Что такое радиация

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Введение

И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в Космосе до возникновения самой Земли. Ионизирующее излучение сопровождало Большой взрыв, с которого, как полагают, началось существование нашей Вселенной около 20 миллиардов лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет космическое пространство. Радиоактивные элементы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Человеческий организм тоже слегка радиоактивен, так как во всякой живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества.

История вопроса

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик по образованию, которая и ввела в обиход слово «радиоактивность». В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в честь о родине Марии Кюри, а еще один — радием, поскольку по-латыни это слово означает «испускающий лучи». И открытие Беккереля, и исследования супругов Кюри были подготовлены более ранним, очень важным событием в научном мире — открытием в 1895 году рентгеновских лучей немецким физиком Вильгельмом Рентгеном.

Одним из первых, кто столкнулся с самым неприятным свойством ионизирующего излучения — его воздействием на ткани живого организма, был Беккерель. Беккерель держал пробирку с радием в кармане костюма и получил в результате ожог кожи. Мария Кюри умерла, по всей видимости, тоже от последствий воздействия ионизирующего излучения — злокачественного заболевания крови, поскольку слишком часто и в больших дозах подвергалась облучению. По крайней мере, 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.

Что такое радиация

В результате исследований учеными атома мы можем представить себе его строение. Мы знаем, что атом похож на Солнечную систему в миниатюре, в которой вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» — электроны. Размеры ядра в сто тысяч раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома. Ядро, как правило, состоит из более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом.

Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, атом кислорода–8, урана–92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов».

Некоторые нуклиды стабильны, т.е. при отсутствии внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. В качестве примера возьмем хотя бы атом уран-238, в ядре которого протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами сцепления. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: двух протонов и двух нейтронов (a-частица). Уран превращается, таким образом, в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Но торий-234 тоже нестабилен. Его превращение происходит, однако не так, как в предыдущем случае: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в проактиний-234, в ядре которого содержатся 91 протон и 143 нейтрона. Эта метаморфоза, происшедшая в ядре, сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах: один из них становится неспаренным и вылетает из атома. Протактиний очень нестабилен и ему требуется совсем немного времени на превращение. Далее следуют иные превращения, сопровождаемые излучениями, и вся эта цепочка в конце концов оканчивается стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много таких цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям.

При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Можно сказать (хотя это и не совсем строго), что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, — это a-излучение; испускание электрона, как в случае распада тория-234, — это b-излучение. Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую g-излучением. Как и в случае рентгеновских лучей (во многом подобных g-излучению), при этом не происходит испускания каких-либо частиц.