных излучений при воздействии их на человека.
Dэкв = DпоглKk .
Единица эквивалентной дозы в системе СИ – Зиверт (Зв). Один Зиверт соответствует дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского, γ-, и β- излучений).
Единицей эквивалентной дозы излучения является бэр (биологический эквивалент рентгена).
Бэр – доза любого вида ионизирующего излучения, производящая такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского или гамма-излучения в 1 рентген.
Коэффициент качества для гамма- и рентгеновского излучения, бета частиц, электронов и позитронов ранен единице.
Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Такие превращения претерпевают только нестабильные ядра. К числу радиоактивных процессов относятся: 1) α – распад, 2) β – распад (в том числе электронный захват), 3) γ – излучение ядер, 4) спонтанное деление тяжелых ядер, 5) протонная радиоактивность.
Процесс радиоактивного превращения ядер, существующих в природе и ядер, полученных посредством ядерных реакций, подчиняется одинаковым законам.
Закон радиоактивного превращения . Отдельные радиоактивные ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Поэтому можно считать, что количество ядерdN, распадающихся за малый промежуток времениdt, пропорционально как числу имеющихся ядер N, так и промежутку времениdt:
Здесь λ– характерная для каждого радиоактивного вещества константа, называемаяпостоянной распада . Знак минус взят для того, чтобыdN можно было рассматривать как приращение числа нераспавшихся ядер N.
Интегрирование выражения приводит к соотношению
N = N 0 e -λt ,
где N 0 – количество ядер в начальный момент,N– количество нераспавшихся ядер в момент времениt. Формула выражает закон радиоактивного превращения. Этот закон весьма прост:число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.
Количество ядер, распавшихся за время t, определяется выражением
N 0 - N = N 0 (1 - e -λt).
Время, за которое распадается половина первоначального количества ядер, называется периодом полураспада T. Это время определяется условием
Период полураспада для известных в настоящее время радиоактивных ядер находится в пределах от 3 ·10 -7 с до 5·10 15 лет.
Найдем среднее время жизни радиоактивного ядра. Количество ядер dN(t), испытывающих превращение за промежуток времени отtдо (t + dt), определяется модулем выражения: dN(t) = λN(t)dt. Время жизни каждого из этих ядер равно t. Следовательно, сумма времен жизни всехN 0 имевшихся первоначально ядер получается путем интегрирования выраженияtdN(t). Разделив эту сумму на число ядер N 0 получим среднее время жизни τ радиоак-тивного ядра:
Подставим сюда выражение для N(t):
(надо перейти к переменной x = λtи осуществить интегрирование по частям). Таким образом, среднее время жизни есть величина, обратная постоянной распадаλ:
.
Сравнение с показывает, что период полураспада T отличается от τчисловым множителем, равным ln2.
Часто бывает, что возникающие в результате
радиоактивного превращения ядра в свою
очередь оказываются радиоактивными и
распадаются с иной скоростью,
характеризуемой иной постоянной распада.
Новые продукты распада могут также
оказаться радиоактивными, и т.д. В
результате возникает целый ряд
радиоактивных превращений. В природе
существуют три радиоактивных ряда (или
семейства), родоначальниками которых
являются
(ряд урана), 
(ряд тория) и
(ряд актиноурана). Конечными продуктами
во всех трех случаях служат изотопы
свинца – в первом случае
,
во втором
,
и наконец, в третьем 
.
Естественная радиоактивность была открыта в 1896 г. французским ученым А. Беккерелем. Большой вклад в изучение радиоактивных веществ внесли Пьер Кюри и Мария Склодовская – Кюри. Было обнаружено, что имеется три вида радиоактивных излучений. Одно из них, получившее название α – лучей, отклоняется под действием магнитного поля в ту же сторону, в которую отклонялся бы поток положительно заряженных частиц. Второе, названное β – лучами, отклоняется магнитным полем в противоположную сторону, т.е. так, как отклонялся бы поток отрицательно заряженных частиц. Наконец, третье излучение, никак не реагирующее на действие магнитного поля было названо γ – лучами. Впоследствии выяснилось, что γ – лучи представляют собой электромагнитное излучение весьма малой длины волны (от 10 -3 до 1Å).
Альфа-распад
.
Альфа – лучи представляют собой поток
ядер гелия
.
Распад протекает по следующей схеме:
Буквой Xобозначен химический символ распадающегося
(материнского) ядра, буквойY
– химический символ образующегося
(дочернего) ядра. Альфа –распад обычно
сопровождается испусканием дочерним
ядром γ – лучей. Из схемы распада видно,
что атомный номер дочернего вещества
на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы
меньше, чем у исходного вещества. Примером
может служить распад изотопа урана
,
протекающий с образованием тория:
.
Скорости, с которыми α –
частицы (т.е. ядра
)
вылетают из
распавшегося ядра, очень велики (~ 10 9 см/с; кинетическая энергия порядка нескольких МэВ). Пролетая через вещество, α – частица постепенно теряет свою энергию, затрачивая ее на ионизацию молекул вещества, и, в конце концов, останавливается. На образование одной пары ионов в воздухе тратится в среднем 35 эВ. Таким образом, α – частица образует на своем пути примерно 10 5 пар ионов. Естественно, что чем больше плотность вещества, тем меньше пробег α – частиц до остановки. Так, в воздухе при нормальном давлении пробег составляет несколько сантиметров, в твердом веществе пробег имеет величину порядка 10 -3 см (α – частицы полностью задерживаются обычным листом бумаги).
Кинетическая энергия α – частиц возникает за счет избытка энергии покоя материнского ядра над суммарной энергией покоя дочернего ядра и α – частицы. Эта избыточная энергия распределяется между α – частицей и дочерним ядром в отношении, обратно пропорциональном их массам. Энергии (скорости) α – частиц, испускаемых данным радиоактивным веществом, оказываются строго определенными. В большинстве случаев радиоактивное вещество испускает несколько групп α – частиц близкой, но различной энергии. Это обусловлено тем, что дочернее ядро может возникать не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях.
На рис. 4 приведена схема, поясняющая
возникновение различных групп α
– частиц (возникновение
тонкой структуры α –
спектра), испускаемых при распаде
ядер
(висмут-212).
Слева на схеме изображены энергетические
уровни дочернего ядра
(таллий-208). Энергия основного состояния
принята за нуль. Избыток энергии покоя
материнского ядра над энергией покоя
α – частицы
и дочернего ядра в нормальном состоянии
составляет 6,203 МэВ. Если дочернее ядро
возникает в невозбужденном состоянии,
вся эта энергия выделяется в виде
кинетической энергии, причем на долю α
– частицы приходится
(эта группа частиц обозначена на схеме через α 0). Если же дочернее ядро возникает в пятом возбужденном состоянии, энергия которого на 0,617 МэВ превышает энергию нормального состояния, то выделившаяся энергия составит 6,203-0,617 = 5,586 МэВ, и на долю α – частицы достанется 5,481 МэВ (группа частиц α 5). Относительное количество частиц равно ~ 27% для α 0 , ~ 70% для α 1 и всего лишь ~ 0,01% для α 5 . Относительные количества α 2 , α 3 и α 4 также очень малы (порядка 0,1-1%).
Среднее время жизни τ возбужденных состояний для большинства ядер лежит в пределах от 10 -8 до 10 -15 с. За время, равное в среднем τ, дочернее ядро переходит в нормальное или более низкое возбужденное состояние, испуская γ – фотон. На рис. 4 показано возникновение γ – фотонов шести различных энергий.
Энергия возбуждения дочернего ядра может быть выделена и другими способами. Возбужденное ядро может испустить какую-либо частицу: протон, нейтрон, электрон или α – частицу. Наконец, образовавшееся в результате α – распада возбужденное ядро может отдать избыток энергии непосредственно (без предварительного испускания γ – кванта) одному из электронов K-, L- или даже M– оболочки атома, в результате чего электрон вылетает из атома. Этот процесс носит названиевнутренней конверсии . Возникшее в результате вылета
электрона вакантное место будет заполняться электронами с вышележащих энергетических уровней. Поэтому внутренняя конверсия всегда сопровождается испусканием характеристических рентгеновских лучей.
Подобно тому как фотон не существует в готовом виде в недрах атома и возникает лишь в момент излучения, α – частица также возникает в момент радиоактивного распада ядра. Покидая ядро, α – частице приходится преодолевать потенциальный барьер, высота которого превосходит полную энергию α – частицы, равную в среднем 6 МэВ (рис.5). Внешняя, спадающая асимптотически к нулю сторона барьера обусловлена кулоновским отталкиванием α – частицы и дочернего ядра. Внутренняя сторона барьера обусловлена ядерными силами. Опыты по рассеянию α – частиц тяжелыми α – радиоактивными ядрами показали, что высота барьера заметно превышает энергию вылетающих при распаде α – частиц. По классическим представлениям преодоление частицей потенциального барьера при указанных условиях невозможно. Однако согласно квантовой механике имеется отличная от нуля вероятность того, что частица просочится через барьер, как бы пройдя по туннелю, имеющемуся в барьере. Это явление, называемое туннельным эффектом, было нами рассмотрено раньше. Теория α – распада, основывающаяся на представлении о туннельном эффекте, приводит к результатам, хорошо согласующимся с данными опыта.
Бета-распад . Существуют три разновидности β – распада. В одном случае ядро, претерпевающее превращение, испускает электрон, в другом – позитрон, в третьем случае, называемомэлектронным захватом (e –захватом), ядро поглощает один из электроновK – оболочки, значительно реже илиL – илиM – оболочки (соответственно вместоe – захвата говорят оK – захвате,L – захвате илиM – захвате).
Первый вид распада (β - – распад илиэлектронный распад ) протекает по схеме:
Чтобы подчеркнуть сохранение заряда и числа нуклонов в процессе β – распада, мы приписали β – электрону зарядовое числоZ = -1 и массовое число A = 0.
Из схемы видно, что дочернее ядро имеет
атомный номер на единицу больший, чем
у материнского ядра, массовые числа
обоих ядер одинаковы. Наряду с электроном
испускается также антинейтрино
.Весь процесс протекает так, как если бы
один из нейтронов ядра
превратился в протон, претерпев
превращение по схеме. Вообще
процесс представляет собой частный
случай процесса. Поэтому
говорят, что свободный нейтрон β –
радиоактивен.
Бета-распад может сопровождаться испусканием γ – лучей. Механизм их возникновения тот же, что и в случае α – распада, – дочернее ядро возникает не только в нормальном, но и в возбужденных состояниях. Переходя затем в состояние с меньшей энергией, ядро высвечивает γ – фотон.
Примером β – распада может служить
превращение тория
в протактиний
с испусканием электрона
и антинейтрино:
В отличие от α – частиц, обладающих в пределах каждой группы строго определенной энергией, β – электроны обладают самой разнообразной кинетической энергией от 0 до E max .На рис. 6 изображен энергетический спектр электронов, испускаемых ядрами при β – распаде. Площадь, охватываемая кривой, даст общее число электронов, испускаемых в единицу времени,dN – число электронов, энергия которых заключена в интервалеdE. ЭнергияE max соответствует разности между массой материнского ядра и массами электрона и дочернего ядра. Следовательно, распады, при которых энергия электронаEменьшеE max , протекают с кажущимся нарушением закона сохранения энергии.
Чтобы объяснить исчезновение энергии (E max - E), Паули высказал в 1932 г. предположение, что при β – распаде вместе с электроном испускается еще одна частица, которая уносит с собой энергию(E max - E). Так как эта частица никак себя не обнаруживает, следовало признать, что она нейтральна и обладает весьма малой массой (в настоящее время установлено, что масса покоя этой частицы равна нулю). По предложению Э. Ферми эту гипотетическую частицу назвали нейтрино (что означает "маленький нейтрон").
Имеется еще одно основание для предположения о нейтрино (или антинейтрино). Спин нейтрона, протона и электрона одинаков и равен 1/2. Если написать схему без антинейтрино, то суммарный спин возникающих частиц (который для двух частиц с s = 1/2может быть либо нулем, либо единицей) будет отличаться от спина исходной частицы. Таким образом, участие в β – распаде еще одной частицы диктуется законом сохранения момента импульса, причем этой частице необходимо приписать спин, равный1/2 (или3/2). Установлено, что спин нейтрино (и антинейтрино) равен1/2.
Непосредственное экспериментальное доказательство существования нейтрино было получено только в 1956 г.
Итак, энергия, выделяющаяся при β – распаде, распределяется между электроном и антинейтрино (либо между позитроном и нейтрино, см. ниже) в самых разнообразных пропорциях.
Второй вид распада (β + – распад илипозитронный распад ) протекает по схеме
В качестве
примера можно привести превращение
азота
в углерод
:
Из схемы
видно, что атомный номер дочернего ядра
на единицу меньше, чем материнского.
Процесс сопровождается испусканием
позитрона e + (в формуле он обозначен символом
)
и нейтрино ν, возможно также возникновение
γ – лучей. Позитрон
является античастицей для электрона.
Следовательно, обе частицы, испускаемые
при распаде, представляют собой
античастицы по отношению к частицам,
испускаемым при распаде
Процесс β + – распада протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино:
Для свободного протона такой процесс невозможен по энергетическим соображениям, так как масса протона меньше массы нейтрона. Однако протон в ядре может заимствовать требуемую энергию от других нуклонов, входящих в состав ядра.
Третий вид β – распада (электронный захват ) заключается в том, что ядро поглощает один изK – электронов (реже один изL – или М – электронов) своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:
Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии. Переходя затем в более низкие энергетические состояния, оно испускает γ – фотоны. Схема процесса выглядит следующим образом:
Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникают рентгеновские лучи. Электронный захват легко обнаруживается по сопровождающему его рентгеновскому излучению. Именно этим путем и был открыт К – захват Альварецом в 1937 г.
Примером электронного захвата может
служить превращение калия
в аргон
:
Спонтанное деление тяжелых ядер . В 1940 г. советскими физиками Н.Г. Флеровым и К.А. Петржаком был обнаружен процесс самопроизвольного деления ядер урана на две примерно равные части. Впоследствии это явление было наблюдено и для многих других тяжелых ядер. По своим характерным чертам спонтанное деление близко к вынужденному делению, которое рассматривается в следующем параграфе.
Протонная радиоактивность . Как следует из названия, при протонной радиоактивности ядро претерпевает превращение, испуская один или два протона (в последнем случае говорят о двупротонной радиоактивности). Этот вид радиоактивности наблюдался впервые в 1963 г. группой советских физиков, руководимой Г.Н. Флеровым.
Активность радиоактивного вещества . Активностью радиоактивного препарата называется число распадов, происходящих в препарате за единицу времени. Если за времяdt распадаетсяdN расп ядер, то активность равнаdN расп /dt. Согласно
dN расп = |dN| = λNdt.
Отсюда следует, что активность радиоактивного препарата равна λN, т.е. произведению постоянной распада на количество имеющихся в препарате нераспавшихся ядер.
В международной системе единиц (СИ) единицей активности является расп/с. Допускается применение внесистемных единиц расп/мин и кюри (Ки). Единица активности, называемая кюри, определяется как активность такого препарата, в котором происходит 3,700·10 10 актов распада в секунду. Применяются дробные единицы (милликюри, микрокюри и т.д.), а также кратные единицы (килокюри, мегакюри).
У слова «радиация» латинские корни. Radius на латыни означает луч. Вообще под радиацией понимаются все природные излучения. Это радиоволны, ультрафиолет, альфа излучение, даже обычный свет. Одни излучения вредны, другие могут стать даже полезными.
Образование
Возникновению альфа-частиц способствуют ядерный альфа-распад, ядерные реакции или полная ионизация атомов гелия-4. Первичные космические лучи в значительной мере состоят из альфа-частиц.
В основном, это ускоренные ядра гелия из потоков межзвёздного газа. Некоторые частицы возникают как сколы от более тяжёлых ядер космических лучей. Также возможно их получение при помощи ускорителя заряженных частиц.
Характеристика
Альфа излучение - разновидность излучений ионизирующих. Это поток тяжёлых частиц, заряженных положительно, движущихся со скоростью около 20000 км/сек и имеющих достаточную энергию. Основные источники этого типа излучения - радиоактивные изотопы веществ, имеющих свойства распада в связи со слабостью атомных связей. Такой распад способствует излучению альфа-частиц.
Главной особенностью этого излучения является его очень низкая проникающая способность. Этим оно отлично от иных типов ядерных излучений. Это вытекает из их высочайших ионизирующих способностей. Но на каждое действие ионизации затрачивается определённая энергия.
Взаимодействие тяжёлых заряженных частиц происходит чаще с атомными электронами, поэтому они почти не отклоняются от начального направления движения. Исходя из этого, путь частиц измеряется как прямое расстояние от источника самих частиц до той точки, где они останавливаются.
Измерение пробега альфа-частиц производится в единицах длины или поверхностной плотности материала. В воздухе величина такого пробега может составить 3 - 11 см, а в средах жидкой или твёрдой - только сотые доли миллиметра.
Воздействие на человека
Вследствие очень активной ионизации атомов, альфа-частицы интенсивно теряют энергию. Поэтому её недостаточно даже для проникновения сквозь омертвевший слой кожи. Это сводит риски радиационного облучения к нулю. Но если частицы были получены при помощи ускорителя, то они станут высокоэнергичными.
Главную опасность несут частицы, появившиеся в процессе альфа-распада радионуклидов. При попадании их внутрь организма даже микроскопической дозы хватит, чтобы возникла острая лучевая болезнь. И очень часто такое заболевание заканчивается летально.
Воздействие на электронную аппаратуру
Альфа-частицы создают в полупроводниках электронно-дырочные пары. Это может вызывать сбои в полупроводниковых приборах. Для предотвращения нежелательных последствий для производства микросхем применяют материалы, имеющие низкую альфа-активность.
Детектирование
Чтобы узнать, присутствует ли альфа излучение, и в каких значениях, необходимо его обнаружить и измерить. Для этих целей существуют детекторы - счётчики частиц. Эти приборы регистрируют как сами частицы, так и отдельные атомные ядра, и определяют их характеристики. Наиболее известным детектором является счётчик Гейгера.
Защита от альфа-частиц
Низкая проникающая способность альфа излучения делает его достаточно безопасным. Оно воздействует на организм человека только в особой близости от источника излучения. Достаточно листа бумаги, резиновых перчаток, пластиковых очков, чтобы надёжно защитить себя.
Наличие респиратора должно быть обязательным условием. Главная опасность - попадание частиц внутрь организма, поэтому дыхательные пути необходимо защищать особенно тщательно.
Польза альфа излучения
Применение этого типа излучения в медицине называется альфа-терапией. Она использует полученные при альфа-излучении изотопы - радон, торон, имеющие малые сроки жизни.
Разработаны и специальные процедуры, положительно влияющие на жизненно важные системы организма человека, а ещё оказывающие обезболивающие и противовоспалительные действия. Это радоновые ванны, альфа-радиоактивные компрессы, вдыхание воздуха, насыщенного радоном. В данном случае, альфа излучение - полезная радиоактивность.
Медики Великобритании успешно экспериментируют с новыми средствами, использующими воздействие альфа-частиц. Эксперимент производился на 992 пациентах, у которых простата была поражена раком поздних стадий. Результатом этого стало снижение смертности на 30%.
Выводы учёных говорят о том, что альфа-частицы являются безопасными для пациентов. Они и более эффективны в сравнении с использовавшимися обычно бета-частицами. Также воздействие их более точечное, и для разрушения раковой клетки требуется не больше трёх ударов. Бета-частицы такого же эффекта достигают после нескольких тысяч попаданий.
Источники излучения
Активно развивающаяся цивилизация и окружающую среду загрязняет активно. Радиоактивному загрязнению окружающего нас пространства способствуют объекты урановой промышленности, ядерные реакторы, предприятия радиохимической промышленности, захоронения радиоактивных отходов.
Также альфа и другие типы излучений возможны при использовании радионуклидов на объектах народного хозяйства. Космические исследования и сети радиоизотопных лабораторий тоже добавляют излучений в общую их массу.