Радиация альфа бета гамма: Насколько в действительности опасна радиация: лекарство от радиофобии

Насколько в действительности опасна радиация: лекарство от радиофобии

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

Игорь Егоров

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

Заряженное оружие

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

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

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

Нейтральная опасность

Но первое место в рейтинге опасности, несомненно, занимают быстрые нейтроны. Нейтрон не имеет электрического заряда и поэтому взаимодействует не с электронами, а с ядрами — только при «прямом попадании». Поток быстрых нейтронов может пройти через слой вещества в среднем от 2 до 10 см без взаимодействия с ним. Причем в случае тяжелых элементов, столкнувшись с ядром, нейтрон лишь отклоняется в сторону, почти не теряя энергии. А при столкновении с ядром водорода (протоном) нейтрон передает ему примерно половину своей энергии, выбивая протон с его места. Именно этот быстрый протон (или, в меньшей степени, ядро другого легкого элемента) и вызывает ионизацию в веществе, действуя подобно альфа-излучению. В результате нейтронное излучение, подобно гамма-квантам, легко проникает внутрь организма, но там почти полностью поглощается, создавая быстрые протоны, вызывающие большие разрушения. Кроме того, нейтроны — это то самое излучение, которое вызывает наведенную радиоактивность в облучаемых веществах, то есть превращает стабильные изотопы в радиоактивные.

Это крайне неприятный эффект: скажем, с транспортных средств после пребывания в очаге радиационной аварии альфа-, бета- и гамма-активную пыль можно смыть, а вот от нейтронной активации избавиться невозможно — излучает уже сам корпус (на этом, кстати, и был основан поражающий эффект нейтронной бомбы, активировавшей броню танков).

При измерении и оценке радиации используется такое количество различных понятий и единиц, что обычному человеку немудрено и запутаться. 
Экспозиционная доза пропорциональна количеству ионов, которые создает гамма- и рентгеновское излучения в единице массы воздуха. Ее принято измерять в рентгенах (Р).
Поглощенная доза показывает количество энергии излучения, поглощенное единицей массы вещества. Ранее ее измеряли в радах (рад), а сейчас – в греях (Гр).
Эквивалентная доза дополнительно учитывает разницу в разрушительной способности разных типов радиации. Ранее её измеряли в «биологических эквивалентах рада» — бэрах (бэр), а сейчас – в зивертах (Зв).
Эффективная доза учитывает ещё и различную чувствительность разных органов к радиации: например, облучать руку куда менее опасно, чем спину или грудь. Ранее измерялась в тех же бэрах, сейчас — в зивертах.

Перевод одних единиц измерения в другие не всегда корректен, но в среднем принято считать, что экспозиционная доза гамма-излучения в 1 Р принесёт организму такой же вред, как эквивалентная доза 1/114 Зв. Перевод рад в греи и бэров в зиверты очень прост: 1 Гр = 100 рад, 1 Зв = 100 бэр. Для перевода поглощённой дозы в эквивалентную используют т.н. «коэффициент качества излучения», равный 1 для гамма- и бета-излучения, 20 для альфа-излучения и 10 для быстрых  нейтронов. Например, 1 Гр быстрых нейтронов = 10 Зв = 1000 бэр.
Природная мощность эквивалентной дозы (МЭД) внешнего облучения обычно составляет 0,06 – 0,10 мкЗв/ч, но в некоторых местах может быть и менее 0,02 мкЗв/ч или более 0,30 мкЗв/ч. Уровень более 1,2 мкЗв/ч в России официально считается опасным, хотя в салоне самолёта во время перелёта МЭД может многократно превышать это значение.

А экипаж МКС подвергается облучению с мощностью примерно 40 мкЗв/ч.

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

Газоразрядные счетчики

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

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

Полупроводники и сцинтилляторы

Вместо ионизационной камеры можно использовать полупроводниковый датчик. Простейшим примером служит обычный диод, к которому приложено запирающее напряжение: при попадании ионизирующей частицы в p-n-переход она создает дополнительные носители заряда, которые приводят к появлению импульса тока. Чтобы повысить чувствительность, используют так называемые pin-диоды, где между слоями p- и n-полупроводников есть относительно толстый слой нелегированного полупроводника. Такие датчики компактны и позволяют измерять энергию частиц с высокой точностью. Но объем чувствительной области у них мал, а потому чувствительность ограничена. Кроме того, они куда дороже газоразрядных.

Еще один принцип — подсчет и измерение яркости вспышек, которые возникают в некоторых веществах при поглощении частиц ионизирующего излучения. Увидеть невооруженным глазом эти вспышки нельзя, но специальные высокочувствительные приборы — фотоэлектронные умножители — на это способны. Они даже позволяют измерять изменение яркости во времени, что характеризует потери энергии каждой отдельной частицей. Датчики на этом принципе называют сцинтилляторными.

Щит от радиации

Для защиты от гамма-излучения наиболее эффективны тяжелые элементы, такие как свинец. Чем больше номер элемента в таблице Менделеева, тем сильнее в нем проявляется фотоэффект. Степень защиты зависит и от энергии частиц излучения. Даже свинец ослабляет излучение от цезия-137 (662 кэВ) лишь в два раза на каждые 5 мм своей толщины. В случае кобальта-60 (1173 и 1333 кэВ) для двукратного ослабления потребуется уже более сантиметра свинца. Лишь для мягкого гамма-излучения, такого как излучение кобальта-57 (122 кэВ), серьезной защитой будет и достаточно тонкий слой свинца: 1 мм ослабит его раз в десять. Так что противорадиационные костюмы из фильмов и компьютерных игр в реальности защищают лишь от мягкого гамма-излучения.

Бета-излучение полностью поглощается защитой определенной толщины. Например, бета-излучение цезия-137 с максимальной энергией 514 кэВ (и средней 174 кэВ) полностью поглощается слоем воды толщиной в 2 мм или всего 0,6 мм алюминия. А вот свинец для защиты от бета-излучения использовать не стоит: слишком быстрое торможение бета-электронов приводит к образованию рентгеновского излучения. Чтобы полностью поглотить излучение стронция-90, нужно менее 1,5 мм свинца, но для поглощения образовавшегося при этом рентгеновского излучения требуется еще сантиметр!

Существует устоявшийся миф о «защитном» действии спиртного, однако он не имеет под собой никакого научного обоснования. Даже если красное вино содержит природные антиоксиданты, которые теоретически могли бы выступать в роли радиопротекторов, их теоретическая польза перевешивается практическим вредом от этанола, который повреждает клетки и является нейротоксическим ядом.
Чрезвычайно живучая народная рекомендация пить йод, чтобы не «заразиться радиацией» оправдана разве что для 30-километровой зоны вокруг  свежевзорвавшейся АЭС. В этом случае используется йодид калия, чтобы «не пустить» в щитовидку радиоактивный йод-131 (период полураспада – 8 суток). Используется тактика меньшего зла: пусть лучше щитовидная железа будет «забита» обычным, а не радиоактивным йодом. И перспектива получить расстройство функций щитовидки меркнет перед раком или даже летальным исходом. Но вне зоны заражения глотать таблетки, пить спиртовой раствор йода или мазать им шею спереди не имеет никакого смысла — профилактического значения это не имеет, а вот  заработать йодное отравление и превратить себя в пожизненного пациента эндокринолога можно легко.

От внешнего альфа-облучения защититься проще всего: для этого достаточно листа бумаги. Впрочем, большая часть альфа-частиц не проходит в воздухе и пяти сантиметров, так что защита может потребоваться разве что в случае непосредственного контакта с радиоактивным источником. Куда важнее защититься от попадания альфа-активных изотопов внутрь организма, для чего используется маска-респиратор, а в идеале — герметичный костюм с изолированной системой дыхания.

Наконец, от быстрых нейтронов лучше всего защищают богатые водородом вещества. Например, углеводороды, самый лучший вариант — полиэтилен. Испытывая столкновения с атомами водорода, нейтрон быстро теряет энергию, замедляется и вскоре становится неспособен вызывать ионизацию. Однако такие нейтроны все еще могут активировать, то есть преобразовывать в радиоактивные, многие стабильные изотопы. Поэтому в нейтронную защиту часто добавляют бор, который очень сильно поглощает такие медленные (их называют тепловыми) нейтроны. Увы, толщина полиэтилена для надежной защиты должна быть как минимум 10 см. Так что она получается ненамного легче, чем свинцовая защита от гамма-излучения.

Таблетки от радиации

Человеческий организм более чем на три четверти состоит из воды, так что основное действие ионизирующего излучения — радиолиз (разложение воды). Образующиеся свободные радикалы вызывают лавинный каскад патологических реакций с возникновением вторичных «осколков». Кроме того, излучение повреждает химические связи в молекулах нуклеиновых кислот, вызывая дезинтеграцию и деполимеризацию ДНК и РНК. Инактивируются важнейшие ферменты, имеющие в своем составе сульфгидрильную группу — SH (аденозинтрифосфатаза, сукциноксидаза, гексокиназа, карбоксилаза, холинэстераза). При этом нарушаются процессы биосинтеза и энергетического обмена, из разрушенных органелл в цитоплазму высвобождаются протеолитические ферменты, начинается самопереваривание. В группе риска в первую очередь оказываются половые клетки, предшественники форменных элементов крови, клетки желудочно-кишечного тракта и лимфоциты, а вот нейроны и мышечные клетки к ионизирующему излучению довольно устойчивы.

Препараты, способные защитить от последствий облучения, стали активно разрабатываться в середине XX века. Более-менее эффективными и пригодными для массового использования оказались лишь некоторые аминотиолы, такие как цистамин, цистеамин, аминоэтилизотиуроний. По сути они являются донорами — SH групп, подставляя их под удар вместо «родных».

Радиация вокруг нас

Чтобы столкнуться с радиацией «лицом к лицу», аварии вовсе не обязательны. Радиоактивные вещества широко применяются в быту. Природной радиоактивностью обладает калий — очень важный для всего живого элемент. Из-за малой примеси изотопа K-40 в природном калии «фонит» диетическая соль и калийные удобрения. В некоторых старых объективах использовалось стекло с примесью оксида тория. Этот же элемент добавляют в некоторые современные электроды для аргоновой сварки. До середины ХХ века активно использовали приборы с подсветкой на основе радия (в наше время радий заменили на менее опасный тритий). В некоторых датчиках дыма используется альфа-излучатель на основе америция-241 или высокообогащенного плутония-239 (да-да, того самого, из которого делают ядерные бомбы). Но волноваться не стоит — вред здоровью от всех этих источников значительно меньше вреда от беспокойства по этому поводу.

Альфа, бета, гамма излучения – таблица радиоактивности кратко (11 класс)

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 129.

Обновлено 3 Марта, 2021

4. 3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 129.

Обновлено 3 Марта, 2021

Из курса физики в 11 классе известно, что радиоактивное излучение испускается тяжелыми элементами при радиоактивном распаде. Ядро тяжелого элемента превращается в более легкие, испуская при этом излучение, которое имеет сложный состав. Поговорим кратко об основных видах радиоактивного излучения — альфа, бета, гамма.

Радиоактивное излучение

Радиоактивность была случайно открыта А. Беккерелем в конце XIX в. Оказалось, что все тяжелые элементы с номером более 83 постоянно испускают невидимые лучи, которые способны засвечивать фотопластинки даже без их экспонирования.

Рис. 1. Открытие радиоактивности Беккерелем.

При более детальном исследовании радиоактивного излучения выяснилось, что оно имеет сложный состав. Э. Резерфорд поставил эксперимент, в котором радиоактивное излучение радия проходило сквозь сильное магнитное поле и при этом распадалось на три компоненты с различными проникающими и ионизирующими способностями. Эти компоненты были названы альфа-, бета-, гамма-излучением.

Рис. 2. Опыт Резерфорда по составу излучения.

В дальнейшем были обнаружены и некоторые другие виды излучения (например, нейтронное), однако эти три вида встречались наиболее часто и сопровождали распад практически всех тяжелых элементов.

Альфа-излучение

Альфа-лучами назвали положительно заряженные частицы, слабо отклонявшиеся магнитным полем. Альфа-излучение обладало самой малой проникающей способностью, но при этом наиболее сильно ионизировало вещество. По отклонению альфа-частиц установили, что отношение заряда к массе у этих частиц вдвое меньше, чем у протона, а масса — вчетверо больше, чем масса протона.

Было сделано предположение (позже доказанное), что альфа-частицы представляют собой ядра гелия. Большой заряд и масса частиц обусловили их высокую ионизирующую способность. При этом частицы быстро теряют энергию, и поэтому проникающая способность альфа-частиц очень невелика.

Слой вещества порядка миллиметра полностью задерживает поток альфа-частиц. Например, внутрь живой ткани альфа-частицы не проникают, задерживаясь кожей. Однако высокая ионизирующая способность приводит к сильным кожным ожогам. Еще более опасно попадание альфа-радиоактивных препаратов внутрь организма.

Бета-излучение

Бета-излучением были названы лучи, сильно отклоняющиеся магнитным полем в противоположную (относительно альфа-излучения) сторону. Такое отклонение означало, что бета-частицы имеют отрицательный заряд, а их отношение заряда к массе гораздо больше, чем у альфа-частиц и у протонов.

Дальнейшие исследования бета-излучения показали, что оно имеет все те же характеристики, что и катодные лучи, а в 1897 г. Дж. Томсон открыл электрон и доказал, что бета-частицы являются электронами, летящими с большой скоростью.

Бета-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, по сравнению с альфа-излучением, но при этом более глубоко проникает в вещество.

Гамма-излучение

Наиболее высокой проникающей способностью обладает гамма-излучение. Эта компонента радиоактивных лучей не взаимодействует с магнитным полем, следовательно, гамма-частицы не имеют электрического заряда. Детальное изучение гамма-частиц показало, что их свойства эквивалентны квантам электромагнитного излучения (фотонам) высоких энергий с очень малой длины волны.

Гамма-излучение обладает наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью: для защиты от гамма-излучения требуется слой вещества большой толщины.

Сравнительные характеристики радиоактивных излучений удобно представить в виде таблицы:

Рис. 3. Таблица: альфа-, бета-, гамма-излучения.

Что мы узнали?

Главными компонентами радиоактивного излучения являются альфа-, бета- и гамма-частицы. Альфа-частицы — это положительно заряженные ядра гелия, бета-частицы — это отрицательные электроны, гамма-частицы — это нейтральные фотоны высоких энергий.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 129.

---

А какая ваша оценка?

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

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

47579

  ↵

 Цели обучения

• Сравнить качественно ионизирующую и проникающую способность альфа-частиц \(\left( \alpha \right)\), бета-частиц \(\left( \beta \right)\) и гамма-лучей \(\ влево(\гамма\вправо)\).
• Выражают изменения атомного номера и массового числа радиоактивных ядер при испускании альфа-, бета- или гамма-частицы.
• Напишите ядерные уравнения для реакций альфа- и бета-распада.

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

При естественном радиоактивном распаде происходят три обычных выброса. Когда эти выбросы впервые наблюдались, ученые не смогли идентифицировать их как какие-то уже известные частицы и назвали их так:

.

• альфа-частицы (\(\альфа\))
• бета-частиц \(\left( \beta \right)\)
• гамма-лучи \(\слева(\гамма\справа)\)

Эти частицы были названы с использованием первых трех букв греческого алфавита. Некоторое время спустя альфа-частицы были идентифицированы как ядра гелия-4, бета-частицы были идентифицированы как электроны, а гамма-лучи — как форма электромагнитного излучения, подобного рентгеновским, за исключением гораздо более высокой энергии и еще более опасного для живых систем.

Ионизирующая и проникающая способность радиации

При всем излучении от природных и искусственных источников мы должны совершенно обоснованно беспокоиться о том, как все излучение может повлиять на наше здоровье. Повреждение живых систем наносится радиоактивным излучением, когда частицы или лучи поражают ткани, клетки или молекулы и изменяют их. Эти взаимодействия могут изменить молекулярную структуру и функцию; клетки больше не выполняют свою надлежащую функцию, а молекулы, такие как ДНК, больше не несут соответствующей информации. Большое количество радиации очень опасно, даже смертельно. В большинстве случаев радиация повреждает одну (или очень небольшое количество) клеток, разрушая клеточную стенку или иным образом препятствуя размножению клетки.

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

Большая часть угрозы радиации связана с легкостью или трудностью защиты от частиц. Стена какой толщины вам нужна, чтобы быть в безопасности? Способность каждого вида излучения проходить через вещество выражается через проникающая способность. Чем больше материала может пройти излучение, тем больше проникающая способность и тем опаснее оно. Как правило, чем больше присутствующая масса, тем выше ионизирующая способность и ниже проникающая способность.

Сравнивая только три распространенных типа ионизирующего излучения, альфа-частицы имеют наибольшую массу. Альфа-частицы примерно в четыре раза больше массы протона или нейтрона и примерно в 8000 раз больше массы бета-частицы. Из-за большой массы альфа-частицы она обладает наибольшей ионизирующей силой и наибольшей способностью повреждать ткани. Однако такой же большой размер альфа-частиц делает их менее способными проникать сквозь материю. Они очень быстро сталкиваются с молекулами при ударе о материю, добавляют два электрона и становятся безвредным атомом гелия. Альфа-частицы обладают наименьшей проникающей способностью и могут быть остановлены плотным листом бумаги или даже слоем одежды. Их также останавливает внешний слой омертвевшей кожи на людях. Может показаться, что это снимает угрозу со стороны альфа-частиц, но только от внешних источников. При ядерном взрыве или какой-либо ядерной аварии, когда радиоактивные излучатели распространяются в окружающей среде, излучатели могут вдыхаться или поступать с пищей или водой, и как только альфа-излучатель оказывается внутри вас, у вас нет никакой защиты.

Бета-частицы намного меньше альфа-частиц и, следовательно, обладают гораздо меньшей ионизирующей способностью (меньшая способность повреждать ткани), но их небольшой размер дает им гораздо большую проникающую способность. Большинство ресурсов говорят, что бета-частицы могут быть остановлены листом алюминия толщиной в четверть дюйма. Но опять же, самая большая опасность возникает, когда источник бета-излучения попадает внутрь вас.

Гамма-лучи — это не частицы, а высокоэнергетическая форма электромагнитного излучения (как рентгеновские лучи, но более мощные). Гамма-лучи — это энергия, не имеющая ни массы, ни заряда. Гамма-лучи обладают огромной проникающей способностью, и для их защиты требуется несколько дюймов плотного материала (например, свинца). Гамма-лучи могут пройти через тело человека, ничего не задев. Считается, что они обладают наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью.

Таблица \(\PageIndex{1}\) Сравнение проникающей способности, ионизирующей способности и экранирования альфа- и бета-частиц и гамма-излучения.

Альфа	\(\альфа\)	\(4 \mathrm{аму}\)	Очень низкий уровень	Очень высокий	Бумажная кожа
Бета	\(\бета\)	\(1 / 2000 \mathrm{аму}\)	Промежуточный уровень	Промежуточный	Алюминий
Гамма	\(\гамма\)	0 (только энергия)	Очень высокий	Очень низкий уровень	2-дюймовый свинец

Самый безопасный уровень радиации для человеческого тела равен нулю. Невозможно полностью избежать ионизирующего излучения, поэтому следующая лучшая цель — подвергаться как можно меньшему воздействию. Два лучших способа минимизировать воздействие — ограничить время воздействия и увеличить расстояние от источника. 94Не}\). Откуда у альфа-частицы этот символ? Нижнее число в ядерном символе — это количество протонов. Это означает, что альфа-частица имеет два протона, потерянных атомом урана. Два протона также имеют заряд \(+2\). Верхнее число 4 — это массовое число или общее количество протонов и нейтронов в частице. Поскольку в ней два протона, а всего четыре протона и нейтрона, альфа-частицы также должны иметь два нейтрона. Альфа-частицы всегда имеют один и тот же состав: два протона и два нейтрона. 9{226}Ra} \label{alpha2} \]

Эти типы уравнений называются ядерными уравнениями и аналогичны химическому эквиваленту, обсуждавшемуся в предыдущих главах.

Бета-распад

Другим распространенным процессом распада является испускание бета-частиц или бета-распад. Бета-частица — это просто электрон высокой энергии, испускаемый ядром. Вам может показаться, что у нас тут логически сложная ситуация. Ядра не содержат электронов, но при бета-распаде из ядра вылетает электрон. В то же время, когда электрон вылетает из ядра, нейтрон превращается в протон. Заманчиво представить себе это как нейтрон, разбивающийся на две части, причем эти части являются протоном и электроном. Это было бы удобно для простоты, но, к сожалению, этого не происходит (подробнее на эту тему будет объяснено в конце этого раздела). Для удобства будем рассматривать бета-распад как расщепление нейтрона на протон и электрон. Протон остается в ядре, увеличивая атомный номер атома на единицу. Электрон выбрасывается из ядра и является частицей излучения, называемой бета.

Чтобы вставить электрон в ядерное уравнение и правильно сложить числа, электрону нужно было присвоить атомный номер и массовое число. Массовое число, присвоенное электрону, равно нулю (0), что разумно, поскольку массовое число — это число протонов плюс нейтроны, а электрон не содержит ни протонов, ни нейтронов. Атомный номер, присвоенный электрону, отрицательный (-1), потому что это позволяет ядерному уравнению, содержащему электрон, сбалансировать атомные номера. Следовательно, ядерный символ, представляющий электрон (бета-частицу), равен 9.{18} \: \text{кДж/моль}\). Это означает, что ядерные изменения требуют почти в раз больше энергии, чем химические изменения, на атом!

Примечание

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

Основные характеристики каждой реакции показаны на Рис. 17.3.2

Рис. 17.3.2 : Три наиболее распространенных режима ядерного распада. 94Не}\).

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

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

Массовые числа исходного ядра и нового ядра одинаковы, потому что нейтрон был потерян, но появился протон, поэтому сумма протонов и нейтронов остается неизменной. Атомный номер в процессе был увеличен на единицу, так как новое ядро ​​имеет на один протон больше, чем исходное ядро. В этом бета-распаде ядро ​​тория-234 имеет на один протон больше, чем исходное ядро. В этом бета-распаде ядро ​​тория-234 превратилось в ядро ​​протактиния-234. Протактиний-234 также является бета-излучателем и производит уран-234. 9{234}U} \label{nuke1} \]

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

Как насчет балансировки заряда?

И альфа-, и бета-частицы заряжены, но ядерные реакции в уравнениях \(\ref{alpha1}\), \(\ref{beta2}\) и большинство других ядерных реакций выше не сбалансированы по отношению к заряд, как обсуждалось при балансировке окислительно-восстановительных реакций. При изучении ядерных реакций в целом обычно мало информации или беспокойства о химическом состоянии радиоактивных изотопов, потому что электроны из электронного облака не участвуют непосредственно в ядерной реакции (в отличие от химических реакций). 9{234}Th} \nonumber \]

Серия распада

Распад радиоактивного ядра – это шаг к тому, чтобы стать стабильным. Часто радиоактивное ядро ​​не может достичь стабильного состояния в результате одного распада. В таких случаях произойдет серия распадов, пока не сформируется стабильное ядро. Примером этого является распад \(\ce{U}\)-238. Серия распадов \(\ce{U}\)-238 начинается с \(\ce{U}\)-238 и проходит через четырнадцать отдельных распадов, чтобы наконец достичь стабильного ядра, \(\ce{Pb}\)- 206 (рис. 17.3.3). Существуют аналогичные ряды распада для \(\ce{U}\)-235 и \(\ce{Th}\)-232. Серия \(\ce{U}\)-235 заканчивается на \(\ce{Pb}\)-207, а серия \(\ce{Th}\)-232 заканчивается на \(\ce{Pb}\ )-208.

Рисунок 17.3.3: Цепочка распада урана-238. (CC-BY-3.0 Tosaka)

Несколько радиоактивных ядер, встречающихся в природе, присутствуют там, потому что они образуются в одной из серий радиоактивного распада. Например, во время ее образования на Земле мог быть радон, но этот первоначальный радон к этому времени уже полностью распался. Радон, который присутствует сейчас, присутствует, потому что он образовался в результате распада (в основном U-238).

Резюме

Ядерная реакция — это реакция, которая изменяет структуру ядра атома. Атомные числа и массовые числа в ядерном уравнении должны быть сбалансированы. Протоны и нейтроны состоят из кварков. Двумя наиболее распространенными видами естественной радиоактивности являются альфа-распад и бета-распад. Большинство ядерных реакций излучают энергию в виде гамма-лучей.

Словарь

• Альфа-распад — Распространенный вид радиоактивного распада, при котором ядро ​​испускает альфа-частицу (ядро гелия-4).
• Бета-распад — Распространенный вид радиоактивного распада, при котором ядро ​​испускает бета-частицы. Дочернее ядро ​​будет иметь более высокий атомный номер, чем исходное ядро.
• Кварк — Частицы, образующие одну из двух основных составляющих материи. Различные виды кварков комбинируются особым образом, образуя протоны и нейтроны, и в каждом случае требуется ровно три кварка, чтобы составить составную частицу.

---

ПОД ЛИЦЕНЗИЕЙ

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Лицензия

   СК-12

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. автор@Генри Агнью
   2. автор@Мариса Альвиар-Агнью
   3. источник@https://www.ck12.org/c/chemistry/

Альфа-, бета- и гамма-излучение: свойства

Альфа- и бета-излучение являются типами излучения частиц , , в то время как гамма-излучение является типом электромагнитного излучения . Расщепление атома приводит к излучению альфа- и бета-частиц. Движение электрических зарядов вызывает гамма-излучение. Рассмотрим подробнее каждый вид излучения.

Эффекты альфа-, бета- и гамма-излучения, Wikimedia Commons

• Альфа- и бета-излучение = излучение частиц (вызванное разрушением атома)
• Гамма-излучение = электромагнитное излучение (вызванное движением электрических зарядов)

Различия между альфа-, бета- и гамма-излучением

Вы когда-нибудь задумывались, в чем разница между альфа-, бета- и гамма-излучением? И где и как мы используем каждый вид излучения в повседневной жизни? Давай выясним!

Что такое альфа-излучение?

Альфа-излучение состоит из быстро движущихся ядер гелия , выброшенных из ядер тяжелых нестабильных атомов за счет электромагнитных и сильных взаимодействий.

Альфа-частицы состоят из два протона и два нейтрона и имеют дальность полета до нескольких сантиметров в воздухе. Процесс образования альфа-частиц называется альфа-распадом .

Хотя эти частицы могут поглощаться металлической фольгой и папиросной бумагой, они обладают высокой ионизирующей способностью (т. е. обладают достаточной энергией для взаимодействия с электронами и отрыва их от атомов). Среди трех типов излучения альфа-излучение является не только наименее проникающим с наименьшим радиусом действия, но также 0054 наиболее ионизирующая форма излучения .

Альфа-частица, Wikimedia Commons

Альфа-распад

Во время альфа-распада число нуклонов (сумма числа протонов и нейтронов, также называемая массовым числом) уменьшается на четыре, а число протонов уменьшается на два. Это общая форма уравнения альфа-распада , которое также показывает, как альфа-частицы представлены в изотопных обозначениях:

Число нуклонов = число протонов + нейтронов (также называемое массовым числом).

Ядро радия-226 в процессе альфа-распада, Wikimedia Commons

Некоторые применения альфа-излучения

Источники, излучающие альфа-частицы, в настоящее время имеют множество применений благодаря уникальным свойствам альфа-частиц. Вот несколько примеров таких применений:

Альфа-частицы используются в детекторах дыма. Испускание альфа-частиц генерирует постоянный ток, который измеряет устройство. Устройство прекращает измерение тока, когда частицы дыма блокируют поток тока (альфа-частицы), что приводит к срабатыванию сигнализации.

Альфа-частицы также могут использоваться в радиоизотопных термоэлектриках . Это системы, использующие радиоактивные источники с длительным периодом полураспада для производства электроэнергии. Распад создает тепловую энергию и нагревает материал, создавая ток при повышении его температуры.

Проводятся исследования с альфа-частицами, чтобы выяснить, можно ли вводить источники альфа-излучения внутрь человеческого тела и направлять на опухоли для подавления их роста .

Что такое бета-излучение?

Бета-излучение состоит из бета-частиц, которые представляют собой быстро движущихся электронов или позитронов, выбрасываемых из ядра во время бета-распада.

Бета-частицы относительно ионизируют по сравнению с гамма-фотонами, но не настолько ионизируют, как альфа-частицы. Бета-частицы также умеренно проникают и могут проходить через бумагу и очень тонкую металлическую фольгу. Однако бета-частицы не могут пройти через несколько миллиметров алюминия.

Бета-частица, Wikimedia Commons

Бета-распад

При бета-распаде может образоваться либо электрон, либо позитрон. Испускаемая частица позволяет классифицировать излучение на два типа: бета-минус-распад (β ⁻ ) и бета-плюс-распад (β ⁺ ).

1. Бета минус распад

Когда испускается электрон , этот процесс называется бета минус распад . Это вызвано распадом нейтрона на протон (который остается в ядре), электрон и антинейтрино. В результате число протонов увеличивается на единицу, а число нуклонов не меняется.

Это уравнения для распада нейтрона и бета минус распад :

n ⁰ это нейтрон, p ^{— 60 протон,}

это +

электрон , а ν — антинейтрино. Этот распад объясняет изменение атомного и массового чисел элемента X, а буква Y показывает, что теперь мы имеем другой элемент, потому что атомный номер увеличился.

2. Бета плюс распад

Когда испускается позитрона , этот процесс называется бета плюс распад . Это вызвано распадом протона на нейтрон (который остается в ядре), позитрон и нейтрино. В результате число протонов уменьшается на единицу, а число нуклонов не меняется.

Вот уравнения для распада протона и бета плюс распад :

n ⁰ — нейтрон, p ⁺ — протон, e ⁺ — позитрон, ν — нейтрино. Этот распад объясняет изменение атомного и массового чисел элемента X, а буква Y показывает, что теперь мы имеем другой элемент, потому что атомный номер уменьшился.

• Позитрон также известен как антиэлектрон. Это античастица электрона и имеет положительный заряд.
• Нейтрино — очень маленькая и легкая частица. Он также известен как фермион.
• Антинейтрино — это античастица, не имеющая электрического заряда.

Хотя изучение нейтрино и антинейтрино выходит за рамки данной статьи, важно отметить, что эти процессы подчиняются определенным законам сохранения .

Например, при бета-минус-распаде мы переходим от нейтрона (нулевой электрический заряд) к протону (+1 электрический заряд) и электрону (-1 электрический заряд). Сумма этих зарядов дает нам ноль , с которого мы начали. Это следствие закона сохранения заряда . Нейтрино и антинейтрино выполняют аналогичную роль с другими величинами.

Нас интересуют электроны, а не нейтрино, потому что электроны намного тяжелее нейтрино, а их излучение имеет значительные эффекты и особые свойства.

Бета-распад, Wikimedia Commons

Некоторые применения бета-излучения

Как и альфа-частицы, бета-частицы имеют широкий спектр применений. Их средняя проникающая способность и ионизационные свойства дают бета-частицам уникальный набор приложений, подобных гамма-излучению.

Бета-частицы используются для ПЭТ-сканеров . Это позитронно-эмиссионные томографы, которые используют радиоактивные индикаторы для визуализации кровотока и других метаболических процессов. Различные индикаторы используются для наблюдения за различными биологическими процессами.

Бета-трассеры также используются для исследования количества удобрения , достигающего различных частей растений. Для этого в раствор удобрения вводят небольшое количество радиоизотопного фосфора.

Бета-частицы используются для контроля толщины металлической фольги и бумаги . Количество бета-частиц, достигающих детектора на другой стороне, зависит от толщины продукта (чем толще лист, тем меньше частиц достигает детектора).

Что такое гамма-излучение?

Гамма-излучение представляет собой форму высокоэнергетического (высокочастотного/коротковолнового) электромагнитного излучения .

Поскольку гамма-излучение состоит из фотоны без заряда , гамма-излучение не очень ионизирующее . Это также означает, что лучи гамма-излучения не отклоняются магнитными полями. Тем не менее его проникающая способность намного выше , чем проникающая способность альфа- и бета-излучения. Однако толстый бетон или несколько сантиметров свинца могут препятствовать гамма-излучению.

Гамма-излучение не содержит массивных частиц, но, как мы обсуждали для нейтрино, его излучение подчиняется определенным законам сохранения. Эти законы подразумевают, что даже если частицы с массой не испускаются, состав атома должен измениться после испускания фотонов.

Гамма-излучение, Wikimedia Commons

Некоторые применения гамма-излучения

Поскольку гамма-излучение имеет самую высокую проникающую и самую низкую ионизирующую способность , оно имеет уникальные применения.

Гамма-излучение используется для обнаружения утечек в трубопроводах. Подобно ПЭТ-сканерам (где также используются источники гамма-излучения), радиоизотопные индикаторы (радиоактивные или нестабильные распадающиеся изотопы) способны отображать утечки и поврежденные участки трубопроводов.

Процесс гамма-излучение стерилизация может убить микроорганизмы , поэтому служит эффективным средством очистки медицинского оборудования.

Как форма электромагнитного излучения, гамма-лучи могут быть сконцентрированы в лучи, которые могут убивать раковые клетки. Эта процедура известна как операция гамма-ножа .

Гамма-излучение также полезно для астрофизических наблюдений (позволяет нам наблюдать за источниками и областями пространства относительно интенсивности гамма-излучения), мониторинг толщины в промышленности (аналогично бета-излучению) и изменение внешнего вида драгоценных камней.

Альфа-, бета- и гамма-излучение являются типами ядерного излучения

Альфа-, бета- и гамма-излучение являются типами ядерного излучения , но как было открыто ядерное излучение?

Открытие ядерного излучения

Мария Кюри изучала радиоактивность (ядерное излучение) вскоре после того, как другой известный ученый по имени Анри Беккерель открыл спонтанную радиоактивность. Кюри обнаружил, что уран и торий радиоактивны, благодаря использованию электрометра, который показал, что воздух вокруг радиоактивных образцов стал заряженным и проводящим.

Мария Кюри также ввела термин «радиоактивность» после открытия полония и радия. Ее вклад в 1903 и 1911 годах будет отмечен двумя Нобелевскими премиями. Другими влиятельными исследователями были Эрнест Резерфорд и Пол Виллар. Резерфорд дал название и открыл альфа- и бета-излучение, а Виллар открыл гамма-излучение.

Исследование Резерфордом типов альфа-, бета- и гамма-излучения показало, что альфа-частицы являются ядрами гелия из-за их специфического заряда.

См. наше объяснение Резерфордовского рассеяния.

Приборы для измерения и обнаружения излучения

Существуют различные способы исследования, измерения и наблюдения за свойствами излучения. Некоторыми ценными устройствами для этого являются трубки Гейгера и камеры Вильсона.

Трубки Гейгера могут определять типы проникающего излучения и степень поглощения нерадиоактивных материалов. Это можно сделать, поместив различные материалы разной ширины между радиоактивным источником и счетчиком Гейгера. Трубки Гейгера-Мюллера — это детекторы, используемые в счетчиках Гейгера — обычном устройстве, используемом в радиоактивных зонах и на атомных электростанциях для определения интенсивности излучения.

Камеры Вильсона — это устройства, заполненные холодным, перенасыщенным воздухом, которые могут отслеживать пути альфа- и бета-частиц от радиоактивного источника. Следы возникают в результате взаимодействия ионизирующего излучения с материалом камеры Вильсона, который оставляет след ионизации . Бета-частицы оставляют завихрения неупорядоченных следов, а альфа-частицы оставляют относительно линейные и упорядоченные следы.

Атомная электростанция.

Воздействие альфа-, бета- и гамма-излучения

Радиация может разорвать химические связи, что может привести к разрушению ДНК . Радиоактивные источники и материалы нашли широкое применение, но при неправильном обращении они могут нанести серьезный ущерб. Однако существуют менее интенсивные и менее опасные виды излучения, которым мы подвергаемся каждый день и которые не причиняют никакого вреда в краткосрочной перспективе.

Естественные источники радиации

Радиация происходит каждый день, и существует много естественных источников радиации, таких как солнечные и космические лучи , которые исходят из-за пределов Солнечной системы и воздействуют на атмосферу Земли, проникая в некоторые (или во все) ее слои. Мы также можем найти другие естественные источники радиации в горных породах и почве.

Каковы последствия облучения?

Излучение частиц имеет способность повреждать клетки, повреждая ДНК , разрывая химические связи и изменяя работу клеток. Это влияет на репликацию клеток и их особенности при репликации. можно и вызывают рост опухолей . С другой стороны, гамма-излучение имеет более высокую энергию и состоит из фотонов, которые могут произвести ожогов .

Альфа-, бета- и гамма-излучение — основные выводы

• Альфа- и бета-излучение — это формы излучения, создаваемые частицами.