Бета излучение это поток: Что такое бета-излучение и чем оно грозит?

Что такое бета-излучение и чем оно грозит?

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 β-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.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что такое бета-излучение и способы защиты от него

Продолжаем наше знакомство с миром радиоактивности. Это явление было открыто боле века назад французским учёным Анри Беккерелем. Изучению свойств таинственных лучей посвятили свою жизнь Мария Складовская и Пьер Кюри. Они первыми ощутили на себе их пагубное воздействие. Что нам известно сейчас о радиоактивности? Оказалось, что, радиоактивное излучение имеет неоднородный состав. Это два вида частиц (альфа и бета) и гамма кванты.

В этой статье мы выясним, что такое бета-излучение, где встречается такой вид радиоактивности, как он влияет на человека и какие существуют способы защиты от него.

Что такое бета-излучение

Своим рождением бета-излучение обязаны распаду ядер атомов радиоактивных элементов. Вырываясь из плена внутриядерных сил, бета-частицы наследуют от родительского атома разную энергию и соответственно, разную скорость. Быстрота полёта этих частиц колеблется от 100 тыс. км/с и до световой скорости. Поэтому в воздухе они способны «пробегать» разные расстояния вплоть до 1800 см. В биологических тканях их жизненных сил хватает лишь на 2,5 см свободного пробега. Это вполне объяснимо. Поскольку проникающая способность бета-излучения зависит от плотности среды.

Из-за ничтожно малой массы, бета-частицы легко отклоняются от прямолинейного пути, описывая в веществе самые причудливые траектории.

Естественные источники бета-излучения

Естественное бета-излучение представляет собой поток мельчайших заряженных частиц, несущих либо отрицательный, либо положительный электрический заряд.

Каковы же источники бета-излучения? Природа не предусмотрела никаких источников радиации, способных излучать лишь бета-излучение. Как правило, оно является лишь одним из компонентов семейства естественных радиоактивных излучений. Оно приходит к нам из космических глубин, просачивается из земных недр в местах залегания руд, содержащих радиоактивные частицы.

Но некоторые химические элементы при радиоактивном распаде особенно активно излучают бета-частицы (прометий, криптон, стронций и другие).

Искусственные источники бета-излучения

Наряду с естественным радиоактивным фоном, окружающий нас мир вынужден существовать среди множества искусственно созданных источников радиации. Наведённая радиоактивность — это чаще всего тяжкое наследие радиационных аварий, когда β-распад приводит к рождению новой порции радиоактивных атомов, но с другим атомным номером в таблице Менделеева.

Техногенная авария на АЭС Фукусима 1 в сентябре 2013 года привела к утечке радиоактивной воды. В результате чего содержание изотопов цезия и стронция, излучающих бета-частицы, выросло в тысячи раз.

Создание источников этого излучения часто инициируется человеком целенаправленно, для вполне конкретных практических нужд.

Применение бета-излучения

Так же, как и другие виды радиоактивных излучений, бета-излучение находит широкое применение в медицине. Это бета-терапия и радиоизотопная диагностика.

1. 

   лучевая терапия

   Для терапевтических целей на поражённые участки накладываются аппликаторы, излучающие бета-лучи.

2. При злокачественных опухолях используют внутритканевую и внутриполостную бета-терапию. Лечебный эффект достигается за счёт разрушающего действия бета-излучения на патологически изменённые ткани.
3. Радиоизотопная диагностика использует бета-частицы в качестве радиоактивной метки для обнаружения опухолевых тканей.

Источники бета-излучения применяют в химии, для контроля разнообразных автоматических процессов, при ремонте автомобилей, в археологии для определения возраста горных пород и т. д.

Влияние бета-излучения на человека

Как же эти представители микромира влияют на человеческий организм? Если бета-излучение попадает на кожу человека, то происходит ожёг тканей. Степень повреждения при этом зависит от длительности облучения, его интенсивности и структуры ткани. Особенно страдают открытые участки тела и слизистые оболочки глаз.

После аварии на Чернобыльской АЭС в радиусе более 100 метров у людей, ступавших на землю босыми ногами, наблюдались тяжёлые ожоги стоп. Но особо тяжкие последствия имеют место при попадании вещества, испускающих эти крохотные, но далеко не безобидные частички внутрь организма.

При этом происходит ионизация молекул, гибель клеток, выделение токсинов, ведущих к отравлению организма и в итоге — к летальному исходу. Опасность бета-излучения весьма велика! Каждая бета-частица со средним значением энергии, может образовать на своём пути в воздухе около 30 000 пар ионов. То есть весь её путь среди живых тканей усеян остатками молекул, являющихся источниками разрушительных процессов в организме.

В сфере обитания человека радиоактивность до определённой нормы является таким же естественным компонентом, как скажем, кислород. Безопасной нормой бета-облучения считается 0.20 мкЗв/час. Если же радиационный фон превысил эту норму в 2 раза, то находиться в этой зоне без последствий вы можете лишь полчаса.

Защита от бета-излучения

Когда речь идёт о людях чья профессиональная деятельность, так или иначе, связана с бета-излучателями, для защиты и минимизации последствий их воздействия предусмотрены следующие правила.

1. 

   радиопротекторы

   При планировании кратковременных работ используются радиопротекторы — вещества, вводимые в организм до начала работ в опасной зоне, и способные ослабить действие излучения. Они вводятся в организм в виде инъекций или пищевых добавок.

2. Однако, основная защита от бета-излучения состоит в снижении его интенсивности, путём удаления от источника излучения на как можно большее расстояние.
3. Максимальное уменьшение времени нахождения рядом с бета-излучателем.
4. Использование защитных экранов из стекла, плексигласа, листового алюминия и других металлов.
5. Использование противогазов для защиты органов дыхания.
6. Проведение постоянного дозиметрического контроля за радиационной обстановкой.

Что делать, если облучение произошло:

• быстро покинуть опасную зону;
• снять одежду и обувь;
• тщательно вымыться под проточной водой с мылом.

Что должны знать обычные люди, далёкие от сферы атомной энергетики, чтобы не стать невольным объектом воздействия дополнительной дозы бета-излучения?

Если исключить необходимые медицинские процедуры с участием бета-источников, то следует знать, что при работе ядерных реакторов образуется йод-131, являющийся источником значительного бета-излучения. Вместе с зелёной растительной массой они попадают в корма для животных и скапливаются в молочных продуктах. Далее, этот изотоп находит для себя «пристанище» в щитовидной железе, вызывая внутреннее облучение.

Регулярное введение в рацион продуктов, богатых стабильным йодом (морепродуктов) является действенной защитой от этой опасности.

Ещё один пример. Для облегчения поиска ключей в темноте используются тритиевые брелоки. Исходящее из трития бета-излучение, вызывает свечение люминофора. Производители уверяют в безопасности этого гаджета. Однако нарушение целостности корпуса может привести к попаданию вредного излучения в организм человека. Прежде чем приобрести подобную «игрушку» — поинтересуйтесь компонентами, задействованными в её работе.

В качестве мер защиты от бета-излучения совершенно нелишним будет наличие в каждой семье дозиметра, позволяющего оценить радиационную ситуацию в своём доме и проверить радиоактивность приобретаемых продуктов.

Зная, что, представляет собой бета-излучение, и чётко осознавая опасность, сопутствующую его воздействию, следует очень серьёзно отнестись к выполнению всех предлагаемых рекомендаций. Поскольку стремительный поток электронов и позитронов, несмотря на ничтожно малую массу этих частиц, является носителем очень значительной энергии и способен нанести серьёзнейшие повреждения организму за счёт своей активной ионизирующей способности.

излучение — это… Что такое Бета-излучение?

Бе́та-распа́д — тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом ядро может излучать бета-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется «бета-минус» (β ⁻ ), а в случае испускания позитрона — «бета-плюс-распадом» (β ⁺ ). Кроме β ⁻ и β ⁺ -распадов, к бета-распадам относят также электронный захват, когда ядро захватывает атомный электрон. Во всех типах бета-распада ядро излучает электронное нейтрино (β ⁺ -распад, электронный захват) или антинейтрино (β ⁻ -распад).

Механизм распада

Бета-минус-распад атомного ядра

В β ⁻ -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино:

.

На фундаментальном уровне (показанном на Фейнмановской диаграмме) это обусловлено превращением d-кварка в u-кварк с испусканием W-бозона.

В β ⁺ -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино:

.

Таким образом, в отличие от β ⁻ -распада, β ⁺ -распад не может происходить в отсутствие внешней энергии, поскольку масса самого нейтрона больше массы протона. β ⁺ -распад может случаться только внутри ядер, где абсолютное значение энергии связи дочернего ядра больше энергии связи материнского ядра. Разность между двумя этими энергиями идёт на превращение протона в нейтрон, позитрон и нейтрино и на кинетическую энергию получившихся частиц.

Во всех случаях, когда β⁺-распад энергетически возможен (и протон является частью ядра с электронными оболочками), он сопровождается процессом электронного захвата, при котором электрон атома захватывается ядром с испусканием нейтрино:

.

Но если разность масс начального и конечного атомов мала (меньше удвоенной массы электрона, то есть 1022 кэВ), то электронный захват происходит, не сопровождаясь конкурирующим процессом позитронного распада; последний в этом случае запрещён законом сохранения энергии.

Когда протон и нейтрон являются частями атомного ядра, эти процессы распада превращают один химический элемент в другой. Например:

(β ⁻ распад),

(β ⁺ распад),

(электронный захват).

Бета-распад не меняет число нуклонов в ядре A, но меняет только его заряд Z. Таким образом может быть введён набор всех нуклидов с одинаковым A; эти изобарные нуклиды могут превращаться друг в друга при бета-распаде. Среди них некоторые нуклиды (по крайней мере, один) бета-стабильны, поскольку они представляют собой локальные минимумы излишка массы: если такое ядро имеет (A, Z) числа, соседние ядра (A, Z−1) и (A, Z+1) имеют больший излишек массы и могут распадаться посредством бета-распада в (A, Z), но не наоборот. Необходимо заметить, что бета-стабильное ядро может подвергаться другим типам радиоактивного распада (альфа-распаду, например). Большинство изотопов, существующих в природных условиях на Земле, бета-стабильны, но существует несколько исключений с такими большими периодами полураспада, что они не успели исчезнуть за примерно 4,5 млрд лет, прошедшие с момента нуклеосинтеза. Например, ⁴⁰K, который испытывает все три типа бета-распада (бета-минус, бета-плюс и электронный захват), имеет период полураспада 1.277×10⁹ лет.

Бета-распад можно рассматривать как переход между двумя квантовомеханическими состояниями, обусловленный возмущением, поэтому он подчиняется золотому правилу Ферми.

График Кюри

График Кюри (известен также как график Ферми) — диаграмма, используемая для изучения бета-распада. Это энергетическая зависимость квадратного корня из количества излучённых бета-частиц с данной энергией, делённая на функцию Ферми. Для разрешённых (и некоторых запрещённых) бета-распадов график Кюри линеен (прямая линия, наклонённая в сторону роста энергии). Если нейтрино имеют конечную массу, то график Кюри вблизи точки пересечения с осью энергии отклоняется от линейного, благодаря чему появляется возможность измерить массу нейтрино.

Двойной бета-распад

Некоторые ядра могут испытывать двойной бета-распад (ββ-распад), при котором заряд ядра меняется на две единицы. В самых практически интересных случаях такие ядра бета-стабильны (простой бета-распад энергетически запрещён), поскольку когда β- и ββ-распады оба разрешены, вероятность β-распада (обычно) намного больше, мешая исследованиям очень редких ββ-распадов. Таким образом, ββ-распад обычно изучается только для бета-стабильных ядер. Как и простой бета-распад, двойной бета-распад не меняет A; следовательно, как минимум один из нуклидов с данным A должен быть стабильным по отношению как к простому, так и к двойному бета-распаду.

История

Исторически исследование бета-распада привело к первому физическому свидетельству существования нейтрино. В 1911 году Лиза Мейтнер и Отто Ган провели эксперимент, который показал, что энергии электронов, испускаемых при бета-распаде, имеют непрерывный, а не дискретный спектр. Это находилось в очевидном противоречии с законом сохранения энергии, поскольку получалось, что часть энергии терялась в процессах бета-распада. Вторая проблема заключалась в том, что спин атома азота-14 был равен 1, что противоречило предсказанию Резерфорда — ½. В известном письме, написанном в 1930 году, Вольфганг Паули предположил, что помимо электронов и протонов атомы содержат очень легкую нейтральную частицу, которую он назвал нейтроном. Он предположил, что этот «нейтрон» испускается при бета-распаде и раньше просто не наблюдался. В 1931 году Энрико Ферми переименовал «нейтрон» Паули в нейтрино, и в 1934 году Ферми опубликовал очень удачную модель бета-распада, в которой участвовали нейтрино.

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

излучение — это… Что такое Бета-излучение?



Бета-излучение

        поток электронов или позитронов (β-частиц), испускаемых при Бета-распаде радиоактивных изотопов.          Действие на организм Б.-и. приводит к развитию всех признаков лучевого поражения (См. Лучевое поражение), вплоть до гибели клеток, тканей и всего организма. Действие Б.-и. сходно с биологическим действием ионизирующих излучений (См. Биологическое действие ионизирующих излучений) др. видов. При внешнем облучении организма (См. Облучение организма) Б.-и. поражает лишь поверхностные ткани, т.к. проникающая способность β-частиц не превышает нескольких миллиметров. При попадании ⁴⁵Са, ⁹⁰Sr и др. β-радиоактивных изотопов в организм особенности лучевого поражения зависят как от распределения их в органах и тканях, так и от периода их полураспада. Относительная биологическая эффективность Б.-и. близка к 1.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Синонимы:

• Бесщелевой спектрограф
• Бета-распад

Смотреть что такое «Бета-излучение» в других словарях:

• Бета-излучение — электронное или позитронное корпускулярное ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при ядерных превращениях. Известно около 1500 бета радиоактивных изотопов. Большое количество их образуется при ядерном взрыве и… …   Словарь черезвычайных ситуаций

• Бета-излучение — (β излучение) поток бета частиц (электронов или позитронов), испускаемых атомными ядрами при их бета распаде. Скорость β частиц в Б. и. может быть близкой к скорости света. Б. и. вызывает ионизацию, люминесценцию, действует на фотоэмульсию …   Российская энциклопедия по охране труда

• БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЕ — (бета излучение (устар. бета лучи), поток бета частиц (.электронов или позитронов), испускаемых атомными ядрами при их бета распаде. Скорость Р частиц в Б. и. может быть близкой к скорости света. Б. и. вызывает ионизацию, люминесценцию, действует …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• Бета-излучение — вид ионизирующего излучения поток электронов или позитронов, испускаемых при ядерных реакциях или радиоактивном распаде. Бета излучение может проникать в ткани организма на глубину до 1 см. Представляет опасность для человека как с точки зрения… …   Термины атомной энергетики

• бета-излучение — бета излучение, бета излучения …   Орфографический словарь-справочник

• бета-излучение — сущ., кол во синонимов: 1 • излучение (27) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

• Бета-излучение — электронное (и позитронное) ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при ядерных превращениях… Источник: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ТРЕБОВАНИЙ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ… …   Официальная терминология

• бета-излучение — Корпускулярное излучение, состоящее из отрицательно заряженных электронов или позитронов, возникающее при радиоактивном распаде ядер. [РМГ 78 2005] Тематики измерение ионизирующих излучений EN beta radiation …   Справочник технического переводчика

• бета-излучение — beta spinduliuotė statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų srautas. atitikmenys: angl. beta radiation; beta particle radiation rus. бета излучение; бета лучи …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

• бета-излучение — beta spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. beta radiation; beta rays; beta particle radiation vok. Beta Strahlen, m; Beta Strahlung, f rus. бета излучение, n; бета лучи, m pranc. radiation bêta, f; rayonnement bêta, m; rayons… …   Fizikos terminų žodynas

• бета-излучение — 2.17 бета излучение : Корпускулярное излучение, состоящее из отрицательно заряженных электронов или позитронов, возникающее при радиоактивном распаде ядер. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Виды радиоактивных излучений

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.

Виды 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
• биологическое действие радиации: 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: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
• 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

характеристика	Вид радиации
	Альфа излучение	Нейтронное излучение	Бета излучение	Гамма излучение	Рентгеновское излучение
излучаются	два протона и два нейтрона	нейтроны	электроны или позитроны	энергия в виде фотонов	энергия в виде фотонов
проникающая способность	низкая	высокая	средняя	высокая	высокая
облучение от источника	до 10 см	километры	до 20 м	сотни метров	сотни метров
скорость излучения	20 000 км/с	40 000 км/с	300 000 км/с	300 000 км/с	300 000 км/с
ионизация, пар на 1 см пробега	30 000	от 3000 до 5000	от 40 до 150	от 3 до 5	от 3 до 5
биологическое действие радиации	высокое	высокое	среднее	низкое	низкое

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.

Коэффициент k
Вид излучения и диапазон энергий	Весовой множитель
Фотоны всех энергий (гамма излучение)	1
Электроны и мюоны всех энергий (бета излучение)	1
Нейтроны с энергией < 10 КэВ (нейтронное излучение)	5
Нейтроны от 10 до 100 КэВ (нейтронное излучение)	10
Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ (нейтронное излучение)	20
Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ (нейтронное излучение)	10
Нейтроны > 20 МэВ (нейтронное излучение)	5
Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи)	5
Альфа-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра (альфа излучение)	20

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

---

Видео: Виды радиации

Бета-частица — Википедия с видео // WIKI 2

Бета-распад

Бета-частица (β-частица) — заряженная частица (электрон или позитрон), испускаемая в результате бета-распада . Поток бета-частиц называется бета-лучами или бета-излучением.

Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β⁻), положительно заряженные — позитронами (β⁺).

Бета-лучи следует отличать от вторичных и третичных электронов, образующихся в результате ионизации воздуха — так называемые дельта-лучи и эпсилон-лучи.

Энциклопедичный YouTube

• 1/3

  Просмотров:

  3 888

  3 386

  19 854

• ✪ Элементарные частицы | альфа, бета и гамма радиация

• ✪ Урок 463. Открытие естественной радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучение

• ✪ Виды распада

Свойства

Энергии бета-частиц распределены непрерывно от нуля до некоторой максимальной энергии, зависящей от распадающегося изотопа; эта максимальная энергия лежит в диапазоне от 2,5 кэВ (для рения-187) до десятков МэВ (для короткоживущих ядер, далёких от линии бета-стабильности).

Бета-лучи под действием электрического и магнитного полей отклоняются от прямолинейного направления. Скорость частиц в бета-лучах близка к скорости света. Бета-лучи способны ионизировать газы, вызывать химические реакции, люминесценцию, действовать на фотопластинки.

Радиоактивность

Значительные дозы внешнего бета-излучения могут вызвать лучевые ожоги кожи и привести к лучевой болезни. Ещё более опасно внутреннее облучение от бета-активных радионуклидов, попавших внутрь организма. Бета-излучение имеет значительно меньшую проникающую способность, чем гамма-излучение (однако на порядок большую, чем альфа-излучение). Слой любого вещества с поверхностной плотностью порядка 1 г/см² (например, несколько миллиметров алюминия или несколько метров воздуха) практически полностью поглощает бета-частицы с энергией около 1 МэВ, что позволяет довольно легко защищаться от внешнего бета-излучения, но не помогает от внутреннего облучения, в особенности при попадании бета-излучающих радионуклидов способных накапливаться и длительное время находиться в организме, к примеру как стронций-90.

См. также

Эта страница в последний раз была отредактирована 4 декабря 2019 в 04:43.

Радиация не всегда страшна: все, что вы хотели об этом знать

После аварии на АЭС «Фукусима» мир захлестнула очередная волна панической радиофобии. На Дальнем Востоке из продажи исчез йод, а производители и продавцы дозиметров не только распродали все имевшиеся на складах приборы, но и собрали предзаказы на полгода-год вперед. Но так ли страшна радиация? Если вы каждый раз вздрагиваете при этом слове, статья написана для вас.

12 мая 2019 14:00

Что же такое радиация? Так называют различные виды ионизирующего излучения, то есть того, которое способно отрывать электроны от атомов вещества. Три основных вида ионизирующего излучения принято обозначать греческими буквами альфа, бета и гамма. Альфа-излучение — это поток ядер гелия-4 (практически весь гелий из воздушных шариков когда-то был альфа-излучением), бета — поток быстрых электронов (реже позитронов), а гамма — поток фотонов высокой энергии. Еще один вид радиации — поток нейтронов. Ионизирующее излучение (за исключением рентгеновского) — результат ядерных реакций, поэтому ни мобильные телефоны, ни микроволновые печи не являются его источниками.

Заряженное оружие

Из всех видов искусства для нас важнейшим, как известно, является кино, а из видов радиации — гамма-излучение. Оно обладает очень высокой проникающей способностью, и теоретически никакая преграда не способна защитить от него полностью. Мы постоянно подвергаемся гамма-облучению, оно приходит к нам сквозь толщу атмосферы из космоса, пробивается сквозь слой грунта и стены домов. Обратная сторона такой всепроникаемости — относительно слабое разрушающее действие: из большого количества фотонов лишь малая часть передаст свою энергию организму. Мягкое (низкоэнергетическое) гамма-излучение (и рентгеновское) в основном взаимодействует с веществом, выбивая из него электроны за счет фотоэффекта, жесткое — рассеивается на электронах, при этом фотон не поглощается и сохраняет заметную часть своей энергии, так что вероятность разрушения молекул в таком процессе значительно меньше.

Бета-излучение по своему воздействию близко к гамма-излучению — оно тоже выбивает электроны из атомов. Но при внешнем облучении оно полностью поглощается кожей и ближайшими к коже тканями, не доходя до внутренних органов. Тем не менее это приводит к тому, что поток быстрых электронов передает облученным тканям значительную энергию, что может привести к лучевым ожогам или спровоцировать, например, катаракту.

Альфа-излучение несет значительную энергию и большой импульс, что позволяет ему выбивать электроны из атомов и даже сами атомы из молекул. Поэтому причиненные им «разрушения» значительно больше — считается, что, передав телу 1 Дж энергии, альфа-излучение нанесет такой же ущерб, как 20 Дж в случае гамма- или бета-излучения. К счастью, проникающая способность альфа-частиц чрезвычайно мала: они поглощаются самым верхним слоем кожи. Но при попадании внутрь организма альфа-активные изотопы крайне опасны: вспомните печально известный чай с альфа-активным полонием-210, которым был отравлен Александр Литвиненко.

Нейтральная опасность

Но первое место в рейтинге опасности, несомненно, занимают быстрые нейтроны. Нейтрон не имеет электрического заряда и поэтому взаимодействует не с электронами, а с ядрами — только при «прямом попадании». Поток быстрых нейтронов может пройти через слой вещества в среднем от 2 до 10 см без взаимодействия с ним. Причем в случае тяжелых элементов, столкнувшись с ядром, нейтрон лишь отклоняется в сторону, почти не теряя энергии. А при столкновении с ядром водорода (протоном) нейтрон передает ему примерно половину своей энергии, выбивая протон с его места. Именно этот быстрый протон (или, в меньшей степени, ядро другого легкого элемента) и вызывает ионизацию в веществе, действуя подобно альфа-излучению. В результате нейтронное излучение, подобно гамма-квантам, легко проникает внутрь организма, но там почти полностью поглощается, создавая быстрые протоны, вызывающие большие разрушения. Кроме того, нейтроны — это то самое излучение, которое вызывает наведенную радиоактивность в облучаемых веществах, то есть превращает стабильные изотопы в радиоактивные. Это крайне неприятный эффект: скажем, с транспортных средств после пребывания в очаге радиационной аварии альфа-, бета- и гамма-активную пыль можно смыть, а вот от нейтронной активации избавиться невозможно — излучает уже сам корпус (на этом, кстати, и был основан поражающий эффект нейтронной бомбы, активировавшей броню танков).

---

Доза и мощность

При измерении и оценке радиации используется такое количество различных понятий и единиц, что обычному человеку немудрено и запутаться.
Экспозиционная доза пропорциональна количеству ионов, которые создает гамма- и рентгеновское излучения в единице массы воздуха. Ее принято измерять в рентгенах (Р).
Поглощенная доза показывает количество энергии излучения, поглощенное единицей массы вещества. Ранее ее измеряли в радах (рад), а сейчас — в греях (Гр).
Эквивалентная доза дополнительно учитывает разницу в разрушительной способности разных типов радиации. Ранее её измеряли в «биологических эквивалентах рада» — бэрах (бэр), а сейчас — в зивертах (Зв).
Эффективная доза учитывает ещё и различную чувствительность разных органов к радиации: например, облучать руку куда менее опасно, чем спину или грудь. Ранее измерялась в тех же бэрах, сейчас — в зивертах.
Перевод одних единиц измерения в другие не всегда корректен, но в среднем принято считать, что экспозиционная доза гамма-излучения в 1 Р принесёт организму такой же вред, как эквивалентная доза 1/114 Зв. Перевод рад в греи и бэров в зиверты очень прост: 1 Гр = 100 рад, 1 Зв = 100 бэр. Для перевода поглощённой дозы в эквивалентную используют т.н. «коэффициент качества излучения», равный 1 для гамма- и бета-излучения, 20 для альфа-излучения и 10 для быстрых нейтронов. Например, 1 Гр быстрых нейтронов = 10 Зв = 1000 бэр.
Природная мощность эквивалентной дозы (МЭД) внешнего облучения обычно составляет 0,06 — 0,10 мкЗв/ч, но в некоторых местах может быть и менее 0,02 мкЗв/ч или более 0,30 мкЗв/ч. Уровень более 1,2 мкЗв/ч в России официально считается опасным, хотя в салоне самолёта во время перелёта МЭД может многократно превышать это значение. А экипаж МКС подвергается облучению с мощностью примерно 40 мкЗв/ч.

В природе нейтронное излучение весьма незначительно. По сути, риск подвергнуться ему существует лишь при ядерной бомбардировке или серьезной аварии на АЭС с расплавлением и выбросом в окружающую среду большей части активной зоны реактора (да и то лишь в первые секунды).

Газоразрядные счетчики

Радиацию можно обнаружить и измерить с помощью различных датчиков. Самые простые из них — ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера. Они представляют собой тонкостенную металлическую трубку с газом (или воздухом), вдоль оси которой натянута проволочка — электрод. Между корпусом и проволочкой прикладывают напряжение и измеряют протекающий ток. Принципиальное отличие между датчиками лишь в величине прикладываемого напряжения: при небольших напряжениях имеем ионизационную камеру, при больших — газоразрядный счетчик, где-то посередине — пропорциональный счетчик.

Сфера из плутония-238 светится в темноте, подобно одноваттной лампочке. Плутоний токсичен, радиоактивен и невероятно тяжел: один килограмм этого вещества умещается в кубике со стороной 4 см.

Ионизационные камеры и пропорциональные счетчики позволяют определить энергию, которую передала газу каждая частица. Счетчик Гейгера-Мюллера только считает частицы, зато показания с него очень легко получать и обрабатывать: мощность каждого импульса достаточна, чтобы напрямую вывести ее на небольшой динамик! Важная проблема газоразрядных счетчиков — зависимость скорости счета от энергии излучения при одинаковом уровне радиации. Для ее выравнивания используют специальные фильтры, поглощающие часть мягкого гамма- и всё бета-излучение. Для измерения плотности потока бета- и альфа-частиц такие фильтры делают съемными. Кроме того, для повышения чувствительности к бета- и альфа-излучению применяются «торцевые счетчики»: это диск с донышком в качестве одного электрода и вторым спиральным проволочным электродом. Крышку торцевых счетчиков делают из очень тонкой (10−20 мкм) пластинки слюды, через которую легко проходит мягкое бета-излучение и даже альфа-частицы.

Передача тепла излучением

Передача тепла посредством излучения происходит в форме электромагнитных волн, в основном в инфракрасной области. Излучение, испускаемое телом, является следствием теплового перемешивания составляющих его молекул. Радиационная теплопередача может быть описана со ссылкой на «черное тело» .

Черное тело

Черное тело определяется как тело, которое поглощает все излучение, падающее на его поверхность. Настоящих черных тел в природе не существует, хотя их характеристики приблизительно соответствуют дыре в коробке, заполненной материалом с высокой поглощающей способностью.Спектр излучения такого черного тела был впервые полностью описан Максом Планком.

Черное тело — это гипотетическое тело, которое полностью поглощает все длины волн падающего на него теплового излучения. Такие тела не отражают свет и поэтому кажутся черными, если их температура достаточно низкая, чтобы не быть самосветящимися. Все черные тела, нагретые до заданной температуры, излучают тепловое излучение.

Энергия излучения в единицу времени от черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры и может быть выражена с помощью закона Стефана-Больцмана как

q = σ T ⁴ A (1)

, где

q = теплопередача в единицу времени (Вт)

σ = 5.6703 10 ^-8 (Вт / м ² K ⁴ ) — Постоянная Стефана-Больцмана

T = абсолютная температура в кельвинах (K)

A = площадь излучающего тела (м ² )

Константа Стефана-Больцмана в имперских единицах

σ = 5,6703 10 ^-8 (Вт / м ² K ⁴ )

= 1.714 10 ^-9 (БТЕ / (ч фут ^{2 o} R ⁴ ))

= 1,19 10 ^-11 (БТЕ / (час в ^{2 o} R ⁴⁾ ))

Пример — тепловое излучение от поверхности Солнца

Если температура поверхности Солнца составляет 5800 K и если мы предположим, что Солнце можно рассматривать как черное тело энергия излучения на единицу площади может быть выражена изменением (1) на

q / A = σ T ⁴

= ( 5.6703 10 ^-8 Вт / м ² K ⁴ ) (5800 K) ⁴

= 6,42 10 ⁷ (Вт / м ² )

Серые тела и коэффициент излучения Коэффициенты

Для объектов, отличных от идеальных черных тел («серых тел»), закон Стефана-Больцмана может быть выражен как

q = ε σ T ⁴ A (2)

, где

ε = коэффициент излучения объекта (один — 1 — для черного тела)

Для серого тела падающее излучение (также называемое излучением) частично отражается, поглощается или проходит.

Коэффициент излучения находится в диапазоне 0 < ε <1, в зависимости от типа материала и температуры поверхности.

Чистая скорость радиационных потерь

Если горячий объект излучает энергию в более холодное окружение, чистая радиационная скорость потерь тепла может быть выражена как

q = ε σ (T _h ⁴ — T _c ⁴ ) A _h (3)

где

T _h = абсолютная температура горячего тела (K)

T _c = абсолютная температура холодного окружения (K)

A _h = площадь горячего объекта (м ² )

Потери тепла от нагретой поверхности в неотапливаемую среду со средними лучистыми температурами указаны в таблице ниже.

Калькулятор радиационной теплопередачи

Этот калькулятор основан на уравнении (3) и может использоваться для расчета теплового излучения от теплого объекта в более холодное окружение.

Обратите внимание, что температура на входе указывается в градусах Цельсия.

ε — коэффициент излучения

t _h — горячая температура объекта ( ^o C)

t _c — холодная температура окружающей среды ( ^o C)

A _c — площадь объекта (м ² )

Закон косинуса Ламберта

Тепловыделение от поверхности под углом β можно выразить с помощью закона косинуса Ламберта как

q _β = q cos β (4)

где

q _β = тепловыделение под углом β

q = тепловыделение от поверхности

β = угол

,

17.3: Типы радиоактивности: альфа, бета и гамма-распад

Многие ядра радиоактивны; то есть они разлагаются, испуская частицы, и при этом становятся другим ядром. В наших исследованиях до этого момента атомы одного элемента не могли превращаться в разные элементы. Это потому, что во всех других типах изменений, о которых мы говорили, менялись только электроны. В этих изменениях изменяется ядро, содержащее протоны, определяющие, каким элементом является атом.Все ядра с 84 или более протонами радиоактивны, а элементы с менее чем 84 протонами имеют как стабильные, так и нестабильные изотопы. Все эти элементы могут претерпевать ядерные изменения и превращаться в разные элементы.

При естественном радиоактивном распаде происходят три типичных выброса. Когда эти выбросы наблюдались первоначально, ученые не смогли идентифицировать их как некоторые уже известные частицы и поэтому назвали их

, используя первые три буквы греческого алфавита. Некоторое время спустя альфа-частицы были идентифицированы как ядра гелия-4, бета-частицы были идентифицированы как электроны, а гамма-лучи — как форма электромагнитного излучения, такого как рентгеновские лучи, за исключением того, что они намного выше по энергии и даже более опасны для живых систем.

Ионизирующая и проникающая способность излучения

Со всем излучением от естественных и искусственных источников мы вполне обоснованно должны беспокоиться о том, как все излучения могут повлиять на наше здоровье. Ущерб живым системам наносится радиоактивными выбросами, когда частицы или лучи поражают ткани, клетки или молекулы и изменяют их. Эти взаимодействия могут изменять молекулярную структуру и функцию; клетки больше не выполняют своих должных функций, а молекулы, такие как ДНК, больше не несут соответствующую информацию.Большое количество радиации очень опасно, даже смертельно. В большинстве случаев радиация повреждает одну (или очень небольшое количество) клеток, разрушая клеточную стенку или иным образом препятствуя размножению клетки.

Способность излучения повреждать молекулы анализируется с точки зрения так называемой ионизирующей силы . Когда частица излучения взаимодействует с атомами, это взаимодействие может привести к тому, что атом потеряет электроны и, таким образом, станет ионизированным. Ионизирующая сила излучения увеличивает вероятность того, что повреждение произойдет в результате взаимодействия.

Большая часть угрозы радиации связана с легкостью или трудностью защиты от частиц. Какой толщиной стены вам нужно спрятаться, чтобы быть в безопасности? Способность каждого типа излучения проходить через вещество выражается в проникающей способности . Чем больше материала может пройти через излучение, тем выше проникающая способность и тем опаснее они. Как правило, чем больше масса, тем больше ионизирующая способность и меньше проникающая способность.

Если сравнивать только три распространенных типа ионизирующего излучения, альфа-частицы имеют наибольшую массу. Альфа-частицы примерно в четыре раза больше массы протона или нейтрона и примерно в 8000 раз больше массы бета-частицы. Из-за большой массы альфа-частицы она обладает самой высокой ионизирующей способностью и самой большой способностью повреждать ткани. Однако тот же самый большой размер альфа-частиц делает их менее способными проникать в вещество. При столкновении с веществом они очень быстро сталкиваются с молекулами, присоединяют два электрона и становятся безвредным атомом гелия.Альфа-частицы обладают наименьшей проникающей способностью, и их можно остановить толстым листом бумаги или даже слоем одежды. Их также останавливает внешний слой омертвевшей кожи людей. Может показаться, что это устраняет угрозу от альфа-частиц, но только от внешних источников. В такой ситуации, как ядерный взрыв или какая-то ядерная авария, когда радиоактивные излучатели распространяются в окружающей среде, их можно вдыхать или принимать вместе с пищей или водой, и как только альфа-излучатель находится внутри вас, у вас вообще нет защиты ,

Бета-частицы намного меньше альфа-частиц и, следовательно, имеют гораздо меньшую ионизирующую способность (меньшую способность повреждать ткани), но их небольшой размер дает им гораздо большую проникающую способность. Большинство ресурсов говорят, что бета-частицы можно остановить с помощью листа алюминия толщиной в четверть дюйма. Еще раз, однако, самая большая опасность возникает, когда источник бета-излучения попадает внутрь вас.

Гамма-лучи — это не частицы, а высокоэнергетическая форма электромагнитного излучения (например, рентгеновские лучи, за исключением более мощных).Гамма-лучи — это энергия, не имеющая массы или заряда. Гамма-лучи обладают огромной проникающей способностью и требуют нескольких дюймов плотного материала (например, свинца) для их защиты. Гамма-лучи могут проходить через человеческое тело, ничего не задевая. Считается, что они имеют наименьшую ионизирующую способность и наибольшую проникающую способность.

Самое безопасное количество радиации для человеческого тела — ноль. Невозможно подвергнуться воздействию ионизирующего излучения, поэтому следующая лучшая цель — как можно меньше подвергаться воздействию.4He} \). Откуда у альфа-частицы этот символ? Нижнее число в символе ядра — это количество протонов. Это означает, что в альфа-частице есть два протона, которые были потеряны атомом урана. Два протона также имеют заряд \ (+ 2 \). Верхнее число, 4, представляет собой массовое число или общее количество протонов и нейтронов в частице. Поскольку у альфа-частицы 2 протона, а всего 4 протона и нейтрона, у альфа-частицы также должно быть два нейтрона. Альфа-частицы всегда имеют один и тот же состав: два протона и два нейтрона.{226} Ra} \ label {alpha2} \]

Уравнения такого типа называются ядерными уравнениями и похожи на химический эквивалент, обсуждавшийся в предыдущих главах.

Бета-распад

Другой распространенный процесс распада — это испускание бета-частиц или бета-распад. Бета-частица — это просто электрон высокой энергии, который испускается ядром. Вам может прийти в голову, что здесь логически сложная ситуация. Ядра не содержат электронов, но во время бета-распада электрон вылетает из ядра.В то же время, когда электрон выбрасывается из ядра, нейтрон становится протоном. Заманчиво изобразить это как нейтрон, распадающийся на две части, состоящие из протона и электрона. Это было бы удобно для простоты, но, к сожалению, этого не происходит; подробнее об этом в конце этого раздела. Однако для удобства мы будем рассматривать бета-распад как расщепление нейтрона на протон и электрон. Протон остается в ядре, увеличивая атомный номер атома на единицу.Электрон выбрасывается из ядра и представляет собой частицу излучения, называемую бета.

Чтобы вставить электрон в ядерное уравнение и правильно сложить числа, электрону нужно было присвоить атомный номер и массовое число. Массовое число, присвоенное электрону, равно нулю (0), что разумно, поскольку массовое число — это количество протонов плюс нейтроны, а электрон не содержит протонов и нейтронов. Атомный номер, присвоенный электрону, отрицательный (-1), потому что это позволяет ядерному уравнению, содержащему электрон, уравновесить атомные номера.{18} \: \ text {кДж / моль} \). Это означает, что ядерные изменения включают в себя почти , в миллион раз больше энергии, на атом, чем химические изменения!

Примечание

Практически все ядерные реакции в этой главе также испускают гамма-лучи, но для простоты гамма-лучи обычно не показаны.

Основные характеристики каждой реакции показаны на рисунке 17.3.2.

«Ядерный учет»

При написании ядерных уравнений есть несколько общих правил, которые вам помогут:

• Сумма массовых чисел (верхние числа) на стороне реагента равна сумме массовых чисел на стороне продукта.4He} \).

  Обратите внимание, что массовые и атомные числа правильно складываются для бета-распада тория-234 (уравнение \ (\ ref {beta2} \)):

  Массовое число
  • : \ (234 = 0 + 234 \)
  • атомный номер: \ (90 = -1 + 91 \)

  Массовые числа исходного ядра и нового ядра одинаковы, потому что нейтрон был потерян, но был получен протон, и поэтому сумма протонов плюс нейтроны осталась прежней. Атомный номер в процессе был увеличен на единицу, так как в новом ядре на один протон больше, чем в исходном.{234} U} \ label {nuke1} \]

  И снова атомный номер увеличивается на единицу, а массовое число остается прежним; убедитесь, что уравнение правильно сбалансировано.

  Примечание: как насчет балансировки заряда?

  Обе альфа- и бета-частицы заряжены, но ядерные реакции в уравнениях \ (\ ref {alpha1} \) и \ (\ ref {beta2} \) и большинство других ядерных реакций, указанных выше, не сбалансированы по заряду, так как обсуждается при балансировке окислительно-восстановительной реакции. При изучении ядерных реакций в целом обычно мало информации или беспокойства о химическом состоянии радиоактивных изотопов, потому что электроны из электронного облака не принимают непосредственного участия в ядерной реакции (в отличие от химических реакций).{206} Po} \). Мы знаем, что символ полония — \ (\ ce {Po} \), потому что это элемент w

  .

  Радиационный поток — Повторно опубликована в Википедии // WIKI 2

  Количество		Единица		Размер	Заметки
  Имя	Символ [номер 1]	Имя	Символ	Символ
  Лучистая энергия	Q e [номер 2]	джоуль	Дж	M ⋅ L 2 ⋅ T −2	Энергия электромагнитного излучения.
  Плотность лучистой энергии	w e	джоуль на кубический метр	Дж / м 3	M ⋅ L −1 ⋅ T −2	Энергия излучения на единицу объема.
  Лучистый поток	Φ e [номер 2]	ватт	Вт = Дж / с	M ⋅ L 2 ⋅ T −3	Излучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения в единицу времени.Иногда это также называют «сияющей силой».
  Спектральный поток	Φ e, ν [номер 3]	ватт на герц	Вт / Гц	M ⋅ L 2 ⋅ T −2	Поток излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм -1 .
  	Φ e, λ [nb 4]	ватт на метр	Вт / м	M ⋅ L ⋅ T −3
  Интенсивность излучения	I e, Ом [nb 5]	ватт на стерадиан	Вт / ср	M ⋅ L 2 ⋅ T −3	Излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поток излучения на единицу телесного угла.Это направленная величина .
  Спектральная интенсивность	I e, Ω, ν [nb 3]	ватт на стерадиан на герц	Вт⋅ср −1 ⋅Гц −1	M ⋅ L 2 ⋅ T −2	Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в W⋅sr −1 21nm −1 .Это направленная величина .
  	I e, Ом, λ [nb 4]	ватт на стерадиан на метр	Вт⋅ср −1 мкм −1	M ⋅ L ⋅ T −3
  Сияние	L e, Ом [количество 5]	Вт на стерадиан на квадратный метр	Вт⋅ср −1 мкм −2	M ⋅ T −3	Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью , на единицу телесного угла на единицу площади проекции.Это направленная величина . Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
  Спектральное сияние	L e, Ω, ν [nb 3]	ватт на стерадиан на квадратный метр на герц	Вт⋅ср −1 мкм −2 ⋅Гц −1	M ⋅ T −2	Сияние поверхности на единицу частоты или длины волны.Последний обычно измеряется в W⋅sr −1 21m −2 nm −1 . Это направленная величина . Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
  	L e, Ом, λ [nb 4]	ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр	Вт⋅ср −1 мкм −3	M ⋅ L −1 ⋅ T −3
  Энергия излучения Плотность потока	E e [номер 2]	ватт на квадратный метр	Вт / м 2	M ⋅ T −3	Радиантный поток получил от поверхности на единицу площади.Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
  Спектральная освещенность Спектральная плотность потока	E e, ν [номер 3]	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м −2 ⋅Гц −1	M ⋅ T −2	Облучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».Внесистемные единицы измерения спектральной плотности потока включают янски (1 Ян = 10 −26 Вт⋅м −2 ⋅Hz −1 ) и единицу солнечного потока (1 sfu = 10 −22 Вт⋅м ). −2 ⋅Hz −1 = 10 4 Ян).
  	E e, λ [nb 4]	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м 3	M ⋅ L −1 ⋅ T −3
  Радиосити	J e [номер 2]	ватт на квадратный метр	Вт / м 2	M ⋅ T −3	Излучаемый поток , покидающий (испускаемый, отраженный и прошедший) поверхность на единицу площади.Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
  Спектральное излучение	J e, ν [nb 3]	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м −2 ⋅Гц −1	M ⋅ T −2	Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м −2 нм −1 . Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
  	J e, λ [nb 4]	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м 3	M ⋅ L −1 ⋅ T −3
  Сияющая выходность	M e [номер 2]	ватт на квадратный метр	Вт / м 2	M ⋅ T −3	Лучистый поток , испускаемый поверхностью на единицу площади.Это излучаемая составляющая излучения. «Излучение» — это старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью».
  Спектральная выходность	M e, ν [nb 3]	ватт на квадратный метр на герц	Вт⋅м −2 ⋅Гц −1	M ⋅ T −2	Энергия излучения поверхности на единицу частоты или длины волны.Последний обычно измеряется в Вт⋅м −2 нм −1 . «Спектральный коэффициент излучения» — старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также неправильно называют «спектральной интенсивностью».
  	M e, λ [nb 4]	ватт на квадратный метр, на метр	Вт / м 3	M ⋅ L −1 ⋅ T −3
  Сияющее воздействие	H e	джоуль на квадратный метр	Дж / м 2	M ⋅ T −2	Энергия излучения, полученная поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности , интегрированная во времени облучения.Иногда это также называют «сияющим флюенсом».
  Спектральная экспозиция	H e, ν [nb 3]	джоуль на квадратный метр на герц	Дж⋅м −2 ⋅Гц −1	M ⋅ T −1	Облучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м −2 нм −1 . Иногда это также называют «спектральным флюенсом».
  	H e, λ [nb 4]	джоуль на квадратный метр, на метр	Дж / м 3	M ⋅ L −1 ⋅ T −2
  Полусферический коэффициент излучения	ε	НЕТ		1	Коэффициент излучения поверхности , деленный на светимость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
  Спектральная полусферическая излучательная способность	ε ν или ε λ	НЕТ		1	Спектральная светимость поверхности , деленная на светимость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
  Направленная излучательная способность	ε Ом	НЕТ		1	Сияние , излучаемое поверхностью , деленное на излучение, испускаемое черным телом при той же температуре, что и эта поверхность.
  Спектрально-направленная излучательная способность	ε Ом, ν или ε Ом, λ	НЕТ		1	Спектральная яркость , излучаемая поверхностью , деленная на яркость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
  Полусферическое поглощение	А	НЕТ		1	Лучистый поток , поглощенный поверхностью , деленный на поток, полученный этой поверхностью.Не следует путать с «поглощением».
  Спектральное полусферическое поглощение	A ν или A λ	НЕТ		1	Спектральный поток , поглощенный поверхностью , деленный на поток, полученный этой поверхностью. Это не следует путать со «спектральным поглощением».
  Направленное поглощение	A Ом	НЕТ		1	Сияние поглощено поверхностью , разделенным на яркость, падающую на эту поверхность.Не следует путать с «поглощением».
  Спектрально-направленное поглощение	A Ом, ν или A Ом, λ	НЕТ		1	Спектральная яркость , поглощенная поверхностью , деленная на спектральную яркость, падающую на эту поверхность. Это не следует путать со «спектральным поглощением».
  Полусферическое отражение	R	НЕТ		1	Радиантный поток , отраженный от поверхности , деленный на поток, полученный этой поверхностью.
  Спектральная полусферическая отражательная способность	R ν или R λ	НЕТ		1	Спектральный поток , отраженный от поверхности , деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
  Направленное отражение	R Ом	НЕТ		1	Сияние , отраженное от поверхности , разделенное на полученное этой поверхностью.
  Спектрально-направленное отражение	R Ом, ν или R Ом, λ	НЕТ		1	Спектральная яркость , отраженная от поверхности , деленная на яркость, полученную этой поверхностью.
  Полусферический коэффициент пропускания	т	НЕТ		1	Лучистый поток , передаваемый поверхностью , деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
  Спектральное полусферическое пропускание	T ν или T λ	НЕТ		1	Спектральный поток , передаваемый поверхностью , деленный на поток, принимаемый этой поверхностью.
  Направленный коэффициент пропускания	T Ом	НЕТ		1	Radiance передает поверхностью , деленной на полученную этой поверхностью.
  Спектрально-направленное пропускание	T Ом, ν или T Ом, λ	НЕТ		1	Спектральная яркость , передаваемая поверхностью , деленная на яркость, полученную этой поверхностью.
  Коэффициент затухания в полусфере	мкм	обратный счетчик	м −1	L -1	Радиантный поток поглотил и рассеял объемом на единицу длины, деленный на полученный этим объемом.
  Спектральный полусферический коэффициент ослабления	мкм ν или мкм λ	обратный счетчик	м −1	L -1	Спектральный поток излучения поглощен и рассеян объемом на единицу длины, деленным на полученный этим объемом.
  Коэффициент направленного затухания	мкм Ом	обратный счетчик	м −1	L -1	Radiance поглотило и , рассеянное объемом на единицу длины, разделенное на полученное этим объемом.
  Спектральный коэффициент направленного ослабления	мкм Ом, ν или мкм Ом, λ	обратный счетчик	м −1	L -1	Спектральное сияние поглощено и рассеянно объемом на единицу длины, деленным на полученное этим объемом.
  См. Также: SI · Радиометрия · Фотометрия

  .

  Альфа, Бета, Гамма | HowStuffWorks

  Когда излучение достаточно высокой энергии попадает в другой атом, оно отрывает электрон. Получающийся в результате положительно заряженный атом называется ионом , что объясняет, почему высокоэнергетическое излучение называется ионизирующим излучением. Высвобождение электрона производит 33 электронвольт (эВ) энергии, которая нагревает окружающие ткани и разрушает определенные химические связи. Излучение чрезвычайно высокой энергии может даже разрушить ядра атомов, высвободив еще больше энергии и нанеся больший ущерб.Лучевая болезнь — это совокупный эффект всех этих повреждений на человеческое тело, подвергшееся бомбардировке радиацией.

  Ионизирующее излучение бывает трех видов: альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Альфа-частицы наименее опасны с точки зрения внешнего воздействия. Каждая частица содержит пару нейтронов и пару протонов. Они не проникают очень глубоко в кожу, если вообще проникают — на самом деле, одежда может задерживать альфа-частицы. К сожалению, альфа-частицы можно вдыхать или проглатывать, обычно в виде газообразного радона.Попав в организм, альфа-частицы могут быть очень опасными. Однако даже в этом случае они обычно не вызывают лучевую болезнь — вместо этого они приводят к раку легких [источник: EPA].

  Бета-частицы — это электроны, которые движутся очень быстро, то есть с большой энергией. Бета-частицы перемещаются на несколько футов при испускании из радиоактивного источника, но они блокируются большинством твердых объектов. Бета-частица примерно в 8000 раз меньше, чем альфа-частица, и это делает их более опасными.Их небольшой размер позволяет им проникать через одежду и кожу. Внешнее облучение может вызвать ожоги и повреждение тканей, а также другие симптомы лучевой болезни. Если радиоактивный материал попадает в продукты питания или воду или рассеивается в воздухе, люди могут неосознанно вдохнуть или проглотить излучатели бета-частиц. Внутреннее воздействие бета-частиц вызывает гораздо более серьезные симптомы, чем внешнее воздействие.

  Гамма-лучи — наиболее опасная форма ионизирующего излучения.Эти фотоны чрезвычайно высокой энергии могут путешествовать через большинство форм материи, потому что они не имеют массы. Чтобы эффективно блокировать гамма-лучи, требуется несколько дюймов свинца или несколько футов бетона. Если вы подвергаетесь воздействию гамма-лучей, они проходят через все ваше тело, затрагивая все ваши ткани от кожи до костного мозга. Это вызывает обширный системный ущерб.

  Сколько радиации нужно, чтобы вызвать лучевую болезнь, и какое влияние это повреждение оказывает на человеческий организм? Это дальше.Для получения более подробной информации о различных типах излучения и их источниках ознакомьтесь с разделом «Как работает радиация».

  ,