Что такое альфа бета и гамма излучение?

19 ответов на вопрос “Что такое альфа бета и гамма излучение?”

Sensei 13-09-2019 Ответить

Ни для кого не секрет, что радиация вредна. Это знают все. Все слышали про ужасные жертвы и опасность радиоактивного воздействия. Что же такое радиация? Как она возникает? Существуют ли разные виды радиации? И как от нее защититься?
Слово «радиация» происходит от латинского radius и обозначает луч. В принципе радиация – это все виды существующих в природе излучений – радиоволны, видимый свет, ультрафиолет и так далее. Но излучения бывают различными, некоторые из них полезны, некоторые вредны. Мы в обычной жизни привыкли словом радиация называть вредное излучение, возникающее вследствие радиоактивности некоторых видов вещества. Разберем, как на уроках физики объясняют явление радиоактивности.

Радиоактивность в физике

Мы знаем, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так вот ядро – это в принципе очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы.
Это излучение называют радиоактивным, и оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение. (альфа-, бета- и гамма-излучение). Эти излучения различны, различно и их действие на человека и меры защиты от него. Разберем все по порядку.

Альфа-излучение

Альфа-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.

Бета-излучение

Бета-излучение — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.

Гамма-излучение

Гамма-излучение — это фотоны, т.е. электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани. Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.
Как видно, альфа-излучение по его характеристикам практически не опасно, если не вдохнуть его частички или не съесть с пищей. Бета-излучение может причинить ожоги кожи в результате облучения. Самые опасные свойства у гамма-излучения. Оно проникает глубоко внутрь тела, и вывести его оттуда очень сложно, а воздействие очень разрушительно.
В любом случае без специальных приборов знать, что за вид радиации присутствует в данном конкретном случае нельзя, тем более, что всегда можно случайно вдохнуть частички радиации с воздухом. Поэтому общее правило одно – избегать подобных мест, а если уж попали, то укутаться как можно большим количеством одежды и вещей, дышать через ткань, не есть и не пить, и постараться поскорее покинуть место заражения. А потом при первой же возможности избавиться от всех этих вещей и хорошенько вымыться.
Радиоактивность также можно рассматривать как свидетельство сложного строения атомов. Изначально еще философы древности представляли себе мельчайщую частицу вещества – атом – неделимой частицей. Как радиактивность позволила разрушить данное представление? Подробности по ссылке.

Нужна помощь в учебе?
Kagra 13-09-2019 Ответить

Наконец, был открыт еще один элемент, дающий очень интенсивное излучение.
Его назвали радием (т. е. лучистым).
Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.
Радий имеет относительную атомную массу, равную 226, и занимает в таблице Д. И. Менделеева клетку под номером 88.
До открытия Кюри эта клетка пустовала.
По своим химическим свойствам радий принадлежит к щелочно-земельным элементам.
Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
Радиоактивностью называется способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.

Альфа-, бета- и гамма-излучения

После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения.
Кроме Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд.
Опыт Резерфорда, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем.
Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца.
Против канала находилась фотопластинка.
На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу.
Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствие магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно точно напротив канала.
В магнитном поле пучок распадался на три пучка.
Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны.
Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков.
При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный.
Третья составляющая совсем не отклонялась магнитным полем.
Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный — бета-лучей и нейтральный — гамма-лучей (?-лучи, ?-лучи, ?-лучи).
Эти три вида излучения очень сильно различаются по проникающей способности, т. е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.
Наименьшей проникающей способностью обладают а-лучи.
Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен.
Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружится пятна, соответствующего а-излучению.
Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество ?-лучи.
Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров.
Наибольшей проникающей способностью обладают ?-лучи.
Интенсивность поглощения ?-лучей усиливается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя.
Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой.
При прохождении у-лучей через такой слой свинца их интенсивность ослабевает лишь вдвое.
Физическая природа ?-, ?- и ?-лучей, очевидно, различна.
Гамма-лучи
По своим свойствам ?-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей.
Это наводило на мысль, что ?-лучи представляют собой электромагнитные волны.
Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция ?-лучей на кристаллах и измерена их длина волны.
Она оказалась очень малой — от 10-8 до 10-11 см.
На шкале электромагнитных волн ?-лучи непосредственно следуют за рентгеновскими.
Скорость распространения у ?-лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.
Бета-лучи
С самого начала ?- и ?-лучи рассматривались как потоки заряженных частиц.
Проще всего было экспериментировать с ?-лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле.
Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц.
При исследовании отклонения ?-частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света.
Существенно, что скорости ?-частиц, испущенных каким-либо радиоактивным элементом, неодинаковы.
Встречаются частицы с самыми различными скоростями.
Это и приводит к расширению пучка ?-частиц в магнитном поле.
Альфа-частицы
Труднее было выяснить природу ?-частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями.
Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду.
Он измерил отношение заряда частицы к ее массе по отклонению в магнитном поле.
Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона — ядра атома водорода.
Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы.
Следовательно, у ?-частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.
Атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы атома углерода; 1 а. е. м. ? 1,66057 • 10-27 кг.
Но заряд ?-частицы и ее масса оставались, тем не менее, неизвестными.
Следовало измерить либо заряд, либо массу ?-частицы.
С появлением счетчика Гейгера стало возможным проще и точнее измерить заряд.
Сквозь очень тонкое окошко ?-частицы могут проникать внутрь счетчика и регистрироваться им.

Резерфорд поместил на пути ?-частиц счетчик Гейгера, который измерял число частиц, испускавшихся радиоактивным препаратом за определенное время.
Затем он поставил на место счетчика металлический цилиндр, соединенный с чувствительным электрометром.
Электрометром Резерфорд измерял заряд ?-частиц, испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время (радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем).
Зная суммарный заряд ?-частиц и их число, Резерфорд определил отношение этих величин, т. е. заряд одной ?-частицы.
Этот заряд оказался равным двум элементарным.
Таким образом, он установил, что у ?-частицы на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы.
Следовательно, на два элементарных заряда приходится четыре атомные единицы массы.
Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия.
Из этого следует, что ?-частица — это ядро атома гелия.
Не довольствуясь достигнутым результатом, Резерфорд затем еще прямыми опытами доказал, что при радиоактивном а-распаде образуется именно гелий.
Собирая ?-частицы внутри специального резервуара на протяжении нескольких дней, он с помощью спектрального анализа убедился в том, что в сосуде накапливается гелий (каждая ?-частица захватывала два электрона и превращалась в атом гелия).
Итак,
при радиоактивном распаде возникают ?-лучи (ядра атома гелия), ?-лучи (электроны) и ?-лучи (коротковолновое электромагнитное излучение).
Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин
прокольны 13-09-2019 Ответить

альфа,
бета- (группа корпускулярных излучений),
гамма-излучения- (группа волновых).
Корпускулярные
представляют собой потоки невидимых
элементарных частиц, имеющих массу и
диаметр. Волновые излучения имеют
квантовую природу. Это электромагнитные
волны в сверхкоротковолновом диапазоне.
Альфа-излучение
представляет собой поток альфа-частиц,
распространяющихся с начальной скоростью
около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая
способность огромна, а так как на каждый
акт ионизации тратится определенная
энергия, то их проникающая способность
незначительна: длина пробега в воздухе
составляет 3—11 см, а в жидких и твердых
средах — сотые доли миллиметра. Лист
плотной бумаги полностью задерживает
их. Надежной защитой от альфа-частиц
является также одежда человека.Поскольку
альфа-излучение имеет наибольшую
ионизирующую, но наименьшую проникающую
способность, внешнее облучение
альфа-частицами практически безвредно,
но попадание их внутрь организма весьма
опасно.
Бета-излучение
— поток бета-частиц, которые в зависимости
от энергии излучения могут распространяться
со скоростью, близкой к скорости света
(300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше,
а скорость больше, чем у альфа-частиц,
поэтому они имеют меньшую ионизирующую,
но большую проникающую способность.
Длина пробега бета-частиц с высокой
энергией составляет в воздухе до 20 м,
воде и живых тканях — до 3 см, металле —
до 1 см. На практике бета-частицы почти
полностью поглощают оконные или
автомобильные стекла и металлические
экраны толщиной в несколько миллиметров.
Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.При
внешнем облучении организма на глубину
около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц.
Поэтому внешнее бета-облучение
представляет серьезную опасность лишь
при попадании радиоактивных веществ
непосредственно на кожу (особенно на
глаза) или же внутрь организма.
Гамма-излучение
— это электромагнитное излучение,
испускаемое ядрами атомов при радиоактивных
превращениях. Оно, как правило, сопровождает
бета-распад, реже альфа-распад. По своей
природе гамма-излучение представляет
собой электромагнитное поле с длиной
волны 10~8—10~и см. Оно испускается
отдельными порциями (квантами) и
распространяется со скоростью света.
Ионизирующая способность его значительно
меньше, чем у бета-частиц и тем более у
альфа-частиц.Зато гамма-излучение имеет
наибольшую проникающую способность и
в воздухе может распространяться на
сотни метров. Для ослабления его энергии
в два раза необходим слой вещества (слой
половинного ослабления) толщиной: воды
— 23 см, стали — около 3, бетона — 10, дерева
— 30 см.Из-за наибольшей проникающей
способности гамма-излучение является
важнейшим фактором поражающего действия
радиоактивных излучений при внешнем
облучении.Хорошей защитой от гамма-излучений
являются тяжелые металлы, например
свинец, который для этих целей используется
наиболее часто.

100.Действие радиации на человека

По
сравнению с другими повреждающими
факторами ионизирующее излучение
(радиация) изучено лучше всего. Как
радиация действует на клетки? При делении
атомных ядер высвобождается большая
энергия, способная отрывать электроны
от атомов окружающего вещества. Этот
процесс называется ионизаций, а несущее
энергию электромагнитное излучение –
ионизирующим. Ионизированный атом
меняет свои физические и химические
свойства. Следовательно, изменяются
свойства молекулы, в которую он входит.
Чем выше уровень радиации, тем больше
число актов ионизации, тем больше будет
поврежденных клеток. Погибшие клетки
организм замещает новыми в течение дней
или недель, а клетки-мутанты эффективно
выбраковывает. Этим занимается иммунная
система. Но иногда защитные системы
дают сбой. Результатом в отдаленном
времени может быть рак или генетические
изменения у потомков, в зависимости от
типа поврежденной клетки (обычная или
половая клетка). Ни тот, ни другой исход
не предопределен заранее, но оба имеют
некоторую вероятность. Самопроизвольные
случаи рака называют спонтанными. Если
установлена ответственность того или
иного агента за возникновение рака,
говорят, что рак был индуцированным.
Если
доза облучения превышает природный фон
в сотни раз, это становится заметным
для организма. Важно не то, что это
радиация, а то, что защитным системам
организма труднее справляться с возросшим
числом повреждений. Из-за участившихся
сбоев возникает дополнительные
«радиационные» раки. Их количество
может составлять несколько процентов
от числа спонтанных раков.
Очень
большие дозы, это – в тысячи раз выше
фона. При таких дозах основные трудности
организма связаны не с измененными
клетками, а с быстрой гибелью важных
для организма тканей. Организм не
справляется с восстановлением нормального
функционирования самых уязвимых органов,
в первую очередь, красного костного
мозга, который относится к системе
кроветворения. Появляются признаки
острого недомогания – острая лучевая
болезнь. Если радиация не убьет сразу
все клетки костного мозга, организм со
временем восстановится. Выздоровление
после лучевой болезни занимает не один
месяц, но дальше человек живет нормальной
жизнью.Вылечившись после лучевой
болезни, люди несколько чаще, чем их
необлученные сверстники болеют раком.На
несколько процентов.Это следует из
наблюдений за пациентами в разных
странах мира, прошедшими курс радиотерапии
и получившими достаточно большие дозы
облучения, за сотрудниками первых
ядерных предприятий, на которых еще не
было надежных систем радиационной
защиты, а также за пережившими атомную
бомбардировку японцами, и чернобыльскими
ликвидаторами. Среди перечисленных
групп самые высокие дозы были у жителей
Хиросимы и Нагасаки. За 60 лет наблюдений
у 86,5 тысяч человек с дозами в 100 и более
раз выше природного фона было на 420
случаев смертельного рака больше, чем
в контрольной группе (увеличение примерно
на 10 %). В отличие от симптомов острой
лучевой болезни, которые проявляются
через часы или дни, рак возникает не
сразу, может быть, через 5, 10 или 20 лет.
Для разных локализаций рака скрытый
период разный. Быстрее всего, в первые
пять лет, развивается лейкоз (рак крови).
Именно это заболевание считается
индикатором радиационного воздействия
при дозах облучения в сотни и тысячи
раз выше фона.
Доза, гр
Результат воздействия
(0.7-2)10-3
Доза от естественных источников в
год
0.05
Предельно допустимая доза
профессионального облучения в год
0.1
Уровень удвоения вероятности генных
мутаций
0.25
Однократная доза оправданного риска
в чрезвычайных обстоятельствах
1
Доза возникновения острой лучевой
болезни
3-5
Без лечения 50% облученных умирает в
течение 1-2 месяцев вследствие нарушения
деятельности клеток костного мозга
10-50
Смерть наступает через 1-2 недели
вследствие поражений главным образом
желудочно кишечного тракта
100
Смерть наступает через несколько
часов или дней вследствие повреждения
центральной нервной системы
Kallador 13-09-2019 Ответить

Вероятно, снимок сделан с более длинной выдержкой, чем другие фотографии, чтобы фотограф успел появиться в кадре, что объясняет эффект движения и то, почему наголовный фонарь выглядит как молния. Зернистость фотографии, вероятно, вызвана радиацией.
Для Корнеева это конкретное посещение энергоблока было одним из нескольких сотен опасных походов к ядру с момента его первого дня работы в последующие дни после взрыва. Его первым заданием было выявлять топливные отложения и помогать замерять уровни радиации (“слоновья нога” изначально “светилась” более чем на 10 000 рентген в час, что убивает человека на расстоянии метра менее чем за две минуты). Вскоре после этого он возглавил операцию по очистке, когда с пути иногда приходилось убирать цельные куски ядерного топлива. Более 30 человек погибло от острой лучевой болезни во время очистки энергоблока. Несмотря на невероятную дозу полученного облучения, сам Корнеев продолжал возвращаться в спешно построенный бетонный саркофаг снова и снова, часто с журналистами, чтобы оградить их от опасности.
В 2001 году он привёл репортёра Associated Press к ядру, где уровень радиации был 800 рентген в час. В 2009 году известный беллетрист Марсель Теру написал статью для Travel + Leisure о своём походе в саркофаг и о сумасшедшем провожатом без противогаза, который издевался над страхами Теру и говорил, что это “чистая психология”. Хотя Теру именовал его как Виктора Корнеева, по всей вероятности человеком был Артур, поскольку он опускал такие же чёрные шутки через несколько лет с журналистом NY Times.
Его нынешнее занятие неизвестно. Когда Times нашло Корнеева полтора года назад, он помогал в строительстве свода для саркофага – проекта стоимостью $1,5 млрд, который должен быть закончен в 2017 году. Планируется, что свод полностью закроет Убежище и предотвратит утечку изотопов. В свои 60 с чем-то лет Корнеев выглядел болезненно, страдал от катаракт, и ему запретили посещение саркофага после многократного облучения в предыдущие десятилетия.
Впрочем, чувство юмора Корнеева осталось неизменным. Похоже, он ничуть не жалеет о работе своей жизни: “Советская радиация, – шутит он, – лучшая радиация в мире”.
-Пельмешка-(Crazy) 13-09-2019 Ответить

Радиоактивностью называют свойство самопроизвольного излучения каких – либо веществ, при отсутствии внешних влияний.
Радиоактивные свойства впервые были обнаружены у урана в 1896 г французским физиком Анри Беккерелем (опыт с солями урана)
Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
Свойства радиоактивных излучений
1. Вызывают ионизацию газов
2. Оказывают химическое действие
3. Радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента
4. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых радиоактинвых элементов, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате
5. Радиоактивные излучения не зависят от внешних воздействий (нагревания, увеличение давления), химические реакции, в которые вступают радиоактивные вещества не влияют на интенсивность излучения.
6. В результате радиоактивного излучения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим физическим и химическим свойствам от первоначального. Цепочка радиоактивных превращений заканчивается образованием нерадиоактивного (стабильного) изотопа.
7. Для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название периода полураспада .
Период полураспада Т – это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов.
– закон радиоактивного распада
N0 – число радиоактивных атомов в начальный момент времени
N – число радиоактивных атомов в конечный момент времени
t – время
T – период полураспада
8. Различают естественную радиоактивность (радиоактивность элементов встречающихся в природе) и искусственную радиоактивность ) радиоактивность элементов получаемых при ядерных реакциях).
Чтобы обнаружить сложный состав радиоактивного излучения был проведен следующий опыт: радиоактивный препарат помещался на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходе из канала на излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка помещалась в вакууме.
В отсутствии магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно, точно против канала.
В магнитном поле пучок распадался на три пучка.
Альфа излучение
– это поток положительно заряженных частиц – ядер атомов гелия. Скорости альфа частиц значительно меньше скорости бета частиц и лежат в пределах 10000- 20000 км/с. Кинетическая энергия альфа частиц велика: 4-10 Мэв.
Dagdalis 13-09-2019 Ответить

Ионизирующее излучение – это совокупность различных видов микрочастиц и физических полей, обладающих способностью ионизировать вещество, то есть образовывать в нем электрически заряженные частицы – ионы. Различают несколько видов ионизирующих излучений: альфа-, бета-, гамма-излучение, а также нейтронное излучение.
Альфа-излучение
В формировании положительно заряженных альфа-частиц принимают участие 2 протона и 2 нейтрона, входящих в состав ядер гелия. Альфа-частицы образуются при распаде ядра атома и могут иметь начальную кинетическую энергию от 1,8 до 15 МэВ. Характерными особенностями альфа-излучения являются высокая ионизирующая и малая проникающая способности. При движении альфа-частицы очень быстро теряют свою энергию, и это обуславливает тот факт, что ее не хватает даже для преодоления тонких пластмассовых поверхностей. В целом, внешнее облучение альфа-частицами, если не брать в расчет высокоэнергичные альфа-частицы, полученные с помощью ускорителя, не несет в себе никакого вреда для человека, а вот проникновение частиц внутрь организма может быть опасно для здоровья., поскольку альфа-радионуклиды отличаются большим периодом полураспада и обладают сильной ионизацией. В случае попадания внутрь организма альфа-частицы часто могут быть даже опаснее, чем бета- и гамма-излучение.
Бета-излучение
Заряженные бета-частицы, скорость которых близка к скорости света, образуются в результате бета-распада. Бета-лучи обладают большей проникающей способностью, чем альфа-лучи – они могут вызывать химические реакции, люминесценцию, ионизировать газы, оказывать эффект на фотопластинки. В качестве защиты от потока заряженных бета-частиц (энергией не более 1МэВ) достаточно будет использовать обычную алюминиевую пластину толщиной 3-5 мм.
Фотонное излучение: гамма-излучение и рентгеновское излучение
Фотонное излучение включает в себя два вида излучений: рентгеновское (может быть тормозным и характеристическим) и гамма-излучение.
Наиболее распространенным видом фотонного излучения являются обладающие очень высокой энергией при ультракороткой длине волны гамма-частицы, которые представляют собой поток высокоэнергичных, не обладающих зарядом фотонов. В отличие от альфа- и бета-лучей гамма-частицы не отклоняются магнитными и электрическими полями и обладают значительно большей проникающей способностью. В определенных количествах и при определенной продолжительности воздействия гамма-излучение может вызвать лучевую болезнь, привести к возникновению различных онкологических заболеваний. Препятствовать распространению потока гамма-частиц могут только такие тяжелые химические элементы, как, например, свинец, обедненный уран и вольфрам.
Нейтронное излучение
Источником возникновения нейтронного излучения могут быть ядерные взрывы, ядерные реакторы, лабораторные и промышленные установки. Сами нейтроны представляют собой электрически нейтральные, нестабильные (период полураспада свободного нейтрона составляет около 10 минут) частицы, которые благодаря тому, что у них отсутствует заряд, отличаются большой проникающей способностью при слабой степени взаимодействия с веществом. Нейтронное излучение очень опасно, поэтому для защиты от него используют ряд специальных, в основном водородосодержащих, материалов. Лучше всего нейтронное излучение поглощается обычной водой, полиэтиленом, парафином, а также растворами гидроксидов тяжелых металлов.
Как ионизирующие излучения воздействуют на вещества?
Все виды ионизирующих излучений в той или иной степени оказывают воздействие на различные вещества, но сильнее всего оно выражено у гамма-частиц и у нейтронов. Так, при длительном воздействии они могут существенно изменить свойства различных материалов, изменить химический состав веществ, ионизировать диэлектрики и оказывать разрушительный эффект на биологические ткани. Естественный радиационный фон не принесет человеку особого вреда, однако при обращении с искусственными источниками ионизирующих излучений стоит быть очень осторожными и предпринимать все необходимые меры, чтобы до минимума снизить уровень воздействия излучения на организм.
Мямлик 13-09-2019 Ответить

Ядерные реакции. Основные понятия
Ядерные реакции

Изотопы

В ядрах одного и того же элемента число нейтронов может быть различным, а число протонов всегда одно и то же. Такие ядра называются изотопами. Например, в ядрах водорода всегда 1 протон, а число нейтронов может быть 0, 1, 2, 3, 4, 6.

Радиоактивность

Радиоактивность – явление самопроизвольного превращения неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента. При этом испускаются частицы, обладающие большой проникающей способностью.
Например, радиоактивный элемент радий превращается в другой химический элемент – радон с выделением гелия.

В 1899 г. Э. Резерфорд провел опыт, в результате которого было обнаружено, что радиоактивное излучение неоднородно. Существуют три различные частицы с разными зарядами. Альфа-частица – положительно заряженная (лишенный электронов атом гелия), бета-частица – отрицательно заряженная (электрон), и нейтральная гамма-частица (фотон).
Три вида излучения обладают разной проникающей способностью. Самые поникающие – гамма-лучи. Они легко проходят через вещество. Чтобы их остановить нужна свинцовая пластина толщиной 5 см, либо 30 см бетона, либо 60 см грунта.

Ядерные реакции

Альфа-распад

Пример:
где – альфа-излучение – ядра гелия.
Этот распад наблюдается для тяжелых ядер с А>200. При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки ближе к ее началу, чем исходный.
Бета-распад

Пример:
где – бета-излучение – электроны.
При бета-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным.
Гамма-излучение

Испускание гамма-излучения не приводит к превращениям элементов.
В ходе ядерной реакции суммарный электрический заряд и число нуклонов сохраняются. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические (с поглощением энергии) и экзотермические (с выделением энергии). Если сумма масс исходного ядра и частиц, больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то энергия выделяется, и наоборот.
Открытие протона:
Открытие нейтрона:
Kefyn 13-09-2019 Ответить

4.1 Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения.

Теория: Радиоактивность – изменение состава атомного ядра.
Альфа излучение – поток ядер гелия (поток положительно заряженных частиц)
При альфа излучении массовое число уменьшается на 4, а зарядовое уменьшается на 2.
Правило смещения: при альфа излучении элемент смещается на две клетки к началу таблицы Менделеева.

бета излучение – поток электронов (поток отрицательно заряженных частиц)
При бета излучении массовое число не меняется, зарядовое увеличивается на 1.
Правило смещения: при бета излучении элемент смещается на одну клетку к концу таблицы Менделеева.

гамма излучение – электромагнитная волна высокой частоты и проникающей способностью.
При попадании ? и ? частиц в магнитное поле на них действует сила, отклоняющая их в сторону. Масса альфа частиц больше чем масса бета частиц, поэтому они отклоняются слабее. Направление силы находится по правилу левой руки. ? лучи не откланяются.

Периодом полураспада называется промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных ядер. Но закон полураспада справедлив только для большого числа атомов. Так как невозможно предугадать когда распадется отдельно взятое ядро, но для большого числа частиц этот закон справедлив.

Задание огэ по физике (фипи): При испускании ?-кванта
1) массовое и зарядовое числа ядра не изменяются
2) массовое и зарядовое числа ядра увеличиваются
3) массовое число ядра не изменяется, зарядовое число ядра увеличивается
4) массовое число ядра увеличивается, зарядовое число ядра не изменяется
Решение: гамма излучение это электромагнитная волна, оно не влияет на состав атомного ядра, массовое и зарядовое числа ядра не изменяются.
Ответ: 1
Задание огэ по физике (фипи): Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией ?-распада?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение: бета распад сопровождается испусканием электронов ни в одной из реакций нет электрона.
Ответ: 4
Задание огэ по физике (фипи): Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией ?-распада?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение: бета распад сопровождается испусканием электронов , в обеих реакциях образуется электрон..
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите, изотоп какого элемента образуется в результате альфа-распада висмута.

1) изотоп свинца
2) изотоп таллия
3) изотоп полония
4) изотоп астатина
Решение: в результате альфа-распада порядковый номер элемента уменьшится на 2, из висмута (Z=83) элемент превратиться в изотоп таллия (Z=81)
Ответ: 2
Задание огэ по физике (фипи):Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите, изотоп какого элемента образуется в результате электронного бета-распада висмута.

1) изотоп свинца
2) изотоп таллия
3) изотоп полония
4) изотоп астатина
Решение: в результате бета-распада порядковый номер элемента увеличится на 1, из висмута (Z=83) элемент превратиться в изотоп полония (Z=84)
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Контейнер с радиоактивным веществом помещают в магнитное поле, в результате чего пучок радиоактивного излучения распадается на три компоненты (см. рисунок).

Компонента (3) соответствует
1) гамма-излучению
2) альфа-излучению
3) бета-излучению
4) нейтронному излучению
Решение: воспользуемся правилом левой руки, поток частиц направлен вверх, четыре пальца направим вверх. Линии магнитного поля направлены в плоскость экрана (от нас), линии магнитного поля направляем в ладонь, отогнутый на 90o большой палец показывает, что положительно заряженные частицы отклоняются влево. Компонента (3) отклонилась вправо, следовательно эти частицы отрицательно заряжены. Бета-излучение это поток отрицательно заряженных частиц.
2 способ: Компонента (3) отклоняется сильнее чем компонента (1), значит у (3) масса меньше. У электрона масса меньше чем у ядра гелия, значит компонента (3) это поток электронов (гамма-излучение)
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Периодом полураспада называется промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных ядер. На рисунке представлен график изменения количества N радиоактивных ядер с течением времени t.

Согласно графику период полураспада равен
1)
10 с
2)
20 с
3)
30 с
4)
40 с
Решение: В момент времени t1 = 20 секунд было N1 = 40·106 радиоактивных ядер, половина радиоактивных ядер N2 = 20·106 распалась к моменту времени t2 = 40 секунд, следовательно период полураспада T = t2 – t1 = 40 – 20 = 20 c, из графика видно, что за каждые 20 секунд распадается половина оставшихся атомов.
Ответ: 2
Задание огэ по физике 2017: При альфа-распаде ядра его зарядовое число
1) уменьшается на 2 еденицы
2) уменьшается на 4 еденицы
3) увеличивается на 2 еденицы
4) увеличивается на 4 еденицы
Решение: При альфа-распаде ядра его зарядовое число уменьшается на 2 единицы, т.к. вылетает ядро гелия с зарядом +2е.
Ответ: 1
Задание огэ по физике (фипи): При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение (поток альфа-частиц), бета-излучение (поток бета-частиц) и гамма-излучение. Каковы знак и модуль заряда бета-частиц?
1)
положительный и равный по модулю элементарному заряду
2)
положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3)
отрицательный и равный по модулю элементарному заряду
4)
бета-частицы не имеют заряда
Решение: бета-излучение это поток электронов, заряд электрона отрицателен и равен по модулю элементарному заряду.
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией ?-распада?

1)
только А
2)
только Б
3)
и А, и Б
4)
ни А, ни Б
Решение: При альфа-распаде образуются ядра гелия , из двух реакций только во второй образуется ядро гелия.
Ответ: 2
Задание огэ по физике (фипи): Радиоактивный препарат помещён в магнитное поле. В этом поле могут отклониться
А. ?-лучи.
Б. ?-лучи.
Правильным ответом является
1)
только А
2)
только Б
3)
и А, и Б
4)
ни А, ни Б
Решение: движущаяся заряженная частица попадая в магнитное поле отклоняется, ?-лучи и ?-лучи имеют заряд, следовательно, они будут отклонятся в магнитном поле.
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Какие виды радиоактивного излучения, проходящего через сильное магнитное поле, не отклоняются?
1)
альфа-излучение
2)
бета-излучение
3)
гамма-излучение
4)
альфа-излучение и бета-излучение
Решение: движущаяся заряженная частица попадая в магнитное поле отклоняется, гамма-лучи не имеют заряда, поэтому в магнитном поле они не отклоняются.
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Естественная радиоактивность элемента
1)
зависит от температуры окружающей среды
2)
зависит от атмосферного давления
3)
зависит от химического соединения, в состав которого входит радиоактивный элемент
4)
не зависит от перечисленных факторов
Ответ: 4
Задание огэ по физике (фипи): Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите состав ядра фтора с массовым числом 19.

1)
9 протонов, 10 нейтронов
2)
10 протонов, 9 нейтронов
3)
9 протонов, 19 нейтронов
4)
19 протонов, 9 нейтронов
Решение: число протонов равно порядковому номеру элемента, у фтора 9 протонов, что бы найти число нейтронов из массового числа вычтем зарядовое 19-9=10.
Ответ: 1
Задание огэ по физике (фипи): Какое из трех типов излучения – ?, ? или ? – обладает наименьшей проникающей способностью?
1)
?
2)
?
3)
?
4)
проникающая способность всех типов излучения одинакова
Решение: из трех видов излучений, самые крупные это ?-частицы, ядра гелия крупнее чем электроны и гамма кванты, следовательно, им труднее пройти через препятствие.
Ответ: 1
Какое из трех типов излучения – ?, ? или ? – обладает наибольшей проникающей способностью?
1)
?
2)
?
3)
?
4)
проникающая способность всех типов излучения одинакова
Ответ: 3
Следующая тема
ENQEE 13-09-2019 Ответить

Цель урока: выяснить, в чем состоит явление радиоактивности, каков
состав, природа и свойства радиоактивных излучений. Добиться понимания смысла
физического понятия “радиоактивной излучение”.

Литература и оборудование:

Мякишев Г.Я. Физика 11 – М.: Просвещение, 2010 г.
Портрет М. и П.Кюри.
Таблица Менделеева.
Таблица “Шкала электромагнитных излучений”.
Проектор.
Ноутбук.
Экран.

Ход урока
Открытие естественней радиоактивности.
Слова “радиоактивное излучение”, “радиоактивные элементы”, “радиация” сегодня
известны каждому. Многие, наверно, знают и то, что радиоактивные излучения
служат людям: они позволяют в ряде случаев поставить правильный диагноз болезни,
а также лечат опасные заболевания, повышают урожайность культурных растений и
др.

Полемика.

Явление радиоактивности.

Именно данное явление будет служить объектом нашего сегодняшнего разговора.
Что вы знаете об этом явлении? Каково Ваше отношение к нему?

Полемика
Обобщение полученных данных.

Чего больше: позитива или негатива от информации об этом явлении?

Негатива.

В чем же, на ваш взгляд, проблема?

Почему, не смотря на все неприятности, сопутствующие явлению радиоактивности,
люди все равно широко используют его?

Предлагаю сформулировать цель нашего урока.

Цель и задачи формулируют школьники.

Цель: Изучить явление радиоактивности и его значение для человека.
А теперь сформулируем задачи, которые служат этапами нашей работы.
1) Рассмотреть понятие радиоактивность.
2) Рассмотреть виды радиоактивности.
3) Ознакомиться с областями применения радиоактивности.
4) Определить значение радиоактивности для человека.
Решение проблемы.
Чтобы решить данную проблему, нам придется решить несколько проблемных задач.
Для того, чтобы решить нашу первую задачу – сформулировать определение
понятия “радиоактивности”, – нужно вдуматься в смысл самого термина. Попробуем
раскрыть его этимологию. Из каких двух основ состоит данное слово?
Радио активность

“radiare” – лат. испускать, лучи
Активность – само за себя говорит.

В каком случае вещество, атом что-то испускает?

Если он распадается.
Обратите внимание на второе значение латинского слова “radiare” –
лучи.
Радиоактивность была открыта французским ученым Анри Беккерелем в 1896 году.
Он изучал свечение некоторых веществ, в частности солей урана (двойной сульфат
урана и калия), предварительно облученных солнечным светом.
Радиоактивность – это самопроизвольный распад ядер атомов с испусканием
элементарных частиц.
Учащиеся делают сообщения.
Вот как ученый описывает в первом выступлении свои опыты.
Доклад № 1 учащегося:
“Обертываем броможелатиновую люмьеровскую фотографическую пластинку двумя
листами черной бумаги, очень плотной, такой, что пластинка не вуалируется
экспозицией на солнце в течение дня. Снаружи на лист бумаги кладем пластиночку
(кристалл соли урана) и выставляем все это на солнце на несколько часов. Когда
затем проявим фотографическую пластинку, мы видим, что на негативе появился
черный силуэт этой пластиночки. Если же между пластиночкой и бумагой мы помещаем
монету или металлический экран, прорезанный ажурным рисунком, мы видим
изображение этих предметов, появившееся на негативе. Кристаллическая
пластиночка, о которой идет речь, испускает лучи, которые проходят через бумагу,
непрозрачную для света, и различают соли серебра”.
Доклад № 2 учащегося:
“Среди предыдущих экспериментов некоторые были подготовлены в среду 26 и в
четверг 27 февраля, а так как в те дни солнце показывалось с перерывами, я
законсервировал эксперименты, полностью подготовленные, и вернул фотопластинки в
темноту, в мебельный ящик, оставив на месте пластиночки урановой соли. В
последующие дни солнце снова не показалось. Я проявил пластинки 1 марта, надеясь
найти слабые изображения. Силуэты, напротив, показались с большой
интенсивностью”.
Отец, дед А.Беккереля занимались изучением люминесцирующих веществ.
“Было совершенно ясным, почему явление радиоактивности было сделано в нашей
лаборатории, и если бы мой отец был жив в 1896 году. Он был бы тем, кто сделал
это”.
А. Беккерель, открыв новое явление, не знал еще (да и не мог знать), с чем
оно связано, он лишь сказал о нем, как о “новом порядке явлений”.
Учащиеся делают вывод: соли урана самопроизвольно, без влияния внешних
факторов, создают какое-то излучение.
Свойства радиоактивных излучений. Открытие радиоактивных элементов.
Начались интенсивные исследования радиоактивных излучений, с целью изучениях
их свойств и состава, а также установить, испускают ли подобное излучение другие
элементы. Первые исследования были проделаны самим Беккерелем, а затем
М.Склодовской-Кюри и П.Кюри, занимался этим и Резерфорд.
Свойства радиоактивных излучений:
Действуют на фотопластинку,
Ионизируют воздух,
Проникают сквозь тонкие металлические пластинки,
Полная независимость от внешних условий (от освещения, давления, температуры).
Главные усилия в поиске новых элементов, обладающих способностью к
самопроизвольному облучению были предприняты М. и П.Кюри. они обнаружили у
тория, а затем, переработав огромное количество урановой руды, выделили новые
химические элементы, названные ими “полонием”, “радием” (лучистый) (0,1 г. Радия
в 1902 г.)
Что может это вещество (радий)?
Е.Кюри “Мария Кюри” (стр. 163)
Явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри
радиоактивностью.
Впоследствии было установлено. Что все химические элементы с порядковым
номером боле 83 являются радиоактивностями.
Радиоактивные изотопы имеются и у более легких ядер.
Сообщение учащегося “ Вклад М.Кюри в изучение радиоактивности”.
Физическая природа радиоактивного излучения.
Радиоактивное излучение имеет сложный состав.
Учащиеся знакомятся с описанием опыта (учебник стр. 308 рис. 258) и
самостоятельно заполняют таблицу.
Свойства радиоактивных излучений (А.С.Енохович Справочник по физике и технике
стр. 208 табл. 260.)
?-?учи
?-?учи
?-?учи
Скорость частиц, вылетающих из ядер радиоактивных
веществ.
14000–20000 км/с
160000 км/с
300000 км/с
Энергия частицы.
4–9 Мэв
от сотых долей до 1–2 Мэв
0,2 – 3 Мэв
Масса одной вылетающей частицы.
6,6*10 кг
9*10 кг
2.2*10 кг
Пробег (путь, проходимый частицей в веществе до
остановки):в воздухе,
в алюминии,
в биологической ткани.
3–9 см
до 0, 06 мм
до 0, 1 мм
до 40 м
до 2 см
до 6 см
до нескольких сот метров,
в свинце до 5 см
пронизывают тело человека.
Радиоактивность – самопроизвольный, не поддающийся никакому внешнему
воздействию непрерывный распад некоторых естественных и искусственных элементов
с образованием новых ядер, в ходе которого эти вещества испускают альфа-, бета-,
гамма-излучения.
Закрепление:
В научной литературе, в газетах и журналах часто встречается понятие
“радиоактивное излучение”. Что это такое? Какие виды радиоактивного излучения вы
знаете?
В.Маяковский “Разговор с фининспектором о поэзии”:
Поэзия – та же добыча радия.
В грамм добыча,
В годы труды.
Изводишь единого слова ради
Тысячи тонн словесной руды.
С исследованием каких известных ученых можно сравнить труд поэта?
Домашнее задание:
Прочитать параграфы 98–99 Учебник “Физика – 11” Г.Я. Мякишев.
Письменно ответить на вопрос: “Почему, невзирая на все последствия,
человечество продолжает активно использовать радиоактивность?”
Потому что значение велико для человека, а последствий можно избежать при
правильном подходе, использовании и образе жизни.
Ребус.
Прочитайте слова знаменитого физика, сказанные им, когда он обдумал
результаты своего опыта по бомбардировке листа золота альфа-частицами. Назовите
фамилию ученого и год, когда он сделал вывод из этого опыта.
Приложение, Приложение 1
Job-работа 13-09-2019 Ответить

Возможны случаи когда, ядро атомов, находясь в возбуждённом состояние, часть своей энергии передает электронам на внутренних слоях (K, L, M). В результате электрон вырывается за пределы атома. Такие электроны называют электронами внутренней конверсии. Следовательно, испускание электронов конверсии обусловлено непосредственным электромагнитным взаимодействием ядра с электронами оболочки. Конверсионные электроны имеют линейчатый спектр энергии в отличие о электронов бета –распада, дающих сплошной спектр. После того как произошла внутренняя конверсия, в электронной оболочке атома появляется “вакантное” место вырванного электрона конверсии. Один из электронов с более отдаленных слоев (с более высоких энергетических уровней) осуществляет квантовый переход на “вакантное” место с испусканием характеристического рентгеновского излучения.

4.3.5. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.

Заряженные частицы и γ – фотоны, распространяясь в веществе, взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате изменяется состояние вещества и частиц.
Основным механизмом потерь энергии заряженных частиц (α и β) при прохождении через вещество, является ионизационное торможение. Кинетическая энергия частиц расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Это количественно оценивается следующими параметрами: линейной плотностью ионизации i, линейной тормозной способностью вещества S, средним линейным пробегом.
Под линейной плотностью ионизации i понимают отношение числа dn ионов одного знака, образованных заряженной ионизирующей частицей на элементарном пути dl: . Линейной тормозной способностью вещества S называют отношение энергии dE теряемой заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути dl в веществе к длине этого пути: . Средним линейным пробегом заряженной ионизирующей частицы R является среднее значение расстояния между началом и концом пробега заряженной частицы в данном веществе.
Для α частиц линейная плотность ионизации в воздухе составляет , линейная тормозная способность α частиц в воздухе . Средний линейный пробег для α частиц в воздухе несколько см., а в живом организме (10-100 мкм), её путь прямолинеен и изменяет направление движения только при соударениях с ядрами встречных атомов.
Для β частиц в воздухе, а линейная тормозная способность β частиц в воздухе . Для β частиц R средний линейный пробег в воздухе 25 метров, а в живом организме до 1 см.
Кроме ионизации и возбуждения, β частицы вызывают другие процессы:
1. Взаимодействуя с электрическим полем ядра, заряженная частица тормозится и излучает тормозное рентгеновское излучение, спектр, которого показан на рис.4.3.3

2. Если электрон движется в среде со скоростью, превышающей скорость распространения света в этой среде, то возникает характерное Черенковское излучение (излучение Черенкова –Вавилова).

3. При попадании β+ -частицы в вещество с большей вероятностью происходит такое взаимодействие ее с электронами, в результате которого вместо пары электрон –позитрон образуются два гамма фотона. Этот процесс, схема которого показана на рис.4.3.4, называют аннигиляцией. Энергия каждого γ – фотона, возникающая при аннигиляции, должна быть не меньше энергии покоя электрона или позитрона, т.е. не менее 0,51 МэВ.

4.3.6. Взаимодействие гамма – излучения с веществом.

При радиоактивном распаде, ядра испускают гамма – кванты с энергией в пределах от нескольких кэВ до нескольких МэВ. Гамма – кванты при прохождении через вещество теряют энергию практически за счет трёх эффектов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффект), комптоновского рассеивания (комптон- эффект), образования электронно-позитронных пар (образование пар). Величина каждого эффекта зависит от атомного номера поглощающего материала и энергии фотона.

Фотоэлектрическое поглощение.

Выполняется при условии: hν?Аи, где Аи- работа ионизации атома (схема фотоэффекта показана на рис.4.3.5). Энергия гамма кванта, рассчитывается по формуле и не превышает 50 кэВ Гамма – квант, сталкиваясь с электроном чаще К-слоя в атомах облучаемого вещества, полностью передаёт свою энергию, сам исчезает, а электрон приобретает кинетическую энергию, равную энергии гамма кванта минус энергия связи электрона в атоме. На освободившиеся место перескакивает электрон с l – слоя на k – слой электрон m – слоя на l слой и т.д. При переходе происходит испускание квантов света hν, создающих характеристическое рентгеновское излучение. Спектр характеристического рентгеновского излучения показан на рис. 4.3.6.

В воздухе и в биологических тканях фотоэффект составляет 50%, если энергия γ – квантов порядком 60КэВ. При Eγ=120 кэВ он составляет 10%, а начиная с 200 кэВ этот процесс уже не наблюдается. В этом случае гамма – излучение ослабляется за счёт комптоновского рассеивания.

Комптоновский эффект.

Выполняется при условии hν>>Aи.
γ – кванты сталкиваясь с внешними валентными электронами передают только часть энергии. После соударения с ними γ – кванты изменяют направление движения и рассеиваются. Электроны, отрываясь от ядра, приобретают значительную кинетическую энергию и производят ионизацию вещества (вторичная ионизация). Схема комптоновского эффекта показана на рис.4.3.7.
Из-за комптон эффекта происходит ослабление γ – излучения. Этот эффект значителен в воздухе и в биологическом веществе при 200 КэВЭнергетический баланс для комптон эффекта , где
– кинетическая энергия электрона, hν’ – образовавшийся новый рассеянный γ -гамма квант света. Таким образом, в результате комптон-эффекта, интенсивность гамма- излучения ослабляется за счет того, что гамма- кванты, взаимодействуя с электронами среды, рассеиваются в различных направлениях и уходят за пределы первичного пучка, а также за счет передачи электронам части своей энергии.

Образование пар.
Гамма – кванты с энергией E?1,02 МэВ, проходя через вещество, превращаются под действием сильного электрического поля вблизи ядра атома в пару “электрон-позитрон”. В данном случае происходит преобразование одной формы материи – гамма-излучения в другую – в частицы вещества. Образование такой пары частиц возможно только при энергиях γ -квантов, не меньших, чем энергия, эквивалентная массе обеих частиц – электрона и позитрона. Поскольку массы электрона и позитрона одинаковы, то для образования их без сообщения им дополнительной кинетической энергии, энергия γ-кванта должна удовлетворять соотношению взаимосвязи массы и энергии:

Если энергия γ-квантов больше 1,022 МэВ, то избыток её передаётся частицам. Тогда кинетическая энергия образующихся частиц Ek равна разности между энергией фотона Eγ и удвоенной энергией покоя электрона:
.
Образовавшаяся электронно-позитронная пара в дальнейшем исчезает (аннигилирует), превращаясь в два вторичных γ-кванта с энергией, равной энергетическому эквиваленту массы покоя частиц – 0,511 МэВ. Вторичные γ -кванты способны вызвать лишь комптон-эффект и в конечном счете фотоэффект, т.е. теряют энергию только при соударении с электронами. Вероятность процесса образования пар увеличивается с увеличением энергии γ -квантов и плотности поглотителя. Схема образования пар показана на рисунке 4.3.8. Гамма-лучи высоких энергий (более 8 МэВ) могут взаимодействовать с ядрами атомов (ядерный эффект). Вероятность такого эффекта весьма мала, и этот вид взаимодействия практически не ослабляет излучений в веществе.

4.3.7. Закон ослабления гамма –излучения веществом

Пучок гамма лучей поглощается непрерывно с увеличением толщины поглотителя; его интенсивность не обращается в нуль ни при каких толщинах поглотителя. Это значит, что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток гамма-лучей, а можно только ослабить его интенсивность на любое заданное число раз.

На рис. 4.3.9 показана зависимость ослабления гамма-излучения от толщины поглотителя. Механизм ослабления гамма- излучения показан рис.10. Последовательно проходят три вида рассеяния гамма- кванта атомом вещества. Вначале идет процесс образования пар, затем комптоновское рассеяние и фотоэлектрическое поглощения. При последнем взаимодействии с веществом энергия гамма кванта становится меньше работы ионизации атома и слабый гамма- квант встречаясь с атомом вещества просто рассеивается. Последний процесс называется когерентным рассеянием.
Закон ослабления пучка γ- лучей имеет следующий вид I=Iоe-μd, где I–интенсивность прошедших γ-лучей через вещество, толщиной d; Iо- интенсивность падающего пучка гамма –лучей; μ- линейный коэффициент ослабления.
Линейный коэффициент ослабления является суммарным коэффициентом, который учитывает ослабления пучка гамма- лучей за счет трех первых процессов. Таким образом, μ= μф + μк + μ п. Поскольку величина μ зависит от энергии поступающих гамма- квантов и от материала поглотителя, то ее можно выразить через отношение μ/ρ, где ρ – плотность вещества. В этом случае коэффициент μ будет носить название массового коэффициента ослабления и уже не будет зависеть от плотности материала.
Закон ослабления может быть выражен через слой половинного ослабления (Δ1/2). Толщина поглотителя, после прохождения которого интенсивность излучения ослабляется вдвое, называется слоем половинного ослабления Δ1/2 измеряется в единицах поверхностной плотность (мг/см2) и зависит от энергии излучения и плотности поглотителя. Между линейным коэффициентом ослабления и слоем половинного ослабления существует следующая взаимосвязь: .
Зная слой половинного ослабления, можно довольно легко определить, какой нужно взять поглотитель, чтобы ослабить излучение в данное число раз.
Например, один слой Δ1/2 уменьшает интенсивность излучения в 2 раза, два слоя – в 4 раза, три слоя – в 8 раз и т.д., n слоев – в 2n раз. Следовательно, чтобы ослабить излучение, например, в 512 раз, надо взять столько слоев
Δ1/2n, чтобы 2n=512. В нашем случае n=9, т.е. 9 слоев половинного ослабления уменьшают интенсивность излучения в 512 раз.

4.3.8. Методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений.

Радиоактивное излучение не воспринимается органами чувств. Эти излучения могут быть обнаружены при помощи специальных приборов. В практике наиболее часто встречаются ионизационные детекторы излучений, которые измеряют непосредственные эффекты взаимодействия излучения с веществом – ионизацию газовой среды (ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера –Мюллера, а также коронные и искровые счетчики). Другие методы предусматривают измерение вторичных эффектов, обусловленных ионизацией, -фотографический, люминесцентный, химический, калориметрический и др.

1. Ионизационные детекторы излучения

Ионизационные детекторы излучения – камера, заполненная воздухом или газом с электродами для создания электрического поля (рис. 4.3.10). При отсутствии U напряжения между электродами в цепи тока нет, так как газ, это хороший изолятор. При попадание заряженных (α, β) частиц в газ образуются ионные пары, и газ становится проводником электрического поля. В начале, когда U=0 на электродах все ионы, созданные начальной ионизацией, полностью рекомбинируются в нейтральные молекулы. При возрастании напряжения, ионы приобретают направленное действие: положительные собираются на катоде, а отрицательные на аноде. В цепи возникает ионизационный ток, который может быть зарегистрирован прибором.

Величина ионизационного тока служит мерой количества излучения. На рисунке 4.3.11 показана зависимость силы ионизационного тока от напряжения, приложенного к электродам детектора. Такая зависимость называется вольт- амперной характеристикой ионизационного детектора. На участке 1 существует два процесса: образование заряженных частиц- ионов и рекомбинация ионов. С ростом напряжения процесс рекомбинации уменьшается, и все образующиеся ионы достигают электроды – 2 участок.
Величина тока на 2 участке зависит только от ионизационной способности, влетающих заряженных частиц. Так α – частица, образованная большим ионизирующим действием, соответствует верхняя кривая. Область 2 называется областью ионизационной камеры.
На 3 участке, сила ионизационного тока вновь начинает возрастать, т.к. положительные ионы, а особенно отрицательные ионы приобретают значительное ускорение а, следовательно, и энергию, чтобы самим производить ионизацию вследствие соударения с атомами или молекулами газа. Этот процесс называется вторичная ионизация. На участке 3 существует строгая пропорциональность между числом первично образованных ионов и общей суммой ионов, участвующих в создании ионизирующего тока. Эта область называется областью пропорциональности. В этом режиме работают пропорциональные счетчики. Для этого в область вводят коэффициент газового усиления Кгу – отношение общей суммы ионов n участвующих в создании ионизационного тока к числу первично образовавших ионов n0. Кгу=n/ n0. Для участка 3 Кгу достигает 103 – 104.
На участке 4 строгая пропорциональность между числом первично-образованных ионов и силой ионизационного тока нарушается. Поэтому её называют областью ограниченной пропорциональности.
На участке 5 при ещё больших напряжениях, сила нарастающего тока уже не зависит от числа первично образовавших ионов. Коэффициент газового усиления достигает 108 – 1010 и при появлении в камере детектора хотя бы одной ядерной частицы происходит вспышка самостоятельного газового разряда, которая охватывает всю камеру. Этот участок называется областью Гейгера. Счетчики, работающие в этой области, называются счетчиками Гейгера- Мюллера.
В области 6 при большом напряжении в детекторе наблюдается постоянный непрерывный разряд и детектор выходит из строя.
2. Пропорциональные счетчики

Пропорциональные счетчики работают на участке 3. Наличие пропорциональности усиления в счетчиках, позволяет определить энергию ядерных частиц и изучить их природу. Обычно пропорциональный счетчик делают в виде цилиндра, вдоль оси которого натягивают металлическую нить – анод (рис. 4.3.12). Проводящее покрытие внутренней поверхности цилиндра служит катодом. При таком устройстве все электрическое поле сосредоточено около нити и его максимальное значение оказывается тем выше, чем меньше радиус нити (рис. 4.3.13).

Пропорциональные счетчики изготовляют и торцевого типа (рис.4.3.14). Чтобы обеспечить проникновение в полость счетчика альфа- частиц, входное слюдяное окно делают очень тонким (4-10)мкм. Наполняют счетчик смесью неона с аргоном почто до уровня атмосферного давления. Есть счетчики открытые, рабочая полость которых сообщается с внешним воздухом. Такие счетчики работают при атмосферном давлении, они допускают непрерывное протекание или циркуляцию наполняющего их газа и поэтому их часто используют для регистрации активности газовых проб.

Счетчики Гейгера-Мюллера (Г-М) конструктивно мало чем отличаются от пропорциональных счетчиков цилиндрического и торцевого типа. Основное отличие его состоит в том, что внутренний объем счетчика (Г-М) наполнен инертным газом при пониженном давлении, а работа осуществляется в области Гейгера, т.е. в режиме самостоятельного газового разряда. По принципу работы счетчики (Г-М) делятся на самогасящие и несамогасящие. При попадании ядерной частицы в несамогасящий счетчик происходит первичная ионизация газовой среды. Положительные ионы движутся к катоду, а электроны к аноду. При этом под действием высокого напряжения электроны разгоняются с большим ускорением и производят вторичную ионизацию. Новые образовавшие ионы также приобретают достаточно большую скорость, производят ионизацию и выбивают электроны из катода. Эти электроны еще более увеличивают лавинный эффект. В результате весь счетчик охватывается разрядом. Кгу может достигать 108 – 1010.
Если во время быстро нарастающей вторичной ионизации в несамогасящий счетчик проникает следующая ядерная частица, то она не будет зарегистрирована счетной установкой. Для обнаружения второй ядерной частицы необходимо “погасить” процесс ионизации от первой, что можно достичь либо включением в электрическую цепь высокого сопротивления, либо введением в счетчик органических паров. Такие варианты используют в самогасящих счетчиках. Обычно применяют пары многоатомных спиртов в соотношении 90% аргона и 10% паров спирта. Органическая добавка обеспечивает нейтрализацию положительных ионов аргона путем отдачи слабосвязанных электронов. Следовательно, молекулы многоатомного газа (спирта) приостанавливают вторичную ионизацию, и счетчик становится готовым регистрировать следующую частицу.

3. Характеристики счетчика

Мертвое время– это время в течение которого счетчик не может зарегистрировать попавшую в него частицу (квант). Мертвое время самогасящих счетчиков составляет 10-4 с.
Разрешающая способность счетчика – это максимальное число частиц, которое может зарегистрировать счетчик за одну секунду и рассчитывается как величина обратная мертвому времени. Чем меньше мертвое время, тем больше разрешающая способность счетчика. Несамогасящие счетчики способны раздельно регистрировать не более 102 – 103 имп/с, самогасящие -до 104 имп/с.
Эффективность счетчика – это процентное отношение числа зарегистрированных счетчиком импульсов к общему числу частиц (квантов), попавших за тот же отрезок времени в рабочий объем счетчика. Эффективность определяют путем измерения излучения радиоактивных препаратов с известной активностью (эталона).
Счетная характеристика выражает зависимость скорости счета (числа имп/мин) от напряжения, приложенного к счетчику. Область напряжений, в которой устанавливается постоянство скорости счета в единицу времени называется “плато счетчика”. Чем больше протяженность и меньше наклон плато, тем лучше счетчик (рис.4.3.15).

В самогасящих счетчиках протяженность плато 200-300 В, наклон 3-5%.
Сцинтилляционный (люминесцентный) метод регистрации излучений.
При переходе атомов из возбужденного состояния или из ионизированного состояния в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляции), которая может быть зарегистрирована, например, преобразуя энергию света в электрический сигнал с помощью фотоэлектрического умножителя (ФЭУ). Схема устройства сцинтилляционного счетчика показана на рисунке 4.3.16.

Под действием светового импульса, возникшего в сцинтилляторе, из фотокатода за счет фотоэффекта выбиваются электроны, которые собираются электрическим полем и направляются на первый динод, ускоряясь до энергии, достаточной для выбивания вторичных электронов из следующего динода и т.д. Таким образом, лавина электронов возрастает от катода к аноду; происходит преобразование очень слабых световых вспышек, возникающих в сцинтилляторе, в регистрируемые электрические импульсы.
Сцинтилляционные счетчики обладают более высокой эффективностью счета (до 100%) и разрешающей способностью 10–5 при регистрации альфа частиц и 10-8 при регистрации бета частиц, по сравнению с газоразрядными счетчиками.
Полупроводниковые детекторы (ППД) ионизирующих излучений представляют собой твердотельную ионизационную камеру, в которой роль носителей электрического заряда выполняют электроны и дырки. Под действием ионизирующего излучения в ППД образуется электрический ток. По величине тока определяют величину ионизирующего излучения.
Фотографический метод основан на определении степени почернения фотоэмульсии под действием ионизирующего излучения. Степень почернения фотоэмульсии фотопластинки пропорциональна дозе излучения. На этом принципе основан дозиметрический фото контроль (ИФК) для лиц, работающих с бета- и гамма- излучением.
Химические методы основаны на регистрации тех или иных изменений, возникающих под влиянием излучений. Например, изменение цвета, выделение газов, осаждение коллоидных растворов и т.д. Степень изменения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Широкое распространение получил ферросульфатный и цериевый дозиметры, основанный на окислении под воздействием излучений двухвалентного иона железа в трехвалентный. В цериевом дозиметре определяют концентрацию церия до и после облучения.
Калориметрический метод основан на измерении с помощью специальных калориметров тепловой энергии, выделяющейся при поглощении энергии излучения в веществе.

Приборы для измерения излучений и их назначение.

Приборы для измерения ионизирующего излучения можно условно разделить на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно- физических исследований.
Радиометры – это приборы с газоразрядными, сцинтилляционными счетчиками и другими детекторами, предназначенные для измерения активности радиоактивных препаратов и источников излучения, для определения плотности потока или интенсивности ионизирующих частиц и квантов, поверхностной радиоактивности предметов, удельной активности аэрозолей, газов и жидкостей.
Дозиметры (рентгенометры) – приборы, измеряющие экспозиционную и поглощенную дозы излучения или соответствующие мощности доз. Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистрируемого (измерительного) устройства.
По принципу действия дозиметры можно разделить на две группы. Первую группы составляют дозиметры, измеряющие мощность дозы в рентгенах в единицу времени, так называемые измерители мощности дозы. Ко второй группе относят интегрирующие дозиметры, измеряющие дозу излучения за какой-либо промежуток времени. Детектором излучения в измерителях мощности дозы могут быть ионизационные камеры, газоразрядный или сцинтилляционный счетчик. В качестве детектора в интегрирующих приборах обычно применяют ионизационные камеры.
Gandis 13-09-2019 Ответить

Многие наслышаны о вредном гамма-излучении, которое сегодня используется в медицине. Но большинство не знает, что такое бета-излучение и какое место оно занимает в различных сферах жизни человека.
Излучение такого рода представляет собой электроны. По своей проникающей способности бета-частица отличается от относительно безопасных аналогов из альфа-гаммы. Бета-лучи способны проникать в живой организм на глубину до нескольких сантиметров. Но в обычной жизни защититься от их излучения помогает просто плотная одежда или стеклянная перегородка.

Основные сведения о бета-облучении

Первооткрывателем таких лучей стал ученый из Франции – Анри Беккерель. Кроме него значительный вклад в изучение особенностей такого формата радиации вложили Мария Складовская и Пьер Кюри. Вместе они стали одними из первых, кто официально пострадал от бета-облучения.
Изучая, что такое бета-излучение, ученые выяснили, что эти частицы рождаются при распаде атомных ядер. Причем происходит это только в случае, когда происходит распад атомов элементов с радиоактивными свойствами.
Из-за особенностей механизма образования, скорость полета таких частиц может варьироваться. Принято считать, что минимальным порогом тут выступает отметка в 100 тысяч км/с. Максимальный разгон может достигать уровня скорости света.
Колеблется и допустимое расстояние, которое лучи способны оперативно преодолевать. Но выше показателя в 1800 см уровень никогда не поднимался. Эта доказанная истина распространяется только на «пробег» в свободной среде, то есть, обычном воздухе.
Расстояние, которое могут преодолеть бета-частицы в биологических тканях, более ограничено. Лучи не способны проникнуть в организм человека на глубину более 2,5 см. Объясняется такое различие плотностью основной среды проникновения.
В ходе многочисленных исследований было выяснено, что из-за своей небольшой массы, частицы постоянно сбиваются с прямого курса. Из-за этого их траектория может быть совершенно неожиданной.
Если лучи попали на незащищенный кожный покров, то здесь будет прослеживаться негативное влияние на верхний слой кожи. Ярким тому примером выступают данные касательно ликвидации последствий на Чернобыльской атомной электростанции. В свое время люди, которые участвовали в операции по первичной ликвидации последствий, сильно пострадали от бета-радиации. На их коже были зафиксированы значительные ожоги.
Еще страшнее, если облученное бета-частицами вещество каким-то образом попадет внутрь человеческого организма. Так оно начнет «заражать» все ближайшие к нему органы.

Виды источников облучения

Как и с альфа-излучением бета-лучи могут иметь два варианта происхождения:
естественное,
искусственное.
В первом случае излучение выглядит как поток ничтожно маленьких заряженных частиц. Причем нести они могут не только отрицательный электрический заряд, но и положительный.
В природе бета-лучи в чистом виде не встречаются. Они могут находиться только в составе комплексного радиоактивного излучения. Тогда там будет присутствовать хотя бы альфа и бета-частицы. Встретить подобное можно разве что в космическом пространстве. Также источником может выступить богатство земных недр. Речь идет о различных залежах полезных для человечества руд. Их содержание будет предусматривать наличие радиоактивных частиц.
Также к относительно естественным источникам можно добавить химические продукты распада, которые выступают активными излучателями бета-частиц по умолчанию. Чаще всего это:
прометий,
криптон,
стронций.
Вместе с возможной радиацией смешанного типа, исходящей от природы, современного человека подстерегают опасности искусственного облучения. «Благодарить» за это нужно предприятия, использующие радиационные технологии. Атомные электростанции – основные объекты, где ?-излучение используется человеком для благих целей.
Но не всегда специалисты способны контролировать радиоактивные процессы. Из-за этого мир регулярно страдает от радиационных аварий разной степени тяжести. В ходе происшествия распад бета-частиц провоцирует рождение очередной порции опасных для всего живого атомов. Так рождаются компоненты с другими атомными номерами из таблицы Менделеева.
Из недавних примеров особо выделяется техногенная катастрофа, произошедшая на территории Японии. АЭС Фукусима стала источником появления радиоактивной воды. За счет попадания в свободную среду опасных частиц, содержание изотопов стронция и цезия стало в несколько тысяч раз выше нормы.

Практическое применение бета-излучения

Основным спектром использования такого типа радиоактивного излучения выступает медицина. Речь идет о специфичном направлении терапевтической области действия, а также диагностике радиоизотопного формата.
Практическое применение предусматривает следующие аспекты:
Терапевтические цели. Предусматривается наложение на пораженные участки особенных аппликаторов, которые излучают нужные для лечения лучи.
Лечение злокачественных опухолей. Для этого используются терапия внутритканевой и внутриполостной категории. Полезный эффект достигается за счет разрушительного воздействия излучения на измененные клетки.
Диагностика радиоизотопного вида. Метод предполагает использование бета-частиц для создания радиоактивной метки, чтобы обнаружить возможные опухолевые ткани.
Помимо медицинского сегмента эксплуатации облучения из этой гаммы также применяет в химической промышленности и при контроле разных процессов автоматического типа. Можно встретить бета-облучение даже при ремонте транспортных средств. Взяли на вооружение эти лучи и археологи. Они с их помощью могут более точно определить возраст горных пород.

Влияние излучения на человека

Главной опасностью при наружном воздействии бета-частиц на организм человека выступают ожоги. Степень их тяжести определяется несколькими факторами:
длительность облучения,
интенсивность,
структура тканей.
Больше всего страдают неприкрытее участки кожного покрова, а также слизистая оболочка органов зрения.
Среднестатистическая бета-частица способна образовать во время преодоления расстояния в свободном пространстве до 30 тысяч пар ионов. Это означает, что весь проделанный лучом путь является потенциально опасным для всего живого. Он остается заполнен молекулярными остатками, которые выступают центральным источником многочисленных процессов разрушительного назначения.
Эксперты уточняют, что для человека, который случайным образом получил облучение до 0.20 мкЗв/час за один раз на нерегулярной основе, это неопасно. Так как в окружающей среде лучи из бета-гаммы встречаются в совокупности с другими видами радиации, организм к малым их дозам приспособился. Но если радиационный фон по какой-то причине будет превышен, человека ожидают тяжелые последствия.

Защитные меры против излучения

В обычной жизни граждане редко нуждаются в профессиональной защите от бета-излучения. Другое дело – узкие специалисты, которые работают на особых предприятиях, где облучение – привычное дело.
Чтобы снизить возможные последствия для здоровья, а также провести результативную профилактику, медики разработали перечень защитных мер. Он помогает свести к минимуму негативное влияние облучения. Список включает в себя:
Использование радиопротекторов. Специально обученный медработник вводит в организм работника особые вещества еще до начала работ в предполагаемой опасной зоне. Они направлены на то, чтобы максимально ослабить действие излучения. Формой выпуска считаются инъекции и пищевые добавки.
Удаление от источника. Считается основной защитной мерой. Интенсивность облучения можно снизить, покинув опасную зону на рекомендованное расстояние.
Временные меры. Минимизации времени, требующегося на исправление дефектов в пораженной зоне.
Спецсредства. Предусматривают привлечение экранов на основе стекла, листового алюминия или плексигласа.
Противогазы. Необходимы для блокировки попадания частиц ингаляционным путем.
Регулярный контроль. Направлен на то, чтобы постоянно следить за показателями дозировки облучения и общей радиационной обстановкой.
Если облучение уже произошло, все вышеперечисленные методы уже не помогут. Гораздо продуктивнее просто покинуть опасную зону. После этого следует снять зараженную одежду и обувь. Для снижения рисков нужно сразу же вымыться под проточной водой вместе с мылом. Все это позволит сохранить здоровье.
VideoAnswer 13-09-2019 Ответить
VideoAnswer 13-09-2019 Ответить
VideoAnswer 13-09-2019 Ответить
VideoAnswer 13-09-2019 Ответить

Что такое альфа бета и гамма излучение?

19 ответов на вопрос “Что такое альфа бета и гамма излучение?”

Добавить ответ Отменить ответ