Виды и свойства радиоактивных излучений

По современным представлениям ядро атома состоит из нуклонов: протонов |р и нейтронов j.n. Размер ядра приблизительно в 105 раз меньше размера атома, но почти вся масса атома содержится именно в ядре. В природе наблюдается явление радиоактивного распада - самопроизвольное (без внешних воздействий) превращение ядер определенных элементов в ядра других элементов с испусканием радиоактивных излучений. Радиоактивные излучения исторически были названы альфа-, бета- и гамма-излучениями. Потоки альфа-частиц, электронов и позитронов, а также гамма- излучение возникают при радиоактивном распаде:

1) а-частицы образуются в результате а распада тяжелых ядер: а-частицы состоит из 4-х нуклонов: двух нейтронов и двух протонов;

2) потоки электронов и позитронов возникают в результате бетта распада

3) альфа и бетта- распады могут сопровождаться у-излучением (кванты электромагнитного поля с высокой энергией). Возможны и другие процессы, приводящие к гамма-излучению. К основным свойствам радиоактивных излучений относятся их проникающая и ионизирующая способности.

Ионизирующая способность излучения оценивается линейной плотностью ионизации i=dn/dl. Проникающая способность излучения оценивается длиной свободного пробега или средним линейным пробегом — среднее расстояние, которое проходит частица в данном веществе, пока она способна ионизировать. Ионизирующая и проникающая способности частиц зависят от их заряда и массы, а также от плотности вещества, в котором идет процесс ионизации. Чем больше заряд и масса частицы, тем больше ее способность ионизировать вещество и тем меньше ее средний линейный пробег. Выбитые при ионизации электроны могут выбивать вторичные электроны, обладающие энергией, достаточной для последующей ионизации веществ. Возникающее в результате комптон-эффекта рентгеновское излучение, в свою очередь, также может вызывать ионизацию. Рентгеновское излучение и гамма-фотоны, вызывая незначительную первичную ионизацию, порождают вторичную, в результате которой полный ионизационный эффект может быть весьма значительным.

Естественный радиоактивный фон Земли.

На биосферу Земли непрерывно действует космическое излучение, а также потоки альфа- и бета-частиц, гамма-квантов в результате излучения различных радионуклидов, рассеянных в земной коре, воде подземных источников, реках, морях и океанах, в воздухе. Кроме того, радионуклиды входят в состав живых организмов. Совокупность излучений этих радиоактивных источников называется природным или естественным радиоактивным фоном. Наиболее распространенные на Земле радионуклиды - это Rn, Rn и К, а также радионуклиды, составляющие ряды урана. Радиационный фон Земли определяется в основном следующими природными источниками (в % указан вклад соответствующего источника в общий фон):

Rn и Rn - 50%

К - 15%

космические лучи - 15%

нуклиды ряда урана - 20%

Изотоп радона Rn дает альфа-излучение 5,5 МэВ на нуклон, сопровождающееся испусканием гамма-фотонов 0,5 МэВ. В массе стабильного К содержится 0,01% изотопа К, ядра которого распадаются с образованием Са, бета-излучения и гамма-квантов. Этот изотоп калия содержится в почве, удобрениях, а также в головном мозге, мышцах, селезенке и костном мозге. Космические лучи возникают в результате межзвездных и галактических событий и активности Солнца. Космическое излучение состоит из потоков протонов высоких энергий, альфа-частиц, ядер некоторых элементов, потоков электронов, фотонов и нейтронов. Магнитное поле Земли отклоняет низко энергетические заряженные частицы. Частицы высоких энергий, взаимодействуя с атмосферой, образуют в результате ядерных реакций целую серию радионуклидов 3Н, 7Ве, 2 2Na и др. и потоки нейтронов и протонов. Образуются космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающее в нижние слои атмосферы. На биосферу воздействует ионизирующий компонент вторичного космического излучения. Оно дает 1,9-2,5 ионизации / см3 за 1 с на уровне моря; в горах в 2—3 раза выше. Средняя мощность дозы облучения от всех источников природной радиации на гонады, гаверсовы костные каналы и костный мозг человека как наиболее чувствительные ткани к действию радиации составляет около 200 мбэр в год (2 мЗв в год). Однако радиационный фон в зависимости от местоположения, времени года, наличия промышленных предприятий и др. может меняться в значительных пределах. Так, в городах мощность дозы фонового излучения составляет в среднем около 20 мкР/час и может меняться в 2 и более раза в различных районах города.

Важно отметить, что природный радиоактивный фон, оказывая влияние на развитие жизни на Земле, является неотъемлемой частью сферы обитания человека. В условиях радиоактивного фона происходят такие процессы, как деление одноклеточных организмов и клеток, развитие эмбрионов насекомых, рост и развитие высших растений и животных.