Виды ионизирующих излучений

Изучение радиоизотопов показало, что активность образца веще­ства является необходимой, но не достаточной характеристикой для оценки его взаимодействия с окружающей средой, поскольку характери­зует процесс только в самом образце. В то же время, как указывалось выше, радиоактивность сопровождается различными излучениями, воз­действие которых на среду приводит к ионизации атомов и молекул, за что они были названы ионизирующими излучениями. Таким образом, другими характеристиками радиоизотопов являются характеристики ио­низирующих излучений, присущих этим веществам.

Поместив препарат радия между полюсами магнита, можно обнару­жить, что поток частиц, уносящих энергию возбужденного радионукли­да, неоднороден и разделяется на 3 разновидности: а- и β - частицы и γ — излучение.

а - частицы являются ядрами гелия, лишенными электронных обо­лочек. а - частицы (Не⁺⁺) обладают массой, определяемой массовым числом А, равным 4 (т.к. состоят из двух протонов и двух нейтронов), и электрическим зарядом +2е. Начальная скорость а - частиц составляет 10 - 20 тыс.км/с, энергия в момент вылета 4 - 9 МэВ.

а - частица обладает очень высокой ионизирующей способностью. В приземном воздухе она может создать до 300 ООО пар ионов на 1 см пути. Растратив свою энергию, она превращается в атом гелия, преодо­лев при этом расстояние в несколько сантиметров (до 10 см), а в более плотных средах еще меньше (в воде 0, 1 мм). Лист бумаги полностью задерживает а - частицы любых энергий, поэтому считается, что а - час­тицы обладают очень низкой проникающей способностью и не играют какой-либо роли во внешнем облучении, однако, изотопы, испускающие а - частицы, очень опасны при попадании внутрь организма.

β - частицы - это электроны (иногда и позитроны) со скоростями близкими к световой и энергиями от нескольких кэВ до 3 МэВ. Иони­зирующая способность β - частиц умеренная, на 2-3 порядка меньше, чем у а - частиц, а проникающая способность несколько выше и в воздухе может достигать нескольких метров. Обычная летняя одежда ослабляет поток β - частиц в два раза, однако они вносят определенный вклад во внешнее облучение и представляют опасность при попадании β - излу­чающих изотопов на открытые участки тела и внутрь организма.

Электрически нейтральное γ - излучение представляет собой поток энергетических квантов электромагнитной энергии (фотонов) с длинами волн λ =10 ⁵ -: - 10 ⁷ мкм (λ =10^-1 -: - 10 ^-3А°) и энергиями от нескольких де­сятков кэВ до нескольких МэВ и нулевой массой покоя (Не путать λ -длину волны и λ -постоянную распада.). Если учесть, что связь между длиной волны λ (мкм) и энергией электромагнитного излу­чения Е (эВ) можно выразить, как Е = 1, 2 λ ^-1, то области различных из­лучений и их воздействия на вещество среды можно проиллюстрировать рисунком (рис.8).

γ - излучение обладает довольно низкой ионизирующей способно­стью (примерно на два порядка ниже, чем у Р-частиц) и очень высокой проникающей способностью. В приземном воздухе у - излучение распро­страняется на сотни метров, незначительно ослабляется различными ма­териалами и играет основную роль во внешнем облучении.

Кроме самопроизвольного распада радиоизотопов в природе имеет место деление тяжелых ядер некоторых трансурановых элементов в ре­зультате взаимодействия последних с нейтронами. Это взаимодействие называется ядерной реакцией. Масштаб выделения энергии в этом про­цессе в сотни раз больше, чем при радиоактивном распаде. Помимо а-, β - и γ - излучений (при этом, более высоких энергий, чем при само­произвольном распаде) при ядерных реакциях возникают потоки ней­тронов. Нейтроны - это элементарные частицы, не имеющие электриче­ского заряда, с массовым числом A = 1, с энергиями от десятков кэВ до 20 МэВ. Нейтроны являются нейтральными нестабильными частицами, которые не взаимодействуют с электронными оболочками атомов, одна­ко они активно взаимодействуют с ядрами, отдавая им свою энергию и возбуждая атомы, что приводит к их ионизации. Опосредованная иони­зирующая способность нейтронов высока. Одновременно нейтроны обла­дают большой проникающей способностью, что представляет большую опасность при внешнем облучении. Однако, в составе излучений при радиоактивном распаде нейтроны отсутствуют.