Виды излучение

ИЗЛУЧЕНИЕ

Электромагнитное, в классич. электродинамике образование эл.-магн. волн ускоренно движущимися заряж. ч-цами (или перем. токами); в квант. теории рождение фотонов при изменении состояния квант. системы; термин «И.» употребляется также для обозначения самого свободного (т. е. излучённого) эл.-магн. поля. Основы классич. теории И. (электродинамики) заложены в 1-й пол. 19 в. англ. физиками М. Фарадеем и Дж. Максвеллом; последний развил идеи Фарадея и придал им строгую матем. форму. Классич. теория И. объяснила мн. характерные черты процессов И. (она осталась, напр., теор. базой электротехники и радиотехники), но не смогла дать удовлетворит. описания законов теплового излучения, спектров атомов и молекул. Эти и ряд др. проблем удалось решить лишь в рамках квант. теории И. Первая работа, положившая начало квант. теории И., принадлежит нем. физику М. Планку (1900), к-рый вывел ф-лу для распределения энергии в спектре равновесного теплового излучения, впервые приняв, что ат. системы испускают эл.-магн. волны не непрерывно, а порциями, квантами. Основы квант. теории излучения заложили А. Эйнштейн, дат. физик Н. Бор, франц. физик Л. де Бройль и др. Полное теор. обоснование она получила после создания квантовой электродинамики.

Классическая теория излучения (теория Максвелла). Физ. причины существования свободного эл.-магн. поля (т. е. самоподдерживающегося, независимого от возбудивших его источников) тесно связаны с тем, что изменяющееся во времени электрич. поле Е порождает магн. поле Н, а изменяющееся Н — вихревое электрич. поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. Благодаря конечности скорости распространения эл.-магн. поля, оно может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (напр., радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

В процессе И. эл.-магн. поле уносит от источника И. энергию. Плотность потока энергии этого поля определяется Пойнтинга вектором П, к-рый пропорционален векторному произведению (ЕН).

Интенсивность И. ?и — энергия, уносимая полем от источника в ед. времени. Порядок её величины определяется ср. плотностью потока через к.-л. замкнутую поверхность (обычно выбирают сферическую радиуса R, её площадь =R ), и при R ®?

Для того чтобы эта величина не обращалась в нуль, т. е. для возможности существования свободного эл.-магн. поля, необходимо, чтобы Е и Н убывали не быстрее, чем 1/R. Это требование удовлетворяется для вихревой части поля, порождаемого ускоренно движущимися зарядами.

И. движущегося заряда. Простейший источник поля — точечный заряд. У покоящегося или равномерно движущегося (в пустоте) заряда И. отсутствует. Излучает эл.-магн. волны лишь ускоренно движущийся заряд. Прямые вычисления на основе ур-ний Максвелла показывают, что интенсивность И. такого заряда равна:

где е — величина заряда, а — его ускорение. В зависимости от природы ускорения заряж. ч-ц И. иногда имеет определ. название. Так, И., возникающее при торможении ч-ц в в-ве в результате воздействия на них кулоновских полей ядер и эл-нов атомов, наз. тормозным излучением. И. заряж. ч-цы, движущейся в магн. поле, может быть синхротронным излучением, ондуляторным излучением и т. д.

В частном случае, когда заряд совершает гармонич. колебания, ускорение а по величине равно произведению отклонения х заряда от положения равновесия (z=x0sinwt, где х0 — амплитуда отклонения) на квадрат частоты со. Усреднённая по времени t интенсивность И.

т. е. при увеличении частоты растет пропорц. w4.

Электрическое дипольное И. Простейшей системой, к-рая может быть источником И., явл. электрич. диполь с перем. моментом: два связанных колеблющихся разноимённых заряда равной величины. Если заряды диполя совершают гармонич. колебания навстречу друг другу, то дипольный электрич. момент d изменяется по закону: d=d0sinwt (d0 — амплитуда момента). Усреднённая по времени t интенсивность И. такого диполя ?эл дип равна:

И. колеблющегося диполя неизотропно, т. е. энергия, испускаемая им в разл. направлениях, неодинакова. Вдоль оси колебаний И. отсутствует, в перпендикулярном к оси направлении — максимально; для промежуточных направлений оно пропорц. sinq2, где q — угол, отсчитываемый от оси колебаний.

Реальные излучатели, как правило, включают множество зарядов. Точный учёт всех деталей движения каждого из них при исследовании И. излишен, т. к. детали распределения зарядов (и токов) в излучателе вдали от него сказываются слабо. Это позволяет заменять истинное распределение зарядов приближённым. В низшем приближении положит. и отрицат. заряды излучающей системы мысленно «стягиваются» к центрам своего распределения. Для электронейтральной системы это означает замену её электрич. диполем, излучающим согласно (4). Такое приближение наз. дипольным, а соответствующее И.— электрическим дипольным И.

Электрическое квадрупольное и высшие мультипольные И. Если у системы зарядов дипольное И. отсутствует, напр. из-за равенства нулю дипольного момента, то необходимо учитывать след. приближение, в к-ром система зарядов рассматривается как квадруполь. Ещё более детальное описание излучающей системы зарядов даёт рассмотрение последующих приближений, в к-рых распределение зарядов описывается мулътиполями высших порядков (диполь наз. мультиполем 1-го порядка, квадруполь — 2-го и т. д. порядков).

В каждом последующем приближении интенсивность И. примерно в (v/с)2 меньше, чем в предыдущем (если, конечно, последнее не отсутствует по к.-л. причинам). Если излучатель нерелятивистский, т. е. все его заряды имеют скорости, много меньшие световой (v/с<-1), то гл. роль играет низшее неисчезающее приближение. Так, если имеется дипольное И., оно явл. основным, а все остальные высшие мультипольные поправки крайне малы и их можно не учитывать. В случае релятив. излучателей вклад мультиполей высших порядков перестаёт быть малым.

Магнитное дипольное И. Кроме электрич. диполей и высших мультиполей, источниками И. могут быть также магн. диполи и мультиполи (как правило, основным явл. дипольное магн. И.). Дипольный магн. момент М магн. диполя, напр. контура с током, определяется силой тока I в контуре и его геометрией. Для плоского контура абс. величина момента M=(e/c)IS, где S — площадь, охватываемая контуром. Ф-лы для интенсивности магн. дипольного И. аналогичны соответствующим ф-лам для И. электрич. диполя (дипольный момент d в них заменён На магн. дипольный момент М). Т. к. отношение М к d имеет порядок v/c, где v — скорость движения зарядов, образующих ток, интенсивность магн. дипольного И. в (v/c)2 раз меньше, чем электрического дипольного, т. е. того же порядка величины, что и электрич. квадрупольное И.

Ультрарелятив. заряж. ч-ца может излучать эл.-магн. волны, даже если она движется прямолинейно и равномерно (но только в в-ве, а не в пустоте!). Это т. н. Черенкова — Вавилова излучение возникает в том случае, если скорость заряж. ч-цы в среде превосходит фазовую скорость света в этой среде u=с/n, где n — показатель преломления среды. И. появляется вследствие того, что ч-ца «обгоняет» порождаемое ею поле. Излучает также равномерно движущаяся заряж. ч-ца при пересечении границы раздела двух сред с разными показателями преломления (см. ПЕРЕХОДНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ).

Квантовая теория излучения. Выше отмечалось, что классич. теория даёт лишь приближённое описание процессов И. Однако существуют и такие физ. системы, И. к-рых невозможно описать в согласии с опытом на основе классич. электродинамики даже приближённо. Важная особенность таких квант. систем, как атом или молекула, заключается в том, что их внутр. энергия меняется не непрерывно, а может принимать лишь определ. значения, образующие дискр. набор. Переход системы из одного энергетич. состояния в другое (см. КВАНТОВЫЙ ПЕРЕХОД) происходит скачкообразно; в силу закона сохранения энергии, система при таком переходе должна терять или приобретать определ. «порцию» энергии. Чаще всего этот процесс реализуется в виде испускания (или поглощения) системой кванта И.— фотона. Энергия кванта eg=hw. Фотон, обладая волн. св-вами, проявляется как единое целое, испускается и поглощается целиком, в одном акте, имеет определённые энергию, импульс и спин (проекцию момента кол-ва движения на направление импульса), т. е. обладает рядом корпускулярных св-в. Такая двойственность фотона представляет собой частное проявление корпускулярно-волнового дуализма.

Последоват. развитием квант. теории И. явл. квантовая электродинамика. Однако мн. результаты, относящиеся к процессам И. квант. систем, можно получить из более простой, полуклассической теории И. Ф-лы последней, согласно соответствия принципу, при определённом предельном переходе должны давать результаты классич. теории. Т. о. устанавливается глубокая аналогия между величинами, характеризующими процессы И. в квант. и классич. теориях.

И. атома. Атом — система из ядра и движущихся в его кулоновском поле эл-нов — должен находиться в одном из дпскр. состояний (на определ. уровне энергии). При этом все его состояния, кроме основного (т. е. имеющего наименьшую энергию), неустойчивы. Атом, находящийся в неустойчивом (возбуждённом) состоянии, через нек-рое время самопроизвольно (спонтанно) переходит в состояние с меньшей энергией, испуская фотон; такое И. наз. спонтанным. Энергия, уносимая фотоном, eg=hw, равна разности энергий нач. i и кон. j состояний атома (ei>ej, eg=ei-ej); отсюда вытекает ф-ла Бора для частот И.:

Ф-ла (5) определяет дискр. набор частот (и, следовательно, длин волн) И. атома. Она объясняет линейчатый хар-р атомных спектров — каждая линия спектра соответствует одному из квант. переходов атомов данного в-ва.

Источниками эл.-магн. И. могут быть не только атомы, но и более сложные квант. системы. Общие методы описания И. таких систем те же, что при рассмотрении атомов, но конкретные особенности И. весьма разнообразны. И. молекул, напр., имеет более сложные спектры, чем И. атомов; для И. ат. ядер энергия отд. квантов (g-квантов) обычно велика.

Интенсивность И. В квант. теории, как и в классической, можно рассматривать электрич. дипольное и высшие мультипольные И. Если излучатель нерелятивистский, основным явл. электрич. дипольное И., интенсивность к-рого определяется ф-лой, близкой к классической:

Величины dij, являющиеся квант. аналогом электрич. дипольного момента, оказываются отличными от нуля лишь при определ. соотношениях между квантовыми числами нач. и кон. состояний (отбора правила для дипольного И.). Квант. переходы, удовлетворяющие таким правилам отбора, наз. разрешёнными (фактически имеется в виду разрешённое электрическое дипольное И.). Переходы же высших мультипольностей наз. запрещёнными. Этот запрет относителен: запрещённые переходы имеют относительно малую вероятность, т. е. отвечающая им интенсивность И. невелика. Те состояния, переходы из к-рых запрещены, явл. сравнительно устойчивыми, долгоживущими и наз. метастабильными состояниями.

Квант. теория И. позволяет объяснить не только различие в интенсивностях разных линий, но и распределение интенсивности в пределах каждой линии, в частности ширину спектральных линий.

Эл.-магн. И. часто возникает и при взаимных превращениях элем. ч-ц (аннигиляция эл-нов и позитронов, распад p°-мезона и т. д.).

Вынужденное И. Если частота И., падающего на уже возбуждённый атом, совпадает с одной из частот возможных для этого атома, согласно (5), квант. переходов, то атом испускает квант И., такой же, как и налетевший на него (резонансный) фотон внеш. И. Это И. наз. вынужденным. По своим св-вам оно резко отличается от спонтанного — не только частота, но и направление распространения, и поляризация испущенного фотона оказываются такими же, как и у резонансного. Вероятность вынужденного И. (в отличие от спонтанного) пропорц. интенсивности внеш. И., т. е. кол-ву резонансных фотонов. Существование вынужденного И. было постулировано Эйнштейном в 1916 при теор. анализе процессов теплового И. тел с позиций квант. теории и затем было подтверждено экспериментально. В обычных условиях интенсивность вынужденного И. мала по сравнению с интенсивностью спонтанного. Однако она сильно возрастает в т. н. активной среде, в к-рой искусственно создана инверсия населённостей, т. е. в одном из возбуждённых состояний находится больше атомов, чем в одном из состояний с меньшей энергией. При попадании в такую среду резонансного фотона испускаются фотоны, в свою очередь играющие роль резонансных. Число излучаемых фотонов лавинообразно возрастает; результирующее И. состоит из фотонов, идентичных по своим св-вам, т. е. образуется когерентный поток И. (см. КОГЕРЕНТНОСТЬ). На этом явлении основано действие квантовых генераторов и квантовых усилителей И.

Значение теории излучения. Практич. и научно-прикладное значение теории И. огромно. На ней основываются разработка и применение лазеров и мазеров, создание новых источников света, ряд важных достижений в области радиотехники и спектроскопии. Понимание и изучение законов И. важно и в др. отношении: по хар-ру И. (энергетич. спектру, угл. распределению, поляризации) можно судить о св-вах излучателя. Эл.-магн. И.— пока фактически единственный и весьма многосторонний источник информации о косм. объектах. Напр., анализ И., приходящего из космоса, позволил открыть такие необычные небесные тела, как пульсары. Изучение спектров далёких внегалактич. объектов подтвердило теорию расширяющейся Вселенной. С другой стороны, исследование И. позволило решить мн. вопросы строения в-ва. Именно теории И. принадлежит особая роль в формировании всей совр. физ. картины мира: преодоление трудностей, возникших в электродинамике движущихся сред, привело к созданию относительности теории; исследования Планком теплового излучения положили начало всей квант. теории.

Источник: Физический энциклопедический словарь на Gufo.me

Значения в других словарях

  1. Излучение — I Излучение (син. радиация) испускание электромагнитных волн или элементарных частиц. α-излучение — см. Альфа-излучение. β-излучение — см. Бета-излучение. γ-излучение — см. Гамма-излучение. Излучение видимое (син. свет) — оптическое… Медицинская энциклопедия
  2. излучение — -я, ср. Действие по знач. глаг. излучить—излучать и излучиться—излучаться. Солнечное излучение. Излучение тепла. Излучение радиоволн. □ Для жизни животных и растений тундры имеет важное значение большая интенсивность излучения ультрафиолетовых лучей. Малый академический словарь
  3. излучение — излучение ср. 1. Процесс действия по гл. излучать 1., излучить 2. Результат такого действия; поток энергии, выделенной в окружающую среду. Толковый словарь Ефремовой
  4. излучение — Из/луч/е́ни/е . Морфемно-орфографический словарь
  5. излучение — сущ., кол-во синонимов… Словарь синонимов русского языка
  6. Излучение — Электромагнитное, процесс образования свободного электромагнитного поля. (Термин «И.» применяют также для обозначения самого свободного, т. е. излученного, электромагнитного поля — см. Максвелла уравнения, Электромагнитные волны. Большая советская энциклопедия
  7. излучение — • мощное ~ Словарь русской идиоматики
  8. излучение — ИЗЛУЧАТЬ — ПОГЛОЩАТЬ сов. излучить — поглотить Излучаться — поглощаться излучение — поглощение (см.) Излучать свет — поглощать свет. Излучать радиоволны — поглощать радиоволны. ○ Внешне Филонов был высок, худ, лыс. Словарь антонимов русского языка
  9. излучение — ИЗЛУЧ’ЕНИЕ, излучения, ср. (·книж. ). Действие по гл. излучить-излучать и излучиться-излучаться. Излучение солнцем теплоты. Тепловое излучение. Нетепловое излучение. Радиоактивное излучение. Толковый словарь Ушакова
  10. излучение — орф. излучение, -я Орфографический словарь Лопатина
  11. излучение — Излучение, излучения, излучения, излучений, излучению, излучениям, излучение, излучения, излучением, излучениями, излучении, излучениях Грамматический словарь Зализняка
  12. ИЗЛУЧЕНИЕ — ИЗЛУЧЕНИЕ, перенос энергии ЭЛЕМЕНТАРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ ИЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ. Любое ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ проходит через ВАКУУМ, что отличает его от таких явлений как ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ и передача звука. Научно-технический словарь
  13. излучение — ИЗЛУЧЕНИЕ -я; ср. к Излучить — излучать и Излучиться — излучаться. Солнечное и. И. тепла. И. радиоволн. Радиоактивное и. Толковый словарь Кузнецова
  14. излучение — сущ., с., употр. сравн. часто (нет) чего? излучения, чему? излучению, (вижу) что? излучение, чем? излучением, о чём? об излучении; мн. что? излучения, (нет) чего? излучений, чему? излучениям, (вижу) что? излучения, чем? излучениями, о чём?… Толковый словарь Дмитриева

Видимый свет — это электромагнитные волны с длиной волны от 400 нм до 750 нм.

Электромагнитные волны излучаются электронами вещества при их ускоренном движении. Для того, чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать энергию. В этом случае электрон «возбуждается», то есть переходит на более высокую орбиту (нестационарное или возбужденное состояние). В этом состоянии электрон не может находиться долго, он самопроизвольно переходит в состояние с более низкой энергией, излучая фотон.

Для того, чтобы атом продолжал излучать, необходим приток энергии извне. В зависимости от энергии возбуждения излучение делят на несколько видов.

Тепловое излучение

Потери атомами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомом (или молекул) излучающего тела. Тепловое излучение это излучение нагретых тел. Чем выше температура тема, тем быстрее движутся в нем атомы. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии идет на возбуждение атомов, которые затем излучают свет и переходят в невозбуждепное состояние.

При различной температуре максимум мощности излучения приходится на различные диапазоны длин волн. При температуре поверхности Солнца максимум находится в видимой части спектра.

Тепловыми источниками излучения являются, например, Солнце и обычная лампа накаливания. Лампа — это малоэкономичный источник света. Лишь около 12% всей энергии, выделяемой в нити лампы электрическим током, преобразуется в энергию света. Наконец, тепловым источником света является также пламя. Крупинки сажи (не успевшие сгореть частицы топлива) раскаляются за счет энергии, выделяющейся при сгорании топлива, и испускают свет.

Электролюминесценция

При разряде в газах электрическое поле сообщает электронам большую кинетическую энергию. Быстрые электроны испытывают неупругие соударения с атомами. Часть кинетической энергии электронов идет на возбуждение атомов. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. В результате этого разряд в газе сопровождается свечением.

Северное сияние — это проявление электролюминесценции. Потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем, захватываются магнитным полем Земли. Они возбуждают у магнитных полюсов Земли атомы верхних слоев атмосферы, из-за чего эти слои светятся. Явление электролюминесценции используется в трубках для рекламных надписей, в устройстве полупроводниковых светодиодов.

Катодолюминесценция

Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами, называют катодолюминесценцией. Благодаря катодолюминесценции светятся экраны электронно-лучевых трубок телевизора.

Хемилюминесценция

При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света. Источник света остается холодным (он имеет температуру окружающей среды). Это явление называется хемилюминесценцией.

Летом в лесу можно ночью увидеть насекомое — светлячка. На теле у него «горит» маленький зеленый «фонарик». Светящееся пятнышко на его спинке имеет почти ту же температуру, что и окружающий воздух. Свойством светиться обладают и другие живые организмы: бактерии, насекомые, многие рыбы, обитающие на большой глубине. Нередко светятся в темноте кусочки гниющего дерева.

Фотолюминесценция

Падающий на вещество свет частично отражается и частично поглощается. Энергия поглощаемого света в большинстве случаев вызывает лишь нагревание тел. Однако некоторые тела сами начинают светиться непосредственно под действием падающего на них излучения. Это и есть фотолюминесценция. Свет возбуждает атомы вещества (увеличивает их внутреннюю энергию), и после этого они высвечиваются сами.

Например, светящиеся краски, которыми покрывают елочные игрушки, излучают свет после их облучения. Явление фотолюминнесценции широко используется в лампах дневного света. Советский физик С. И. Вавилов предложил покрывать внутреннюю поверхность разрядной трубки веществами, способными ярко светиться под действием коротковолнового излучения газового разряда.

Вавилов Сергей Иванович (1891 —1951) — советский физик, государственный и общественный деятель, президент АН СССР в 1945—1951 гг. Основные научные труды посвящены физической оптике, и в первую очередь фотолюминесценции. Под его руководством была разработана технология изготовления ламп дневного света и развит метод люминесцентного анализа химического состава веществ. Под его руководством П. А. Черенков открыл в 1934 г. излучение света электронами, движущимися в среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде.

Черенковское излучение (или излучение Вавилова-Черенкова) возникает при движении заряженной частицы в прозрачной среде со скоростью v большей скорости света в этой среде, т.е. при v > c/n, где с – скорость света в вакууме, а n – показатель преломления среды. Черенковское излучение является совместным излучением множества атомов среды, расположенных вдоль траектории движения частицы и поляризованных её электрическим полем. Таким образом, непосредственно излучает не частица, а среда, в которой движется частица. Это излучение можно наблюдать визуально и регистрировать с помощью фотоплёнки или фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего энергию излучения в электрический сигнал.

Виды радиоактивных излучений

Навигация по статье:

  • Альфа излучение
  • Нейтронное излучение
  • Бета излучение
  • Гамма излучение
  • Рентгеновское излучение
  • Сравнительная таблица видов радиации
  • Видео о радиации и ее видах

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.

Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение представляет собой поток частиц, способных вызывать ионизацию вещества. При ионизации происходит отрыв электрона или нескольких электронов от атома, или молекулы, которые при этом превращаются в положительно заряженные ионы. Оторванные от атомов или молекул электроны могут присоединяться другими атомами, или молекулами, образуя отрицательно заряженные ионы.

Разряд заряженного электрометра, находящегося в воздухе, происходящий независимо от качества электрической изоляции прибора, заметил еще Шарль Кулон в 1785 г., но только в XX веке удалось объяснить обнаруженные им закономерности действием космических лучей, представляющих собой одну из составляющих естественного ионизирующего излучения.

Результат действия ионизирующего излучения называют облучением. Несмотря на многообразие явлений, которые возникают в веществе под действием ионизирующего излучения, оказалось, что облучение может быть охарактеризовано единой величиной, называемой дозой облучения.

Действие ионизирующего излучения в широком диапазоне доз скрыто от непосредственных ощущений человека и поэтому оно кажется ему одним из наиболее опасных факторов воздействия.

В быту и в некоторых отраслях науки, техники и медицины ионизирующее излучение принято называть просто радиацией. Строго говоря, это не совсем верно, т.к. сам по себе термин «радиация» охватывает все виды излучения, включая самые длинные радиоволны и потоки частиц любой сколь угодно малой энергии, а также волны деформации в веществе, например, звуковые волны. Тем не менее, употребление слова «радиация» применительно к ионизирующему излучению настолько вошло в привычку, что в науке прижились термины, сформированные на его основе, такие, как, например, радиология (наука о медицинских применениях ионизирующего излучения), радиационная защита (наука о методах снижения доз облучения до приемлемых уровней), естественный радиационный фон, и т.п.

Виды ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение (ИИ) — поток микрочастиц или электромагнитные поля, способные ионизировать вещество. В жизни, под ионизирующим излучением понимают проникающую радиацию — поток гамма-лучей и частиц (альфа, бета, нейтронов и др.).

Это, по сути, поток элементарных частиц, ионов и электромагнитных волн, не видимых и не ощущаемых человеком. Однако, их действие может быть коварно. При определенном уровне облучения нарушаются биохимические и физические процессы в живых организмах. Это воздействие может привести к лучевой болезни и даже к смерти. Различные виды ионизирующего излучения различают по их ионизирующей и проникающей способности.

Чаще всего ионизирующие излучения делят на:

  • корпускулярное ионизирующее излучение и
  • электромагнитное (фотонное) ионизирующее излучение.

Корпускулярное ИИ состоит из частиц вещества – элементарных частиц и ионов, в т.ч. ядер атомов. Корпускулярное ИИ делят на:

  • заряженные частицы, в том числе,
  • легкие заряженные частицы (электроны и позитроны);
  • тяжелые заряженные частицы (мюоны, пионы и другие мезоны, протоны, заряженные гипероны, дейтроны, альфа-частицы, и другие ионы);
  • электрически нейтральные частицы (нейтрино, нейтральные пионы и другие мезоны, нейтроны, нейтральные гипероны).

Альфа-излучение (поток ядер гелия, возникающий в результате альфа распада ядер элементов) обладает высокой ионизирующей, но слабой проникающей способностью: пробег альфа-частиц в сухом воздухе при нормальных условиях не превышает 20 см, а в биологической ткани – 260 мкм. То есть слой воздуха 9-10 см, верхняя одежда, резиновые перчатки, марлевые повязки, даже бумага полностью защищают организм от внешних потоков альфа-частиц.

*Попадание источников альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и пищей уже очень опасно.

Бета-излучение (поток электронов или позитронов, возникающий в результате бета-распада ядер) имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Поскольку максимальные энергии бета-частиц не превышают 3 МэВ, то от них гарантированно защитит оргстекло толщиной 1,2 см, либо слой алюминия в 5,2 мм. А вот на ускорителе с максимальной энергией электронов 7 МэВ от электронов защитит слой алюминия в 1,5 см, либо слой бетона шириной в 2 см.

Гамма-излучение — сопутствующее ядерным превращениям электромагнитное излучение. Сегодня к гамма-излучению относят также жесткое рентгеновское излучение. Обладает очень высокой проникающей способностью. Оградить себя от гамма-излучения практически невозможно, однако можно ослабить его до приемлемого уровня. Защитные средства, обладающие экранирующим действием от такого рода радиации, выполняются из свинца, чугуна, стали, вольфрама и других металлов с высоким порядковым номером.

*Интенсивность гамма лучей (Cs-137) уменьшают в два раза сталь толщиной 2,8 см., бетон – 10 см., грунт – 14 см., дерево – 30 см.

Нейтронное излучение – поток нейтронов – тяжелых частиц, входящих в состав ядра. Для защиты от этого излучения можно использовать убежища, противорадиационные укрытия, дооборудованные подвалы и погреба. Потоки нейтронов, как и потоки гамма-излучения невозможно полностью экранировать. Быстрые нейтроны сначала надо замедлить в воде, полиэтилене, парафине, можно в бетоне, а затем их необходимо поглотить, например, в кадмиевой фольге, за которой должен стоять достаточный слой свинца, чтобы экранировать возникающее при захвате нейтронов ядрами кадмия высокоэнергетическое гамма-излучение. Поэтому защита от нейтронов, как правило, делается комбинированной.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *