Излучение атома: Атомная физика

Содержание

Атомная физика

Ранее мы обсудили, что атомы и ансамбли атомов могут находиться в различных состояниях, характеризуемых набором квантовых чисел. Переход из одного энергетического состояния  в другое  сопровождается поглощением или испусканием кванта электромагнитного излучения — фотона, обладающего энергией

где  — частота излучения. Если , то мы имеем дело со спонтанным (самопроизвольным) переходом атома с более высокого на более низкий уровень, в результате чего испускается фотон с энергией

.

Схематически этот процесс спонтанного излучения можно изобразить в виде «реакции»

где звездочка указывает на возбужденное состояние атома А.

Если же , то мы имеем дело с вынужденным переходом, сопровождающимся поглощением фотона, энергия

которого идет на увеличение энергии атома (перевод его на более высокий, возбужденный уровень):

.

В 1918 г. А. Эйнштейн обратил внимание на то, что существуют и «испускательные» переходы другого типа, которые происходят под действием внешнего электромагнитного излучения и вероятность которых возрастает с увеличением интенсивности излучения. В таком процессе фотон падает на возбужденный атом и заставляет его перейти в низшее состояние с излучением другого фотона. В конечном итоге в системе оказывается два фотона — начальный и излученный:

.

Возникающее в результате таких переходов излучение называется вынужденным или индуцированным излучением. Спонтанное излучение хаотично по направлениям и фазам испускаемых фотонов, так как излучающие атомы независимы. Индуцированное же излучение должно быть по своим характеристикам совершенно тождественно с тем внешним излучением, которое, проходя через вещество, его породило. А именно: индуцированное излучение имеет ту же частоту, направление и поляризацию, что и вынуждающее внешнее излучение. Фазы испускаемых фотонов скоррелированы с вынуждающими колебаниями, то есть индуцированное излучение когерентно.

Вероятности всех трех типов процессов (поглощения, спонтанного и вынужденного излучений) рассчитываются в квантовой электродинамике. Во времена Эйнштейна эта теория еще не была создана, и он применил для анализа проблемы наглядные термодинамические соображения. Далее мы для простоты рассмотрим набор из N атомов, имеющих всего два уровня энергии  и    — так называемую двухуровневую среду. Пусть в момент времени t какие-то  из общего числа атомов находятся в более высоком энергетическом состоянии 2, и пусть вероятность спонтанного излучения отдельного атома в единицу времени равна . Тогда изменение числа атомов в состоянии 2 за малое время dt составит

Знак минус указывает на убыль числа атомов на уровне 2. Величина  называется коэффициентом Эйнштейна для спонтанного излучения. Теперь интегрированием легко получаем


 

(6.1)

где  — число атомов в состоянии 2 в начальный момент времени. По смыслу формулы величина

есть среднее время жизни атома в возбужденном состоянии (то есть время, за которое число возбужденных атомов уменьшится в e раз). Этот параметр определяет вероятность процесса спонтанного излучения для данного типа атомов.

Представим теперь, что атомы находятся в равновесии с излучением частотой

и спектральной плотностью энергии  (плотностью энергии в единичном интервале частот). Спектральная плотность энергии пропорциональна числу фотонов данной частоты. Чем больше фотонов, тем вероятнее поглощение одного из них атомом. Поэтому для вероятности процесса вынужденного поглощения излучения атомом в единицу времени можно написать выражение


 

(6.2)

где коэффициент Эйнштейна  характеризует свойства данного атома. Для числа переходов в возбужденное состояние за время dt имеем


 

.

(6.3)

Для вероятности индуцированного излучения Эйнштейн предложил использовать аналогичную формулу


 

(6.4)

с каким-то другим, вообще говоря, коэффициентом . Складывая  с вероятностью спонтанного перехода, получаем полную вероятность перехода из состояния 2 в состояние 1 в единицу времени


 

(6. 5)

так что число переходов из возбужденного состояния за время dt равно


 

.

(6.6)

При термодинамическом равновесии вещества и электромагнитного поля должен соблюдаться баланс между процессами испускания и поглощения света, то есть равенство полного числа актов испускания света и актов его поглощения. Такое равновесие устанавливается в замкнутой полости, температура  стенок которой поддерживается постоянной. Если в состоянии равновесия числа переходов 21 и 12 равны


 

(6.7)

то мы получаем


 

.

(6.8)

Распределение атомов по энергиям при термодинамическом равновесии  подчиняется закону Больцмана


 

(6. 9)

откуда


 

.

(6.10)

При повышении температуры спектральная плотность энергии должна неограниченно возрастать. Так будет лишь при условии , то есть получаем, что коэффициенты Эйнштейна для вынужденного поглощения и индуцированного излучения света равны. Отсюда


 

.

(6.11)

Заметим также, что коэффициенты Эйнштейна не зависят от температуры, ибо относятся к отдельным актам поглощения-испускания фотонов атомом, а температура — это характеристика ансамбля атомов. Тогда в пределе высоких температур мы получаем из (6.11) выражение


 

.

(6.12)

Из сопоставления предыдущей формулы с законом Рэлея — Джинса следует, что


 

.

(6.13)

Подставляя (6. 13) в (6.11), мы получаем формулу Планка (27.26) для спектральной плотности излучения черного тела. Соотношения между коэффициентами Эйнштейна, выведенные им из простых термодинамических соображений, были подтверждены впоследствии точными расчетами.

Разделив  на число  типов колебаний в единице объема в единичном интервале частот, получаем среднюю энергию одного типа колебания (фотона) частотой :


 

(6.14)

Разделив, в свою очередь, это выражение на энергию фотона, находим среднее число фотонов данной частоты при равновесии:


 

(6.15)

С этой формулой и ее аналогами мы еще встретимся в нашем курсе.

Излучение атома и плазмы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:


Рыков, Е. А. Излучение атома и плазмы / Е. А. Рыков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 15 (119). — С. 95-97. — URL: https://moluch.ru/archive/119/33086/ (дата обращения: 09.04.2021).



В статье рассматривается излучение атома и на его основе рассматривается излучение плазмы газового разряда. Применение излучения атомов и молекул в области построения спектров излучения и анализ с его помощью.

Ключевые слова: излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, спектры излучения, формула Ридберга

Сегодня, в любой области науки и производства используется спектральный анализ, основанный с помощью излучения атома вещества. Спектральный анализ позволяет существенно повысить точность определения состава вещества без внесения каких-либо вспомогательных тел.

  1. Излучение атома иплазмы.

Возникновение атомного спектра характеризуется поглощением излучения или его испусканием, состоящий в совокупности из единичных спектральных линий свободных атомов газа [2]. Такой спектр характеризуется отдельным параметром — частотой излучения, которая в свою очередь равняется энергии межуровневым переходом атома:

hv = E2 — E1.

Фактически все спектры излучения атома располагаются в видимых и ультрафиолетовых областях, длина волны которых достигает от 200 до 1190 нм.

Возбудить атом для получения излучения можно разными способами, в основном это сообщение энергии через тепловое столкновение или электронным ударом. За время нахождения в возбужденном состоянии атом теряет большую долю своей энергии на испускание кванта электромагнитного излучения.

Также как и в излучении в атоме, в плазме излучение характеризуется интенсивностью процессов испускания или поглощения электромагнитной энергии [1]. Спектральная излучательная способность представляет собой распределение фотонов по длине волны, создаваемых в единице объема плазмы.

Одним из главных видов потерь плазмы как раз и является ее излучение. Данный вид получения энергии довольно широко используют в данное время в промышленности.

Способы (механизмы) плазменного излучения можно разделить на следующие, которые описываются либо собственными свойствами отдельных заряженных частиц, в иных случаях нейтральных, которые образуют плазму, либо свойствами коллективного взаимодействия — колебательно-волновыми [1]. Существует несколько основных видов индивидуального излучения отдельных частиц, такие как:

− излучение линейчатого характера, получаемое при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой, один из самых используемых излучений плазмы для исследования;

− излучение фоторекомбинационного характера возникает, если электрон с определенной энергией может поглотиться на одном из энергетических уровней, происходит некий захват частиц, или рекомбинация;

− тормозное излучение свободного электрона в поле иона;

− циклотронное излучение электрона при его вращении в магнитном поле.

Эти виды плазменного излучения основываются на ускорении частиц во внешних электрических или магнитных полях. Так как все заряженные частицы в плазме двигаются по нелинейным траекториям, они характеризуются некой угловой скоростью поворота, что позволяет в свою очередь иметь представление о характерной частоте плазменного излучения. Зная все эти величины можно определить интенсивность по следующей формуле:

I = (2/3)е2w23,

где w — угловая скорость.

Большой вклад в резкое отличие интенсивности общей картины от интенсивности отдельных характерных частот вносит род поля, которое в свою очередь вызывает ускорение заряженных частиц. Спектр можно назвать дискретным, если электрон находится в состоянии периодического вращения, если нет, то спектр будет непрерывным. В случае фоторекомбинационного излучения в непрерывном спектре присутствуют резкие скачки на определенных длинах волн, которые зависят от состава излучаемого вещества. В этих скачках происходит рекомбинация электрона на один из энергетических уровней иона. В случае излучения линейчатого характера из-за низкой скорости передвижения атомов и ионов дискретность спектра не нарушается. Так как в данном излучении низкие скорости, то доплеровские сдвиги относительно малы, в ином случае, если скорость передвижения гораздо больше, например, в циклотронном излучении, то и сдвиги будут увеличиваться. Такие сдвиги в свою очередь сводят высокие гармоники в один непрерывный спектр.

Как говорилось раньше, линии интенсивности зависят от рода вещества, его атома, который определяется зарядом ядра и количеством окружающих его электронов. Спектры элементов, имеющих равное количество валентных электронов, близки по значениям друг с другом.

Определить длину световой волны можно при помощи следующей формулы, или называемой формулой Ридберга:

,

где 1,097107 м–1постоянная Ридберга, = 3.2911015.

Численные значения 1, 2, 3… — определяют серию, а n — целочисленное значение, начинающееся с (), оно определяет отдельные линии этой серии. Эти серии распределяются на несколько видов, в зависимости от численного значения: серия Лаймана (m = 1; n = 2, 3, 4…), они расположены в ультрафиолетовой области спектра; серия Бальмера (m = 2; n = 3, 4, 5…), диапазон видимой области. Переходы, которые происходят на высших уровнях, называют серии Пашена и Брэккета (m = 3 и m = 4 соответственно), они расположены в области инфракрасного излучения. В целом можно получить следующую картину возможного излучения, в частности для атома водорода, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Спектральные линии атома водорода

Теория Бора полностью описывает возникающий спектр атома водорода, каждая линия которого относится к излучению возникающего вследствие перехода атома из возбужденного в состояние, расположенное ниже данного [2].

Все состояния могут быть представлены одной формулой, именуемой формулой Бальмера:

.

В связи с излучением атомов в науке был введен новый спектр и анализ на его основе.

Полная картина разделения методов спектрального анализа представлена на рис. 2.

Рис. 2. Классификация методов спектрального анализа

Контур спектра представляется в виде суммарного распределения интенсивностей, в зависимости от длины волны. Характеризуется шириной спектральной линии и ее сдвигом. Любые возбужденные атомы не имеют точного значения, они размыты. Определяется приращением длин волн (или частот) в середине максимального значения интенсивности.

Литература:

  1. Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А. Основы электродинамики плазмы, М.: Высшая школа, 1988.
  2. Гарифзянов А. Р. Атомно-абсорбционная спектроскопия. К.: Казанский федеральный университет, 2009.

Основные термины (генерируются автоматически): спектральный анализ, плазменное излучение, длина волны, излучение атома, атом, излучение, излучение атомов, линейчатый характер, непрерывный спектр, серия.

Тепловое инфракрасное излучение. Инфраркрасный обогрев.

Все предметы и тела беспрерывно излучают электромагнитные волны. Спектр излучения охватывает широкий диапазон: от радиоволн длиной в сотни метров до 10-12 м. Волны определенной длины хорошо поглощаются телами и проходят сквозь атмосферу земли с малыми потерями. Такие волны относятся к инфракрасному (ИК) диапазону, который невидим глазом человека (рис. 1).

АТОМ (от греч. «atomos» – неделимый) – самая маленькая частица всего существующего материального мира (приблизительно три десятимиллиардных метра в диаметре). Это блоки, из которых строятся молекулы и твердые объекты, состоящие из облака электронов, окружающих плотное ядро, которое в тысячи раз меньше, чем сам атом. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов и несет позитивный заряд, а электроны негативны. По этой причине они притягиваются.
Атомы могут присоединять или отдавать электроны, становясь отрицательно заряженными ионами.

Диаметр атома – приблизительно 10-8 см. Диаметр ядра – 10-23 см. Из этого следует, что между ядром и электронами существует достаточно большое расстояние.

Рис.1. Общий спектр излучения

Если бы можно было сократить данное расстояние, то была бы возможность сжать Вселенную до размера орешка.

АТОМНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ включает в себя изучение спектра электромагнитного излучения атомов. Изначально атом находится в состоянии покоя. Поглощая определенную порцию энергии, атом переходит в возбужденное состояние, на более высокий уровень энергии. Из возбужденного состояния атом, выделяя фотон, может перейти в состояние с меньшей энергией, на исходный энергетический уровень (рис. 2).

Рис.2 Электромагнитное излучение атома

ФОТОН – (от греч. «phos», родительн. падеж – «photоs» – Свет) – элементарная частица, квант электромагнитного излучения. Это составная единица электромагнитного поля и света. При воздействии на атом какой-либо энергии изменяется орбита электронов и освобождается энергия света – фотон.

Особенности фотона: он вечен, имеет нулевую массу и одинарный спин, а движется со скоростью света.

Вступает в действие в виде частичек, но распространяется в виде волны, не имеет плотности, но, несмотря на это, как и другие частицы, подвержен притяжению.

Рис. 3. Перемещение и передача фотона

ВОЛНА – перемещение и передача фотона из одной точки в другую без использования каких-либо дополнительных средств в электромагнитном излучении. Путь волны показан в виде синусоидальной кривой (рис. 3).

ДЛИНА ВОЛНЫ – расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе колебания.

ЧАСТОТА – это единица измерения количества повторений волны.

Воздействие энергии определенной частоты напрямую определяет длину волны и энергию фотона, что позволяет с меньшими затратами энергии получить более продуктивный фотон и как результат позволяет достичь желаемой цели – быстрого и более дешевого обогрева.

Тепло – это энергия в движении. Причина такого определения лежит в стремлении к движению из системы с более высокой температурой в систему с более низкой.

Тепло и высокая температура обычно подразумевают одинаковое значение, но, несмотря на это, использование терминов не совсем верное.

Тепло – единица измерения возникающего температурного излучения (холодное, теплое, горячее), тогда как единицы измерения температуры – это градусы по Цельсию, Фаренгейту и Кельвину.

Тепло может выделиться в результате:

1. Химической реакции (огонь).

2. Ядерной реакции (процессы на солнце).

3. Электромагнетического рассеивания (подобно инфракрасным обогревателям).

4. Выделяется в результате механического воздействия (трение)

Энергия, выделенная перечисленными методами, передается тремя путями:

1. Передача тепла путем прикосновения: (непосредственное касания) взаимодействует когда предмет более низкой температуры с предметом более высокой температуры, возникает движение энергии – от предмета с более высокой температурой к предмету с более низкой температурой.

2. Передача тепла путем переноса: тепло передается с помощью газа или жидкости.

3. Передача тепла путем излучения: тепло посредством фотонов переносится от источника света к материи, на которую попадает свет. Для использования тепла продуктивно и равномерно это самый подходящий способ. Как пример системы обогрева светом Infra-Tec можно провести аналогию с обогревом нашей планеты солнцем.

Особо следует отметить, что такие волны находятся и в спектре излучения солнца, поэтому они безвредны для здоровья (без превышения максимальной плотности мощности и при соблюдении техники безопасности). Подобные тепловые лучи переносят тепловую энергию, которая поглощается при попадании данных лучей на предметы. Как следствие, данные предметы нагреваются. Процесс нагрева различных объектов (при попадании на них ИК-лучей) достаточно хорошо изучен и может быть описан следующим образом.

При соприкосновении горячего тела с холодным возникает поток тепла – от более нагретого тела к менее нагретому. Когда температуры двух тел сравняется, этот поток прекращается.

Каждый элемент (или тело) беспрерывно испускает собственное излучение и поглощает излучения других элементов (тел). Если система находится в тепловом равновесии (то есть, если все тела имеют одинаковую температуру), то для каждого тела поток поглощаемого им излучения будет равен потоку его собственного излучения. Это означает отсутствие теплообмена между телами. В том случае, если температура какого-либо тела выше температуры других тел, то это тело в большей степени будет испускать собственное тепловое излучение, чем поглощать излучения других тел. При этом между телами происходит теплообмен лучистой энергией – от более нагретого к менее нагретому телу.

Совершенно очевидно, что излучение ИК-диапазона безопасно для человека (при соблюдении определённых правил) и может использоваться в качестве нетрадиционного источника тепла.

 

Подобрать необходимый ИК-обогреватель и купить инфракрасный обогреватель по лучшей цене в Санкт-Петербурге по тел.: +7 (812) 702-76-82. ОПт и розница. Спец. цены дилерам.

Отдельный атом сняли на обычную камеру

David Nadlinger / EPSRC

Британский физик смог снять на обычную зеркальную камеру излучение иона стронция, зафиксированного в квадрупольной ионной ловушке. Эта фотография победила на конкурсе научной фотографии британского Совета по инженерным и физическим научным исследованиям.

Технология удержания отдельных заряженных ионов не нова и разные реализации удержания используются уже несколько десятилетий. В 1989 году Вольфгант Пауль и Ханс Демельт получили Нобелевскую премию по физике за разработку метода удержания отдельных ионов. Британский физик Дэвид Надлингер (David Nadlinger) из Оксфордского университета использовал для создания фотографии именно квадрупольную ионную ловушку, которую также называют ловушкой Пауля, в честь разработавшего ее немецкого физика. Она состоит из набора электродов, часть из которых создает постоянное электрическое поле. Другая часть постоянно меняет направление вектора напряженности поля на противоположное с высокой скоростью. Несмотря на то, что в каждый конкретный момент времени поле тянет частицу в определенную сторону, из-за постоянного изменения направленности эта сила усредняется и не дает заряженной частице вылететь из ловушки.

Схема аналогичной квадрупольной ионной ловушки

Rainer Blatt & David Wineland / Nature, 2008

Поскольку из-за дифракционного предела увидеть отдельный атом в оптический микроскоп нельзя, ученому пришлось воспользоваться не отраженным светом, а собственным излучением атома. Для этого он использовал лазерное охлаждение, которое часто применяется для изучения поведения атомов при температурах, близких к абсолютному нулю. В процессе охлаждения частица облучается лазером со специально подобранной частотой. Фотон этого излучения поглощается атомом, который через небольшое время также излучает фотон, но с большей частотой. За счет этого излученный атомом фотон забирает часть его тепловой энергии движения. Если облучить атом не одним, а множеством импульсов, таким методом можно понизить его температуру до тысячных долей Кельвина.

Сама по себе эта техника не нова, и ее много раз использовали разные ученые, но обычно для регистрации используются специальные точные камеры. Британский физик показал, что для регистрации самого факта излучения атома вполне достаточно обычного фотоаппарата. Он использовал камеру Canon 5D Mk II с портретным объективом и двумя макрокольцами, уменьшающими минимальную дистанцию фокусировки. Во время съемки в ловушке находился положительно заряженный ион стронция, облучаемый фиолетовым светом.

Излучение отдельного иона стронция в ионной ловушке

David Nadlinger / EPSRC

Излучение отдельного иона стронция в ионной ловушке

David Nadlinger / EPSRC

Горизонтальные электроды установки удалены примерно на два миллиметра друг от друга. На фотографии вполне можно различить яркую точку между ними. Такая большая точка обусловлена низким (по сравнению с размером атома) разрешением камеры, ее удаленностью от рабочей зоны ловушки, остаточным колебательным движением атома, а также длинной выдержкой, на которой был сделан снимок.

В 2016 году итальянская компания превратила обычную зеркальную камеру в полноценный инструмент для любительской астрофотографии. Для этого за матрицей камеры установили холодильную установку, которая постоянно охлаждает матрицу и значительно снижает уровень теплового шума, мешающего различать объекты на фотографии.

Григорий Копиев

Электричество можно будет получить прямо из атома – Наука – Коммерсантъ

Химики из Института металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева и Нижегородского государственного университета выявили повышенную устойчивость к ионизирующему излучению у металлоорганических комплексов лантаноидов — редкоземельных металлов. Они могут светиться при облучении ультрафиолетом, проявлять магнетизм или превращать световую энергию в электричество.

Это явление обнаружено впервые и в будущем поможет при создании более устойчивой техники для работы в космосе, на атомных электростанциях и на территориях, зараженных радиацией. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

«Металлоорганические материалы на основе редкоземельных металлов обладают ценными полупроводниковыми и люминесцентными свойствами. Это обеспечит создание надежных приборов контроля и отображения информации, а также длительного освещения для работы в условиях повышенной радиации,— говорит руководитель проекта Михаил Бочкарев, профессор, доктор химических наук, заведующий лабораторией химии редкоземельных элементов Института металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева.— Более того, такая высокая радиационная устойчивость поможет в будущем разработать установки для прямого преобразования ядерной энергии в электричество. Это позволит создать атомные электростанции нового поколения».

Ионизирующее излучение способно создавать заряженные частицы, или ионы, из незаряженных атомов или молекул. Оно представляет собой потоки гамма-квантов, электронов, нейтронов и осколков распавшихся атомных ядер. Такое излучение способно отрывать электроны от атомов, сдвигать и разрушать их.

В организме это приводит к образованию радикалов и активных форм кислорода, которые ускоряют старение и могут разрушать клеточные структуры.

Излучение воздействует и на кристаллические соединения в составе электронной техники: могут изменяться свойства всего вещества, что приводит к неточностям и неисправностям в функционировании электроники. Сейчас для работы в условиях ионизирующего излучения используются в основном приборы с неорганическими материалами. Продолжительность надежной службы таких устройств в условиях облучения ограничена. Разработка новых материалов, устойчивых к радиации,— одна из важнейших задач современной промышленности.

«Мы обнаружили, что металлоорганические комплексы редкоземельных металлов, в частности лантаноидов, обладают высокой радиационной устойчивостью,— рассказывает Михаил Бочкарев.— Их можно использовать при конструировании приборов для работы в космических аппаратах или на атомных электростанциях. Также устройства на основе этих комплексов могут быть полезны на предприятиях по переработке и обогащению радиоактивных веществ и на территориях, подвергшихся их заражению».

Лантаноиды — вещества из группы редкоземельных металлов, занимающие порядковые номера от 57 до 71 в таблице Менделеева. Они названы по первому представителю под номером 57 — лантану — и имеют схожие химические свойства. Благодаря особенностям электронного строения атомов этих металлов их неорганические и органические соединения имеют ряд уникальных свойств. Они могут светиться при облучении ультрафиолетом, проявлять магнетизм или превращать световую энергию в электричество.

Исследователи облучали образцы органических комплексов лантаноидов потоками нейтронов и гамма-квантов, полученными от распада радиоактивного изотопа урана. Исследуемые вещества выдерживали несколько суток в условиях постоянной радиации, а также периодическое облучение с высокой энергией. Общая доза поглощенной радиации составила 1300 Грей, что почти в 1000 раз больше смертельной для человека. На каждом этапе работы ученые проверяли цвет и другие оптические свойства образца, форму, внешний вид и электрические параметры. Также авторы сравнили молекулярную структуру кристаллов комплексов до и после облучения. Образцы не изменились. Причем устойчивость к излучению, показанная в этом эксперименте, оказалась почти на 50% выше, чем для некоторых неорганических веществ, использующихся на практике. Например, доза в 900 Грей приводит к необратимому изменению электрических свойств кремния в составе солнечных батарей, но практически не влияет на комплексы лантаноидов.

Impact of n,-irradiation on organic complexes of rare earth metals; Tatyana V. Balashova, Sergey V. Obolensky, Alexey N. Trufanov, Mikhail N. Ivin, Vasily A. Ilichev, Andrey A. Kukinov, Eugeny V. Baranov, Georgy K. Fukin, Mikhail N. Bochkarev; журнал Scientific Report, октябрь 2019 г.

http://www.epa.gov/ 

Ионизирующие излучения

Высокочастотное ультрафиолетовое излучение имеет достаточно энергии для
разрыва химических связей. Рентгеновское излучение и гамма-излучение,
находятся в верхней части спектра магнитного излучения очень высокой частоты
— в диапазоне от 100 billion billion герц — и очень коротких длин волн — 1
million millionth метра. Излучение в этой области имеет очень высокую
энергию. Оно имеет достаточно энергии, чтобы разрушать электроны или, в
случае очень высокой энергии излучения, разрушить ядра атомов.
Ионизация — процесс, в котором заряженная часть молекулы (как правило,
электрона) получает достаточно энергии, чтобы оторваться от атома. Этот
процесс приводит к образованию двух заряженных частиц или ионов: молекулы с
избыточным положительным зарядом, и свободного электрона с отрицательным
зарядом.
Каждая ионизация высвобождает около 33 электрон-вольт (эВ) энергии.
Материал, который  окружает атом, поглощает энергию. По сравнению с другими
видами излучения, которое может быть поглощено, ионизирующая радиация
содержит большое количество энергии на небольшом участке. В самом деле, 33
эВ с одной ионизации, является более чем достаточной энергией, чтобы
нарушить химические связи между двумя атомами углерода. Все ионизирующие
излучения способны, прямо или косвенно, удалять электроны из большинства
молекул.

 

Влияние
на здоровье

Последствия для здоровья от альфа-частиц в значительной степени зависят от
того, как происходит воздействие. Внешние воздействия (внешние по отношению
к телу), имеют гораздо меньше беспокойства, чем внутренние воздействия,
потому что альфа-частицам не хватает энергии, чтобы проникнуть через внешней
мертвый слой кожи.
Однако, если альфа-излучение попало в легкие, проглочено или всосалось в
кровь, чувствительные ткани могут подвергаться воздействию альфа-излучения.
В результате биологического нарушения, увеличивает риск развития рака, в
частности, альфа-излучение, как известно, причиной рака легких у людей,
когда альфа-частицы попадают в легкие.
Наибольшее воздействие альфа-излучения для рядовых граждан исходит от
вдыхания радона и продуктов его распада, некоторые из которых также
испускают мощное альфа-излучение.

 

Защита
от внешнего воздействия альфа-излучения легка, так как альфа-частицы не
могут проникнуть за внешний мертвых слой кожи или одежду. Тем не менее,
ткани, которые не охраняются внешним слоем мертвых клеток, таких, как глаза
или открытые раны, должны быть тщательно защищены.
Пути воздействия — представляющие интерес — при вдыхании или проглатывании
альфа-излучателей, которые продолжают излучать альфа-частицы. Альфа
излучающие радионуклиды, попавшие в тело,  высвобождают альфа частицы
непосредственно в чувствительные ткани. Поскольку их высокая энергия
передается непосредственно в ткани, это вызывает повреждения, которые могут
привести к раку.
Наиболее значимые способы вступления в контакт с альфа-излучателями —  в
домах, в школах или на работе. «Радон», является тяжелым газом и
накапливается в низменностях, таких как подвалы. Тестирование на радона в
вашем доме и принятия каких-либо корректирующих необходимых действий,
представляет собой наиболее эффективный способ защитить вас и вашу семью от
альфа-излучателей.

Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина

С момента создания первого рентгеновского аппарата во всем мире началось бурное развитие радиационных технологий. На сегодня разработано огромное количество различных медицинских рентгеновских систем, позволяющих исследовать не только крупные внутренние органы человека, но и мелкие разветвленные кровеносные сосуды.

Практически в каждой серьезной больнице во всех уголках нашей планеты используются диагностические инструменты, к примеру аппараты для флюорографии, в основе которых — Х-лучи.

Открытие Вильгельма Рентгена уже сохранило здоровье сотням миллионов людей. Таково одно из неотъемлемых свойств радиационных технологий — спасать жизни. А рентгеновский аппарат стал прародителем новой современной медицинской отрасли.

Медицинский осмотр основного состава футбольного клуба «Зенит».

Своевременная и точная диагностика

Диагностика и лечение болезней с помощью свойств радиации называется ядерной медициной.

«Без ядерной медицины сегодня жить невозможно, поскольку речь идет о безопасном и эффективном методе диагностики и лечения с применением современных технологий», — сказал Арам Аветисов, кандидат медицинских наук, доцент кафедры радиационной медицины и экологии Белорусского государственного медицинского университета

Как известно, если смертельную болезнь врачи обнаружили на самой ранней стадии, то шансы на выздоровление у пациентов возрастают многократно. С помощью специальных подготовленных медицинских препаратов с радиоактивными изотопами внутри (радиофармпрепаратов или РФП) врачи научились выявлять на клеточном уровне самые первые признаки тяжелых заболеваний, к примеру онкологических.

Радиофармпрепараты совершенно безопасны для человека, их прием не вызывает никаких болевых ощущений. Но эффект применения феноменален: слабое радиоактивное излучение, идущее изнутри организма и принимаемое специальными камерами, расположенными в нескольких сантиметрах от тела человека, дает доктору точнейшую информацию о патологиях и отклонениях во внутренних органах и тканях пациента.

Центр по производству радиофармпрепаратов для позитронно-эмиссионной томографии в Ельце.

Такая диагностика называется томографией (позитронно-эмиссионной, ПЭТ, или однофотонной эмиссионной компьютерной) и занимает всего несколько минут. Полученная с ее помощью информация уникальна и позволяет выявить проблемы в работе щитовидной железы, сердца, почек, легких, желудка, кровообращения. Мельчайшие переломы костей, признаки болезни Паркинсона и Альцгеймера и многое другое можно обнаружить в ходе данного сканирования.

В России производят большое количество нужных врачам радиоактивных изотопов, в том числе «рабочую лошадку ядерной медицины», самый используемый изотоп Технеций-99 (99mTc). Развивается и специальная диагностическая техника для использования РФП. Российский институт НИИТФА (входит в Росатом) создал опытный образец отечественного позитронно-эмиссионного томографа, который сейчас проходит испытания.

Победить смертельную болезнь

Ядерная медицина была бы неполноценной, если бы не выполняла лечебные функции. Помогает она даже в тех случаях, когда все остальные отрасли медицины бессильны.

«Ядерная медицина является неотъемлемым и эффективным средством борьбы за здоровье человека», — сказал Валентин Смирнов, академик РАН

После того как в первой половине XX века ученые сумели с помощью радиоактивного йода убить раковые клетки в щитовидной железе, использование радиации для лечения онкологических заболеваний стало передовым направлением медицины.

Врачи либо вводят в тело пациента радиоактивные источники, излучение которых эффективно уничтожает раковые клетки и при этом не вредит пациенту, либо источник излучения помещают непосредственно на поверхности тела без нарушения целостности тканей.

Ученые Росатома в 2017 году получили премию Правительства Российской Федерации в области науки и техники за разработку импортозамещающих микроисточников с изотопом йод-125 для лечения онкологических заболеваний с помощью внутритканевой лучевой терапии (брахитерапии) — самого современного, высокотехнологичного и минимально инвазивного метода лечения рака.

К примеру, в ходе процедуры брахитерапии простаты в микроисточнике размером с рисовое зернышко прямо в больной орган доставляется радиоактивный изотоп йод-125, убивающий раковые клетки. А при лечении онкологических заболеваний глаз специальная накладка (офтальмоаппликатор) с радиоактивным изотопом стронций-90, рутений-106 или тем же йод-125 прикрепляется к глазному яблоку на несколько суток.

Сейчас российские ученые работают над созданием новых препаратов на основе изотопов рений-188 и иттрий-90 для терапии неходжкинской лимфомы (одного из видов рака лимфатической системы), злокачественных опухолей печени, а также рака костей.

Передовые технологии лечения

Врачи убивают болезни не только с помощью вводимых в организм изотопных препаратов, но применяют и лучевую терапию, когда с помощью особых медицинских устройств раковые клетки обстреливаются рентгеновским излучением высокой энергии, быстрыми электронами, протонами или нейтронами. Более 80% пациентов с онкологическими заболеваниями проходят такую терапию, это золотой стандарт в лечении рака.

Подобные системы постоянно совершенствуются для достижения лучшего эффекта. К примеру, с помощью новейшей системы «Кибернож» губительное для злокачественных клеток излучение с высокой точностью доставляется непосредственно в опухоль, не повреждая здоровые ткани. «Кибернож» позволяет бороться даже с метастазами в головном мозге.

Демонстрация установки «Кибернож» в рамках проведения лучевой терапии в Московском онкологическом НИИ им. П. А. Герцена.

С помощью радиационных технологий врачи готовят к использованию медицинские инструменты и препараты. Ионизирующим излучением специалисты стерилизуют перевязочные и шовные материалы, лекарства, в том числе антибиотики и гормоны, биологические ткани, одноразовые медицинские шприцы и системы службы крови: трубки, капельницы, фильтры, иглы, зажимы, сделанные из различных полимерных материалов и металла.

Ядерная медицина уже спасла миллионы жизней во всем мире. Без нее невозможно представить будущую победу человечества над самыми страшными болезнями.

атомов и радиация | SpringerLink

Abstract

В этой главе дается общий обзор атомной физики. В то время как атом в целом электрически нейтрален, центральное массивное положительно заряженное ядро ​​окружено диффузным облаком относительно легких отрицательно заряженных электронов. Общее количество протонов и нейтронов (массовое число, A) в ядре определяет стабильность атома, но каждый элемент характеризуется только количеством протонов (атомный номер, Z) в ядре.Правила квантовой механики гласят, что когда атом находится в основном состоянии, электроны занимают самые внутренние оболочки атома, но когда атом возбужден, электроны могут переходить на оболочки с более высокими энергиями. Также, когда электроны движутся к более низким энергетическим оболочкам, могут испускаться электромагнитные излучения разной энергии (от радиоволн до рентгеновских лучей). В ядре некоторые комбинации протонов и нейтронов более стабильны, чем другие. Нестабильные радиоактивные ядра распадаются или трансформируются в более стабильную конфигурацию за счет испускания субатомных частиц (β , β + и α ++ ) электромагнитного излучения высокой энергии, известного как γ-лучи.

Ключевые слова

Массовое число электромагнитного излучения Оже-электрон Электронная связь Энергия связи Возбужденное ядро ​​

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Дополнительная литература

  1. Beiser A (1995) Концепции современной физики.5-е изд., Макгроу-Хилл, Нью-Йорк,

    Google Scholar

  2. Бушберг Дж. Т., Зайберт Дж. А., Лейдхольдт Э. М. младший (2002) Основы физики медицинской визуализации. 2-е изд., Липпинкотт, Филадельфия,

    Google Scholar

  3. Эмсли Дж. (1998) Элементы. 3-е изд. , Oxford University Press, Oxford

    Google Scholar

  4. Saha G (2004) Основы ядерной фармации. 5-е изд., Спригер, Нью-Йорк,

    Google Scholar

  5. Соренсом Дж. А., Фелпс М. Е. (1987) Физика в ядерной медицине.Saunders, Philadelphia

    Google Scholar

  6. Turner JE (1995) Атомы, радиация и радиационная защита. 2nd edn, Wiley, New York

    Google Scholar

Информация об авторских правах

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009

Атом и электромагнитное излучение

Атом и электромагнитное излучение

The
Атомное и электромагнитное излучение


Фундаментальный субатомный
Частицы

Частица Символ Заряд
Масса
электрон e -1 0.0005486 а.е.м.
протон п. + +1 1,007276 а.е.м.
нейтрон n o 0 1,008665
а.е.м.

Число протонов, нейтронов и электронов в атоме может
определяться из набора простых правил.

  • Число протонов в ядре атома равно
    к атомному номеру ( Z ).
  • Число электронов в нейтральном атоме равно
    к числу протонов.
  • Массовое число атома ( M ) равно
    сумма количества протонов и нейтронов в ядре.
  • Количество нейтронов равно разнице между
    массовое число атома ( M ) и атомное
    номер ( Z ).

Примеры: Определим количество протонов, нейтронов и
электроны в следующих изотопах.

12 К 13 К 14 К 14 N

Различные изотопы элемента обозначаются письмом.
массовое число атома в верхнем левом углу
символ элемента. 12 C, 13 C и 14 C
являются изотопами углерода ( Z = 6) и поэтому содержат шесть
протоны. Если атомы нейтральны, они также должны содержать шесть
электроны. Единственная разница между этими изотопами — это
количество нейтронов в ядре.

12 C: 6 электронов, 6 протонов и 6
нейтроны

13 C: 6 электронов, 6 протонов и 7
нейтроны

14 С:
6 электронов, 6 протонов и 8 нейтронов


Электромагнитный
Излучение

Многое из того, что известно о структуре электронов в
атом был получен путем изучения взаимодействия между
материя и различные формы электромагнитного излучения .Электромагнитное излучение обладает некоторыми свойствами как
частица и волна.

Частицы имеют определенную массу и занимают пространство. Волны
не имеют массы, но при этом несут энергию, путешествуя через
космос. Помимо способности переносить энергию, волны имеют
четыре других характерных свойства: скорость, частота,
длина волны и амплитуда. Частота ( v ) — это
количество волн (или циклов) в единицу времени.Частота
волна сообщается в единицах циклов в секунду (с -1 )
или герц (Гц).

Идеализированный рисунок волны на рисунке ниже
иллюстрирует определения амплитуды и длины волны. Длина волны
( l ) — наименьшее расстояние между повторяющимися точками на
волна. Амплитуда волны — это расстояние
между самой высокой (или самой низкой) точкой волны и центром
силы тяжести волны.

Если мы измеряем частоту ( v ) волны в циклах на
секунды и длины волны ( l ) в метрах, произведение
эти два числа имеют единицы измерения в метрах в секунду. Продукт
частоты ( v ), умноженной на длину волны ( l )
волна — это скорость ( с ), с которой волна распространяется
через пространство.

vl = с


Легкие и прочие формы
Электромагнитное излучение

Свет — это волна с электрическими и магнитными
составные части.Следовательно, это форма электромагнитного излучения .
Радиация
.

Видимый свет содержит узкую полосу частот и
длины волн в той части электромагнитного спектра, которая
наши глаза могут обнаружить. Он включает излучение с длинами волн
примерно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (красный). Потому что это
волна, свет искривляется, когда попадает в стеклянную призму. Когда белый
свет сфокусирован на призме, световые лучи разных
длины волн изгибаются на разную величину, и свет
превращается в спектр цветов.Начиная со стороны
спектр, в котором свет отклоняется на наименьший угол,
цвета — красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый.

Как видно из следующей диаграммы, переносимая энергия
светом увеличивается по мере перехода от красного к синему в видимом
спектр.

Поскольку длина волны электромагнитного излучения может быть как
длиной от 40 м до 10 -5 нм, видимая
спектр — это лишь небольшая часть всего диапазона
электромагнитное излучение.

Электромагнитный спектр включает радио- и телеволны,
микроволны, инфракрасный, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи, g-лучи,
и космические лучи, как показано на рисунке выше. Эти разные
все формы излучения распространяются со скоростью света ( c ).
Однако они различаются по частотам и длинам волн. В
произведение частоты на длину волны электромагнитного
радиация всегда равна скорости света.

vl = c

В результате электромагнитное излучение
длинноволновый, имеет низкую частоту, а излучение
с высокой частотой имеет короткую длину волны.


Влияние излучения на материю

Все радиоактивные частицы и волны, от всего электромагнитного спектра до альфа-, бета- и гамма-частиц, обладают способностью выбрасывать электроны из атомов и молекул для образования ионов.

Введение

Существует много типов излучения, но два наиболее распространенных — это электромагнитное излучение и ионизирующее излучение. Ионизирующее излучение относится к радиоактивным частицам, таким как альфа- и бета-частицы, или к электромагнитным волнам, таким как гамма- или ультрафиолетовые лучи, которые обладают достаточной энергией, чтобы отделять электроны от атомов и создавать ионы, отсюда и название «ионизирующее излучение». Электромагнитное излучение, которое иногда можно отнести к подкатегории ионизирующего излучения, связано с волнами или фотонами из электромагнитного спектра.В отличие от ионизирующего излучения, электромагнитное излучение имеет дело с колебаниями электрического и магнитного поля, такими как рентгеновские лучи, радиоволны или гамма-лучи.

При радиоактивном распаде атомов образуются три радиоактивные частицы: альфа, бета и гамма. Известно, что из этих трех альфа-частицы обладают наибольшей «ионизирующей способностью» — термин, описывающий количество пар ионов, образующихся на сантиметр через материал, за которым следует бета, затем гамма. Однако распространенное заблуждение состоит в том, что чем выше ионизирующая сила частицы, тем больше она разрушает материю.Электромагнитные волны также могут ионизировать, поэтому электромагнитное излучение часто считается частью ионизирующего излучения.

Первичные электроны и вторичная ионизация

Основное влияние излучения на материю — это его способность ионизировать атомы, превращая их в ионы, явление, известное как ионизация, которое очень похоже на фотоэлектрический эффект. Радиоактивные частицы или электромагнитные волны с достаточной энергией сталкиваются с электронами атома, выбивая электроны из атома.Электрон, выброшенный из атома, называется первичным электроном. Когда первичные электроны удерживают энергию, частица, выбрасывающая первичный электрон, может заставить его выбросить другой электрон либо на свой собственный атом, либо на другой атом. Это называется вторичной ионизацией.

Однако ионизация не должна полностью выбрасывать электрон из атома. Вместо этого он может поднять энергию электрона, поднимая энергию электрона до более высокого энергетического состояния. Когда электрон возвращается к своему нормальному энергетическому уровню, он излучает энергию в форме излучения, обычно в форме ультрафиолетовых лучей или радиоволн.

Производство рентгеновских лучей и электромагнитного излучения

Излучение может быть как естественным, так и синтетическим. Искусственно индуцированная радиоактивность использует первичную и вторичную ионизацию для излучения рентгеновских лучей. В большинстве случаев рентгеновское излучение связано с бомбардировкой металлической мишени электронами. Если электроны обладают достаточной энергией, электроны внутренней оболочки атома выпадают, и электроны более высокого уровня заполняют дыру, оставленную предыдущими электронами. При этом пакеты энергии высвобождаются в форме рентгеновских фотонов.Другие формы ионизирующего излучения могут аналогичным образом производить УФ- и гамма-лучи. Этот тип излучения известен как «ионизирующее излучение».

Все заряженные частицы и лучи обладают способностью быть радиоактивными; однако не все лучи и частицы обладают энергией, приходящейся на один фотон, для ионизации атомов. Это известно как «неионизирующее излучение». Неионизирующее излучение имеет достаточно энергии, чтобы возбуждать электроны и переходить в более высокое состояние, высвобождая фотоны электромагнитного излучения, такого как видимый свет, ближний ультрафиолет и микроволны.Радиоволны, микроволны и нейтронное излучение (важное применение в делении и синтезе) подпадают под действие неионизирующего излучения, поскольку их соответствующие энергии слишком малы для ионизации атомов.

(любезно предоставлено iforms.osha-slc.gov/SLTC/radiation/index.html)

Проникновение и радиация

Излучение не только ионизирует материю, но и проникает сквозь нее. Насколько далеко они проникают, зависит от различных типов излучения и их ионизирующей способности.Поскольку альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью, им трудно полностью проникнуть в вещество. Это потому, что альфа-частицы, вероятно, ионизируют первое, с чем они соприкасаются; таким образом, они обладают небольшим диапазоном пробивной силы. Обратное соотношение между ионизирующей способностью и проникающей способностью можно также применить к бета- и гамма-излучению. Альфа-частицы можно остановить с помощью листа бумаги или слоя одежды, в то время как бета-частицы могут проникать до долей дюйма в твердых и жидких телах и на несколько футов в воздух.Гамма-лучи, которые электрически нейтральны и обладают небольшой ионизирующей способностью, не замедляются столкновениями с материалами и могут быть остановлены только тяжелыми металлами, такими как свинец.

(Предоставлено Ehamberg и Stannered на Wikimedia Commons,
доступно по общей лицензии Creative Commons Attribution 2.5.)

Воздействие радиации на живое вещество

Продолжительное воздействие радиации часто оказывает пагубное воздействие на живое вещество. Это связано с ионизирующей способностью излучения, которое может нарушить внутреннее функционирование клеток.Излучение ионизирует или возбуждает атомы или молекулы в живых клетках, что приводит к диссоциации молекул внутри организма. Наиболее разрушительное воздействие радиации на живое вещество — это ионизирующая радиация на ДНК. Повреждение ДНК может вызвать гибель клеток, мутагенез (процесс, при котором генетическая информация изменяется под действием излучения или химикатов) и генетическую трансформацию. Последствия радиационного облучения включают лейкемию, врожденные дефекты и многие формы рака.

Большая часть внешнего излучения поглощается окружающей средой; например, большая часть ультрафиолетового излучения поглощается озоновым слоем, предотвращая попадание смертоносных уровней ультрафиолетового излучения на поверхность земли.Солнечный ожог — это эффект ультрафиолетового излучения, повреждающего клетки кожи, а продолжительное воздействие ультрафиолетового излучения может вызвать мутацию генетической информации в клетках кожи, что приведет к раку кожи.

Альфа, бета и гамма-лучи также в разной степени наносят ущерб живому веществу. Альфа-частицы имеют очень малый диапазон поглощения и, следовательно, обычно не опасны для жизни, если не проглатываются, из-за их высокой ионизирующей способности. Бета-частицы также повреждают ДНК и поэтому часто используются в лучевой терапии для мутации и уничтожения раковых клеток.Гамма-лучи часто считаются наиболее опасным типом излучения для живого вещества. В отличие от альфа- и бета-частиц, которые являются заряженными частицами, гамма-лучи представляют собой формы энергии. Они имеют большой диапазон проникновения и могут диффундировать через многие клетки, прежде чем рассеяться, вызывая широко распространенные повреждения, такие как лучевая болезнь. Поскольку гамма-лучи обладают такой высокой проникающей способностью и могут в значительной степени повредить живые клетки, они часто используются при облучении — процессе, используемом для уничтожения живых организмов.

Дозировка и распад радиации

Есть несколько методов измерения радиации; следовательно, существует несколько радиационных единиц, основанных на разных радиационных факторах. Радиационные единицы могут измерять радиоактивный распад, поглощенную дозу и дозы, поглощенные человеком. Bq и Ci измеряют радиоактивный распад, а Gy и Rad — поглощенные дозы. Зв и Рем измеряют поглощенные дозы в эквивалентах Гр и Рад. Рем учитывает разные типы излучения и скорость частиц. Ниже приведена диаграмма, помогающая организовать различные блоки:

Единицы радиоактивного распада

Беккерель, Бк Измеряется в с -1 , в расчете на распад в секунду
Кюри, Ci

Измеряется как количество распада с той же скоростью, что и 1 грамм радия

1 Ки = 3.70 ∙ 10 10 Бк

Единицы поглощенной дозы

Серый, Gy 1 Гр выделяет 1 Джоуль энергии на килограмм вещества
Рад 1 рад = 0,01 Гр

Эквивалентные дозы

Sievert, Sv 1 Зв = 100 бэр
Рем

1 бэр = 1 рад ∙ Q

Q = 1 для рентгеновских лучей, гамма-лучей и бета-частиц

Q = 3 для медленных нейтронов

Q = 10 для протонов и быстрых нейтронов

Q = 20 для альфа-частиц

Наиболее часто используемыми единицами измерения являются «рад», что означает «поглощенная доза излучения», и «бэр», что означает «эквивалент излучения для человека.«Один рад соответствует поглощению 0,01 Дж энергии на килограмм вещества. Rem — это рад, умноженный на относительную биологическую эффективность, которая чаще всего выражается переменной« Q ». Фактор Q используется для учета различные эффекты, вызванные разным излучением.

Вопросы для обзора концепции

  1. Классифицируйте следующие взаимодействия, которые происходят как первичная ионизация, вторичная ионизация или электронное возбуждение.
    1. Фотоны выбрасываются из атома.
    2. Электрон из соседнего атома выбрасывается, выбивая электрон из соседнего атома.
    3. Электроны выбрасываются из атома.
  2. Опишите разницу между ионизирующим и неионизирующим излучением.
  3. Объясните, почему радиация оказывает такое вредное воздействие на живое вещество.
  4. Рассмотрим современные микроволновые печи, используемые на кухнях. Вредны ли для человеческого организма микроволны, излучаемые для нагрева воды и пищи?
  5. Что такое Q в расчетах или REM?

Ответы

    1. Электронное возбуждение.Электрон возбужден до более высокого энергетического уровня. Когда он падает, он высвобождает пакет энергии в виде фотона.
    2. Вторичная ионизация. Выброс второго электрона был вызван другим электроном, а не другой заряженной частицей или излучающим лучом.
    3. Первичная ионизация. Электрон был выброшен заряженной частицей или лучом.
  1. Ионизирующее излучение описывает ионизацию атомов до ионов. Во время ионизирующего излучения электрон выбрасывается из атома, в результате чего атом теряет электрон и ионизируется.Неионизирующее излучение обычно вызывается возбуждением электронов. Когда частица или электромагнитный луч не обладают достаточной энергией, чтобы полностью сбить электрон с атома, вместо этого они могут побудить электрон перейти на более высокий энергетический уровень. Когда электрон падает, он испускает фотоны энергии.
  2. Излучение может ионизировать атомы, но оно также может изменять молекулы, ионизируя атомы. Он может повлиять на структуру клетки, ослабляя органеллы или другие клеточные функции, но его наиболее разрушительный эффект — на ДНК.Радиация мутирует ДНК за счет ионизации последовательностей оснований или изменения основы ДНК. Мутации ДНК, возникающие в результате облучения, могут вызвать рак или иным образом убить клетку.
  3. Хотя существует множество мифов о микроволновом излучении, микроволны подпадают под действие «неионизирующего» излучения и, следовательно, не вызывают каких-либо эффектов, вызываемых ионизирующим излучением, таких как рак. Микроволновая печь также сконструирована таким образом, чтобы свести к минимуму выход микроволн за пределы духовки за счет использования металла для поглощения микроволн.Поэтому дверца микроволновой печи непрозрачна; он покрыт стратегически расположенными атомами металла для максимальной эффективности поглощения.
  4. Q — это постоянная, которая используется в зависимости от того, какую радиоактивную частицу вы рассчитываете. Он основан на типе частицы и ее влиянии на материю.

Список литературы

  1. Балашов Всеволод Вячеславович., Гиль Б. Понтекорво. Взаимодействие частиц и излучения с веществом . Берлин: Springer, 1997.Распечатать.
  2. Болл, Джон, Адриан Д. Мур, Стив Тернер и Джон Болл. Основы физики Болла и Мура для рентгенологов . Чичестер, Великобритания: Blackwell Science, 2008. Печать.
  3. Mozumder, A., and Y. Hatano. Взаимодействие заряженных частиц и фотонов с веществом: химические, физико-химические и биологические последствия с применением . Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2004. Печать.
  4. Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд, Ф. Джеффри. Херринг и Джеффри Д.Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. Верхняя река Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Education, 2007. Печать.

Взносы

  • Джозеф Чоу, Линда Су (UCD)

Что такое радиация?

Вообще говоря, излучение — это способ перемещения энергии из одного места в другое. Таким образом, энергия, выделяемая при падении камня в воду, излучается круговыми волнами. Звуковая энергия излучается от рта говорящего к уху слушателя; световая и тепловая энергия излучаются от солнца к земле.Электроны, излучаемые горячей проволокой, обеспечивают энергию, формирующую изображение в телевизоре. В первых четырех примерах излучение состоит из волн — волн воды, звуковых волн, световых волн, волн тепла. В последнем случае излучение представляет собой поток мельчайших частиц.

Одно из главных открытий современной физики состоит в том, что чем короче длина волны любого волнового излучения, тем больше энергии несет каждая его единица. Следовательно, рентгеновские лучи и гамма-лучи намного более энергичны, чем свет.Они гораздо глубже проникают во все виды материи и производят гораздо более сильные эффекты.

В дополнение к волнам теперь известно, что атомы излучают множество частиц. Все они невообразимо крошечные (измеряемые в 100 триллионных долей дюйма) невообразимо легкие и известны нам лишь косвенно через их эффекты. Некоторые из наиболее важных частиц:

Электроны
Легчайшие частицы, несущие отрицательный электрический заряд. Электроны излучения иногда называют бета-лучами.

Протоны
Примерно в 2000 раз тяжелее электронов и заряжен положительно.

Нейтроны
Как протоны, но незаряженные.

Альфа-частицы
Каждый из них представляет собой совокупность двух протонов и двух нейтронов.

Что производит радиацию?

Атомное излучение испускается атомами, которые имеют более чем нормальный набор энергии — «возбужденные» атомы, говоря словами физиков.Каждый атом состоит из крошечного положительно заряженного «ядра», окруженного облаком или роем отрицательных электронов.

Как атом «возбуждается»? Один из способов — быть пораженным снарядом. В рентгеновском аппарате поток быстро движущихся электронов поражает металлическую цель. Это возбуждает часть электронов в атомах мишени. В процессе испускания полученной избыточной энергии атомные электроны испускают рентгеновские лучи. За исключением рентгеновских лучей, интересующее нас излучение исходит от ядер атомов, а не от их электронных облаков.Большие машины для «уничтожения атомов», о которых мы читаем, — это просто устройства, которые бросают различные частицы в ядра. Затем ядра-мишени испускают излучение, включая гамма-лучи и множество различных частиц.

Излучение атомной бомбы

Когда некоторые атомные ядра, особенно ядра урана и плутония, поражаются нейтронами, они не излучают обычным образом. Вместо этого они разделяются на две примерно равные части и выделяют большой прилив энергии. Именно эта энергия обеспечивает взрывную силу атомной бомбы и может быть преобразована в полезную энергию в атомной куче.



Что такое ионизирующее излучение?

Отчет ACHRE

Введение


Атомный век

год до атомной эры: «теневые картинки», радиоизотопы и начало

Эксперименты по облучению человека

Манхэттенский проект: новый и секретный мир человеческих экспериментов

Комиссия по атомной энергии и послевоенные биомедицинские радиационные исследования

Трансформация в правительстве — спонсируемые исследования

Последствия Хиросимы и Нагасаки: появление радиации времен холодной войны

Исследовательская бюрократия

Новые этические вопросы для медицинских исследователей

Заключение

Основы радиационной науки

Что такое ионизирующее излучение?

Что такое радиоактивность?

Что такое атомный номер и атомный вес?

Радиоизотопы: что это такое и как они производятся?

Как радиация влияет на людей?

Как мы измеряем биологическое действие внешнего излучения?

Как мы измеряем биологическое воздействие внутренних излучателей?

Как ученые определяют долгосрочные риски радиации?

Что такое ионизирующее излучение?

Что такое

излучения ?

Радиация — очень общий термин, используемый для описания любого процесса

который передает энергию через пространство или материал вдали от источника.Свет,

звук и радиоволны — все это примеры излучения. Когда большинство людей думают

радиации, однако они думают о ионизирующих

радиация — излучение, которое может разрушить атомы и молекулы внутри

тело. Хотя ученые думают об этих выбросах в математических терминах,

они могут быть визуализированы либо как субатомные частицы, либо как лучи. Радиации

воздействие на людей можно лучше всего понять, сначала изучив влияние

излучение на атомов , основных строительных блоков материи.

Что такое ионизация

?

Атомы состоят из сравнительно крупных частиц (протонов и нейтронов), сидящих

в центральном ядре, вращающемся более мелкими частицами (электронами): миниатюрный

Солнечная система. Обычно количество протонов в центре атома равно

количество электронов на орбите. Ион — это любой атом или молекула,

не имеет нормального количества электронов. Ионизирующее излучение любое

форма излучения, обладающего достаточной энергией, чтобы выбивать электроны из атомов или

молекулы, создающие ионы.

Как измеряется ионизирующее излучение?

Измерение лежит в основе современной науки, но само по себе число

не передает никакой информации. Для полезного измерения требуется как инструмент для

измерение (например, палка для разметки длины) и соглашение о

единиц , которые будут использоваться (например, дюймы, метры или мили). Выбранные единицы

будет варьироваться в зависимости от цели измерения. Например, повар будет

измерьте сливочное масло в столовых ложках, чтобы еда была вкусной, а

диетолог может быть больше озабочен измерением калорий, чтобы определить

влияет на здоровье закусочной.

Разнообразие единиц измерения радиации и радиоактивности.

сбивает с толку даже ученых, если они не используют их каждый день. Это может быть полезно

иметь в виду цель различных агрегатов. Есть два основных

причины для измерения излучения: изучение физики и изучение

биологические эффекты радиации. Сложность заключается в том, что наши

инструменты измеряют физических эффектов, в то время как то, что представляет интерес для некоторых

биологических эффектов.Еще одна сложность заключается в том, что единицы, как и в случае с

слова на любом языке могут исчезнуть из употребления и быть заменены новыми единицами.

Радиация не является серией отдельных событий, таких как радиоактивные распады,

которые можно посчитать индивидуально. Измерение излучения в больших объемах похоже на

измерение движения песка в песочных часах; полезнее думать о

это как непрерывный поток, а не как серия отдельных событий. В

Интенсивность пучка ионизирующего излучения измеряется путем обратного счета

сколько ионов (сколько электрического заряда) он создает в воздухе.В

рентген (названный в честь первооткрывателя рентгеновских лучей Вильгельма Рентгена) — это

прибор, измеряющий способность рентгеновских лучей ионизировать воздух; это единица

экспозицию, которую можно измерить напрямую. Вскоре после Второй мировой войны обычная

единицей измерения был физический эквивалент рентгена (реп.) , который

обозначает способность других форм излучения создавать в воздухе столько ионов, сколько

рентген рентгеновских лучей. Он больше не используется, но появляется во многих

документы, рассмотренные Консультативным комитетом.

Какие основные типы ионизирующего излучения?

Существует много типов ионизирующего излучения, но наиболее известные из них:

альфа , бета и гамма / рентгеновское излучение . Нейтроны ,

будучи вытесненным из атомных ядер и путешествуя как форма излучения, также может

быть серьезной проблемой для здоровья.

Alpha — это кластеры из двух нейтронов и двух протонов в каждом.Они идентичны ядрам атомов гелия, второго по лёгкости и

второй по распространенности элемент во Вселенной после водорода. По сравнению с

другие формы излучения, однако, это очень тяжелые частицы — около 7300

раз больше массы электрона. Когда они путешествуют, эти большие и тяжелые

частицы часто взаимодействуют с электронами атомов, быстро теряя свои

энергия. Они не могут проникнуть даже в лист бумаги или слой мертвых клеток.

на поверхности нашей кожи.Но если выбросить внутрь тела из радиоактивного

атома внутри или рядом с клеткой, альфа-частицы могут нанести большой ущерб, поскольку они ионизируются

атомы, разрушающие живые клетки. Радий и плутоний — два примера альфа

излучатели.

Бета частиц — это электроны, движущиеся с очень высокими энергиями. Если

альфа

частицы можно рассматривать как большие и медленные шары для боулинга, бета-частицы могут

визуализироваться как мячи для гольфа на тренировочном поле.Они путешествуют дальше, чем

альфа-частицы и, в зависимости от их энергии, могут нанести такой же ущерб. Для

Например, бета-частицы в осадках могут вызвать серьезные ожоги кожи, известные как

бета-ожоги. Радиотопы, испускающие бета-частицы, присутствуют при делении

продукция, произведенная в ядерных реакторах и ядерных взрывах. Некоторый

бета-излучающие радиоизотопы, такие как йод 131, вводятся внутрь для

пациенты для диагностики и лечения заболеваний.

Гамма и рентгеновское излучение состоит из пакетов энергии, известных

как фотонов . У фотонов нет массы или заряда, и они движутся по прямой.

линий. Видимый свет, видимый нашими глазами, также состоит из фотонов, но

более низкие энергии. Энергия гамма-излучения обычно превышает 100

килоэлектрон вольт (кэВ — «к» — это сокращение от кило , префикс, который

умножает базовую единицу на 1000) на фотон, что более чем в 200000 раз больше

энергия видимого света (0.5 эВ). Если альфа-частицы визуализируются как боулинг

шары и бета-частицы, такие как мячи для гольфа, фотоны гамма- и рентгеновского излучения

как невесомые пули, движущиеся со скоростью света. Фотоны классифицируются

согласно их происхождению. Гамма-лучи возникают в результате событий внутри атомной

ядро; их энергия и скорость производства зависят от радиоактивного распада

радионуклида, который является их источником. Рентгеновские лучи — это фотоны, которые

обычно возникают в результате энергетических переходов электронов атома.Эти

могут быть созданы искусственно путем бомбардировки соответствующих атомов высокой энергией.

электроны, как в классической рентгеновской трубке. Потому что рентгеновские лучи производятся

искусственно потоком электронов, их выход и энергия могут быть

контролируется регулировкой энергии и количества самих электронов.

И рентгеновские лучи, и гамма-лучи могут глубоко проникать в организм человека. Как

глубина проникновения зависит от их энергии; чем выше энергия, тем глубже

проникновение в организм.A 1 МэВ («M» — сокращение от mega , a

префикс, который умножает базовую единицу на 1000000) гамма-лучей с энергией

В 2000000 раз больше, чем видимый свет, может полностью проходить через тело,

создавая при этом десятки тысяч ионов.

Последняя форма излучения, вызывающая озабоченность, — это излучение нейтронов и излучений. Нейтроны,

наряду с протонами, являются одним из компонентов атомного ядра. Нравиться

протоны, у них большая масса; в отличие от протонов у них нет электрического заряда,

позволяя им легче скользить между атомами.Как истребитель-невидимка,

Нейтроны высоких энергий могут проникать дальше в тело, минуя защитные

внешний слой кожи, прежде чем передать свою энергию и вызвать ионизацию.

Некоторые другие типы частиц высокой энергии также являются ионизирующим излучением.

Космическое излучение, проникающее в атмосферу Земли из космоса, состоит из

в основном из протонов, альфа-частиц и более тяжелых атомных ядер. Позитроны,

мезоны, пионы и другие экзотические частицы также могут быть ионизирующим излучением.

атом | Определение, структура, история, примеры, диаграммы и факты

Атом , наименьшая единица, на которую можно разделить материю без высвобождения электрически заряженных частиц. Это также мельчайшая единица вещества, обладающая характерными свойствами химического элемента. Таким образом, атом является основным строительным блоком химии.

Оболочечная модель атома

В оболочечной модели атома электроны занимают разные энергетические уровни или оболочки.Оболочки K и L показаны для атома неона.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Большая часть атома представляет собой пустое пространство. Остальное состоит из положительно заряженного ядра протонов и нейтронов, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Ядро маленькое и плотное по сравнению с электронами, которые являются самыми легкими заряженными частицами в природе. Электроны притягиваются к любому положительному заряду своей электрической силой; в атоме электрические силы связывают электроны с ядром.

Из-за природы квантовой механики ни одно изображение не было полностью удовлетворительным для визуализации различных характеристик атома, что, таким образом, вынуждает физиков использовать дополнительные изображения атома для объяснения различных свойств. В некотором отношении электроны в атоме ведут себя как частицы, вращающиеся вокруг ядра. В других случаях электроны ведут себя как волны, застывшие вокруг ядра. Такие волновые структуры, называемые орбиталями, описывают распределение отдельных электронов.Эти орбитальные свойства сильно влияют на поведение атома, а его химические свойства определяются орбитальными группировками, известными как оболочки.

Эта статья открывается широким обзором фундаментальных свойств атома и составляющих его частиц и сил. После этого обзора следует исторический обзор наиболее влиятельных концепций об атоме, сформулированных на протяжении веков. Для получения дополнительной информации, относящейся к структуре ядра и элементарным частицам, см. субатомных частиц.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Большая часть вещества состоит из скоплений молекул, которые можно относительно легко разделить. Молекулы, в свою очередь, состоят из атомов, соединенных химическими связями, которые труднее разорвать. Каждый отдельный атом состоит из более мелких частиц, а именно электронов и ядер. Эти частицы электрически заряжены, и электрические силы, действующие на заряд, несут ответственность за удержание атома вместе.Попытки разделить эти более мелкие составляющие частицы требуют постоянно увеличивающегося количества энергии и приводят к созданию новых субатомных частиц, многие из которых заряжены.

Как отмечалось во введении к этой статье, атом в основном состоит из пустого пространства. Ядро является положительно заряженным центром атома и содержит большую часть его массы. Он состоит из протонов, которые имеют положительный заряд, и нейтронов, которые не имеют заряда. Протоны, нейтроны и окружающие их электроны — это долгоживущие частицы, присутствующие во всех обычных, встречающихся в природе атомах.Другие субатомные частицы могут быть обнаружены в ассоциации с этими тремя типами частиц. Однако они могут быть созданы только с добавлением огромного количества энергии и очень недолговечны.

Все атомы примерно одинакового размера, независимо от того, имеют ли они 3 или 90 электронов. Примерно 50 миллионов атомов твердого вещества, выстроенных в ряд, имеют размер 1 см (0,4 дюйма). Удобной единицей длины для измерения размеров атомов является ангстрем (Å), определяемый как 10 −10 метров. Радиус атома составляет 1-2 Å.По сравнению с общим размером атома, ядро ​​еще более миниатюрное. Он находится в той же пропорции к атому, как шарик к футбольному полю. По объему ядро ​​занимает всего 10 — 14 метров пространства в атоме, то есть 1 часть на 100 000. Удобной единицей длины для измерения размеров ядер является фемтометр (фм), который равен 10 −15 метрам. Диаметр ядра зависит от количества содержащихся в нем частиц и колеблется от 4 фм для легкого ядра, такого как углерод, до 15 фм для тяжелого ядра, такого как свинец.Несмотря на малые размеры ядра, в нем сосредоточена практически вся масса атома. Протоны — массивные положительно заряженные частицы, тогда как нейтроны не имеют заряда и немного массивнее протонов. Тот факт, что ядра могут иметь от 1 до почти 300 протонов и нейтронов, объясняет их широкую вариацию массы. Самое легкое ядро, ядро ​​водорода, в 1836 раз массивнее электрона, а тяжелые ядра почти в 500 000 раз массивнее.

Основные свойства

Самой важной характеристикой атома является его атомный номер (обычно обозначаемый буквой Z ), который определяется как количество единиц положительного заряда (протонов) в ядре. Например, если у атома Z из 6, это углерод, а Z из 92 соответствует урану. Нейтральный атом имеет равное количество протонов и электронов, так что положительный и отрицательный заряды точно уравновешиваются. Поскольку именно электроны определяют, как один атом взаимодействует с другим, в конечном итоге именно количество протонов в ядре определяет химические свойства атома.

разница между излучением и радиоактивностью

В минувшие выходные произошла утечка цистерны с радиоактивным материалом из закрытого уранового рудника «Рейнджер» на Северной территории. Хотя это вызвало опасения по поводу здоровья окружающего национального парка Какаду, это также хороший шанс прояснить различия между «радиоактивностью» и «радиацией».

Радиоактивность и радиация часто используются как синонимы, но они описывают разные (но все же связанные) процессы.

Но прежде чем вдаваться в это различие, полезно понять, что такое атомы, и несколько понятий о том, как они себя ведут.

Атом — самая маленькая частица, которую можно описать как химическое вещество. Более мелкие частицы не являются химическими веществами в том смысле, в каком колеса, ветровое стекло и сиденья не являются автомобилями — они являются их частями, но вам нужно несколько, чтобы создать целое.

В центре каждого атома находится ядро, содержащее некоторое количество протонов (положительно заряженных частиц).Число протонов определяет химический состав атома. Все ядра углерода содержат шесть протонов — это то, что определяет их как ядра углерода. Пять протонов будут атомом бора, семь протонов — атомом азота.

Ядро также содержит несколько нейтронов (частица без заряда). Атомы одного и того же химического вещества могут иметь разное количество нейтронов. Около 99% атомов углерода имеют шесть нейтронов, при добавлении к шести протонам получается атомная масса 12.

Упрощенная схема атома, показывающая ядро ​​(содержащее протоны и нейтроны), окруженное вращающимися электронами.Wikimedia Commons

У некоторых атомов углерода больше или меньше нейтронов — семь нейтронов составляют углерод-13, а восемь — углерод-14. Ядра углерода-12 и углерода-13 стабильны, но углерод-14 радиоактивен и является основой радиоуглеродного датирования.

Атомы одного и того же химического вещества с разным числом нейтронов известны как изотопы.

Ядро окружают очень маленькие отрицательно заряженные частицы, называемые электронами. Они удерживаются на месте (называемые орбиталями) благодаря их притяжению к положительно заряженному ядру.Атом содержит столько же электронов, сколько протонов.

Добавление или удаление электрона из атома приводит к получению заряженной частицы, называемой ионом. Ионы могут по-разному реагировать на атомы. Атом хлора очень реактивен и опасен; хлорид-ион входит в состав поваренной соли. Это становится важным, когда мы будем говорить об ионизирующем излучении позже.

Итак, что такое радиоактивность?

Радиоактивность — это распад или перестройка ядра атома.
Майкл Каппель

Радиоактивность — это термин, обозначающий распад (распад) или перестройку ядра атома.Распад происходит естественным образом и спонтанно на нестабильные ядра. Эта нестабильность обычно вызвана несоответствием количества протонов и нейтронов.

Радиоактивный распад может происходить несколькими способами, наиболее распространенными из которых являются:

  • спонтанное деление: также известное как «расщепление атома», когда ядро ​​распадается на две части
  • выброс нейтрона: нейтрон выбрасывается из ядра атома
  • альфа-распад: ядро ​​выпускает альфа-частицу (ядро гелия-4), состоящую из двух нейтронов и двух протонов
  • бета-распад: ядро ​​выбрасывает электрон (или позитрон).Примечание: это не то же самое, что электрон удаляется с орбиталей вокруг ядра
  • .

  • гамма-распад: протоны и нейтроны внутри ядра перестраиваются в более стабильную форму, и энергия излучается в виде гамма-лучей.

Высвобождение нейтрона, альфа- и бета-распад сопровождаются высвобождением частицы. Это частица (или гамма-луч в гамма-распаде), которая является «излучением», связанным с радиоактивностью.

Что такое «период полураспада»?

Допустим, у нас есть 4000 монет, и мы хотим их все подбросить, что займет (ради аргумента) одну минуту.Всех, кто приземлился, выбрасывают. По закону средних чисел у нас должно остаться 2000 монет (половина).

Если мы затем потратим еще минуту, чтобы перевернуть все эти монеты и сбросить орла, у нас останется 1000 монет. И снова, потратив еще минуту на то, чтобы подбросить 1000 монет, у нас останется 500 монет.

Вы заметите, что нам нужно одинаковое время, чтобы подбросить все монеты, независимо от их количества.

Налоговые льготы

В случае радиоактивности это время — не искусственное ограничение, а фундаментальное свойство каждого ядра — то, что в данный момент у него есть 50/50 шансов спонтанно распасться.Время, необходимое для распада половины атомов в образце, называется «период полураспада».

Период полураспада изотопа одинаков для всех ядер этого типа (все ядра углерода-14 имеют период полураспада около 5750 лет, а все ядра углерода-15 имеют период полураспада около 2,5 секунд).

Если мы выполним подбрасывание монеты десять раз, у нас останется четыре монеты — одна тысячная от начального числа. Это важно, поскольку считается, что после десяти периодов полураспада остается незначительное количество материала.

Если материал имеет длительный период полураспада (например, период полураспада урана-238 — 4,5 миллиарда лет — примерно возраста Земли), он не очень радиоактивен. Материал с коротким периодом полураспада (полоний-210 составляет 138 дней) очень радиоактивен.

В чем разница между радиоактивностью и радиацией?

Как мы видели, радиоактивный распад — это свойство конкретного ядра. Для сравнения, радиация является возможным следствием многих процессов, а не только радиоактивности.

Радиация — это термин, которым обозначают бегущую частицу или волну, и его можно разделить на три основных типа:

  1. неионизирующее излучение: в основном низкоэнергетические части электромагнитного спектра.Это включает в себя весь видимый вами свет, радиоволны (также известные как микроволны — как в духовке) и инфракрасное («тепловое» излучение). Ультрафиолет относится к этой категории с высокой энергией.
  2. ионизирующее излучение: излучение, которое может удалить электрон с его орбиты.
  3. нейтронов: свободные нейтронные частицы, которые могут сталкиваться с другими атомами.

Неионизирующее излучение в основном разрушительно по очевидным причинам. Воздействие микроволн или инфракрасных волн вызывает нагрев чувствительных материалов.В качестве альтернативы ионизирующее излучение может быть менее очевидным, но, превращая атом в более реактивный ион, может вызвать более длительные повреждения.

Рентген — это форма электромагнитного излучения высокой энергии.
Эрих Фердинанд

Ионизирующее излучение бывает двух основных форм:

  1. электромагнитное излучение высокой энергии: в том числе рентгеновское и гамма-излучение
  2. излучение частиц: альфа- и бета-частицы.

Эти различные формы ионизирующего излучения различаются по своей способности наносить ущерб и по своей способности проникать в материалы.

Ионизирующее электромагнитное излучение

Рентгеновское и гамма-излучение проникающее ионизирующее излучение, по сути, одно и то же. (Разница в терминологии обычно заключается в том, что гамма-лучи возникают в результате ядерного распада, а рентгеновские лучи исходят от электронных орбиталей.)

Эти длины волн электромагнитного излучения содержат достаточно энергии, чтобы вытолкнуть электрон со своей орбиты вокруг атома, снова образуя ион. Их останавливают очень плотные материалы, такие как свинец, большое количество земли или бетона.

Излучение частиц

Излучение частиц потенциально очень вредно, но его относительно легко заблокировать.

Альфа-частицы с двумя нейтронами и двумя протонами, по сути, являются ионами гелия. Они могут оторвать электроны от другого атома, чтобы стать атомами гелия. Бета-частицы — это просто свободные электроны, которые могут захватываться атомами, как любой другой электрон.

К счастью, защититься от них довольно просто. Альфа-частицы блокируются листом бумаги, а бета-частицы — несколькими миллиметрами металла или эквивалентным количеством пластика.

Нейтроны обладают большей проникающей способностью и поэтому потенциально более опасны. Они наносят ущерб, будучи захваченными ядром атома. Это может привести к тому, что атом разделится на две части (деление) или подвергнется другому процессу распада (известному как трансмутация).

В любом случае исходный атом (скажем, атом азота) изменяется, чтобы стать атомом другого типа (в данном случае углерод-14). Новый атом будет иметь другие химические свойства и, следовательно, может действовать как яд или потому, что строительные материалы меняют свои физические свойства.

Нейтроны либо замедляются, либо безопасно захватываются такими материалами, как графит, или соединениями, содержащими много водорода (такими как водопроводная вода!).

Все эти формы радиоактивности и радиации встречаются в природе. Они составляют так называемый фоновый радиационный фон. Веб-комикс xkcd дает хорошее визуальное представление о том, как выглядят эти числа.

.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

You may use these HTML tags and attributes:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>