Відомості з ядерної фізики
Іонізуюче випромінювання
Всяке випромінювання супроводжується виділенням енергії. Наприклад, якщо тканина тіла піддана опроміненню, то частина енергії буде передана атомам, які складають цю тканину.
Випромінювання, що несе достатню кількість енергії, здатне до видалення (виривання) електронів з атомів. Цей процес називається іонізацією, а саме випромінювання - іонізуючим випромінюванням. Випромінювання повинно мати достатню енергію для іонізації, тоді його можна характеризувати як іонізуюче.
ІОНІЗУЮЧЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ - це випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до іонізації її атомів і молекул.
Нестабільні нукліди прагнуть перейти у стійкий стан. Вони можуть виділяти свою надмірну енергію у процесі розпаду. Розпад означає, що радіоактивний нуклід випромінює іонізуюче випромінювання у формі частинок або електромагнітних хвиль (гамма- квантів).
У побуті іонізуюче випромінювання помилково називається радіоактивним випромінюванням. Правильне вираження - іонізуюче випромінювання.
У цьому курсі ми розглянемо процеси альфа-, бета- та гамма-випромінювання. Усі вони походять із атомного ядра.
Альфа-випромінювання
На малюнку 1.9 нестабільне ядро знаходиться в процесі випромінювання своєї надлишкової енергії у формі випромінювання частинки, яка є ядром гелію, тобто складається з двох протонів і двох нейтронів. Ця частка називається альфа - частинка і її символом є - грецький символα
Альфа-випромінювання - позитивно заряджені ядра гелію, що мають високу енергію.
На малюнку 1.10 альфа-частка проходить близько від атома.
Коли альфа-частка проходить у безпосередній близькості від електрона, вона притягує його і можевирвати із нормальної орбіти. Атом втрачає електрон і таким чином перетворюється на іон. Так альфа-частинки зазвичай іонізують речовину.
Іонізація атома вимагає приблизно 30-35 еВ електрон-вольт (eV) енергії. Таким чином, альфа-частка, що володіє 5 000 000 еВ енергії на початку її руху може стати джерелом створення більш ніж 100 000 іонів, перш ніж вона приходить у стан спокою.
Маса альфа-часток у 7 000 разів більша за масу електрона. Тому велика маса альфа-часток визначає прямолінійність їх проходження через електронні оболонки атомів при іонізації речовини.
Альфа-частка втрачає невелику частину своєї первісної енергії кожному електроні, що вона відриває з атомів матерії, проходячи через неї. Кінетична енергія альфа-частинки та її швидкість при цьому безперервно зменшується. Коли вся кінетична енергія витрачена, частка приходить у стан спокою. Тільки в цей момент вона захопить два електрони і, перетворившись на атом гелію, втрачає свою здатність іонізувати матерію.
Бета-випромінювання
На малюнку 1.11 показаний приклад випромінювання бета - частки, що позначаєтьсяβ. Бета-випромінюванням є процес випромінювання електронів безпосередньо з ядра атома.
Електрон в ядрі створюється при розпаді нейтрону в протон і електрон. Протон залишається в ядрі, тоді як електрон випускається як бета-випромінювання.
На малюнку 1.12 показаний можливий перебіг подій, коли електрон, що прилетів (β частка) вибиває один з орбітальних електронів стабільного хімічного елемента.
Ці два електрони мають однаковий електричний заряд та масу. Тому, зустрівшись, вони відштовхнуться один від одного, змінивши свої початкові напрямки руху.
Коли атом втрачає електрон, він перетворюється на позитивно заряджений іон.
Бета-випромінювання - потік бета-часток (електронів або позитронів), що має більшу проникаючу здатність, ніж у альфа-часток, але меншу, ніж у гамма-випромінювання.
Гамма-випромінювання
Символом гамма-випромінювання є γ.
Гамма-випромінювання не складається з частинок, як альфа-і бета-випромінювання. Воно також як світло Сонця є електромагнітною хвилею.
Малюнок 1.13 Випускання атомом гамма-випромінювання.
Як правило, гамма-випромінювання супроводжує випромінювання будь-якого іншого виду випромінювання, так як у природі практично не зустрічаються речовини, що випромінюють тільки гамма-кванти. Гамма-випромінювання відрізняється від рентгенівського випромінювання природою походження, довжиною електромагнітної хвилі та частотою.
Гамма-випромінювання, що проходить через речовину має можливість іонізувати цю речовину, передаючи свою енергію електронам атомів, що становлять його. Випромінювання поступово зменшується.
Оскільки гамма-випромінювання не має жодного електричного заряду, його здатність іонізувати речовину набагато менше, ніж у альфа- та бета-випромінювання. Вплив гамма-випромінювання на речовину, що веде до відриву електрона від електронної оболонки атома, зображено малюнку 1.14.
Гама-випромінювання (гамма-кванти) - короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі менше 2*10-10м. Через малу довжину хвилі хвильові властивості гама - випромінювання виявляються слабо, і першому плані виступають корпускулярні властивості, у зв'язку з чим його представляють як потоку гамма-квантов (фотонів). Будучи одним із трьох основних видів радіоактивних випромінювань, гамма-випромінювання супроводжує розпад радіоактивнихядер. З усіх видів радіоактивних випромінювань гамма-випромінювання має найбільшу проникаючу здатність. Гамма-випромінювання виникає як при радіоактивних розпадах ядер, а й при анігіляції частинок і античастинок, в ядерних реакціях, при гальмуванні швидких заряджених частинок у речовині (гальмівне випромінювання), при розпаді мезонів і входить до складу космічного випромінювання.