Поток ядер гелия. Виды радиационного излучения

Ионизирующее излучение (далее - ИИ) - это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц - корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то 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. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β--излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.

Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.

Нейтронное излучение - еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.

Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.

Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.

Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от - от 10 -12 до 10 -7 . Источник рентгеновских лучей - рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

В рентгеновской трубке есть два электрода - катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины - то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение - то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.

Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

 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 α и β 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 . γ 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.


При испускании γ-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 β-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 β-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 90 o 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 t 1 = 20 секунд было N 1 = 40·10 6 радиоактивных ядер, половина радиоактивных ядер N 2 = 20·10 6 распалась к моменту времени t 2 = 40 секунд, следовательно период полураспада T = t 2 - t 1 = 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 α-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. α-лучи.
Б. β-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, α-лучи и β-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 – α, β или γ – обладает наименьшей проникающей способностью?
1) α
2) β
3) γ

Решение: из трех видов излучений, самые крупные это α-частицы, ядра гелия крупнее чем электроны и гамма кванты, следовательно, им труднее пройти через препятствие.
Ответ: 1
Какое из трех типов излучения – α, β или γ – обладает наибольшей проникающей способностью?
1) α
2) β
3) γ
4) проникающая способность всех типов излучения одинакова

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):

(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

Число частиц, прошедших через слой поглотителя, убывает с увеличением толщины поглотителя х по закону.

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют - ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение , или еще проще радиация . К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация - это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация - это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа, бета и нейтронное излучение - это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение - это излучение энергии.

Альфа излучение

• излучаются: два протона и два нейтрона
• проникающая способность: низкая
• облучение от источника: до 10 см
• скорость излучения: 20 000 км/с
• ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
• высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение - это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

• излучаются: нейтроны
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: километры
• скорость излучения: 40 000 км/с
• ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение - это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

• излучаются: электроны или позитроны
• проникающая способность: средняя
• облучение от источника: до 20 м
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация:
• биологическое действие радиации: низкое

Гамма (γ) излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Основная опасность гамма излучения - это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.

Рентгеновское излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность:высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: низкое

Рентгеновское излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов, возникающие при переходе электрона внутри атома с одной орбиты на другую.

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше "коэффициент k" тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео: