Пояснення до роботи. Альфа-частинки - це потік важких заряджених частинок - ядер гелію

корпускулярні випромінювання - іонізуючі випромінювання, що складаються з частинок з масою, відмінною від нуля.

Альфа-випромінювання - потік позитивно заряджених частинок (ядер атомів гелію - 24Не), який рухається зі швидкістю близько 20000 км / с. Альфа-промені утворюються при радіоактивному розпаді ядер елементів з великими порядковими номерами і при ядерних реакціях, перетвореннях. Енергія їх коливається в межах 4-9 (2-11) МеВ. Пробіг a-частинок в речовині залежить від їх енергії і від природи речовини, в якому вони рухаються. В середньому в повітрі пробіг становить 2-10 см, в біологічної тканини - кілька мікрон. Так як a-частинки масивні і мають відносно великою енергією, шлях їх в речовині прямолінійний , Вони викликають сильно виражений ефект іонізації. Питома іонізація становить приблизно 40000 пар іонів на 1 см пробігу в повітрі (на всій довжині пробігу може створюватися до 250 тисяч пар іонів). У біологічної тканини на шляху в 1-2 мікрона також створюється до 40000 пар іонів. Вся енергія передається клітинам організму, завдаючи йому величезної шкоди.

Альфа-частинки затримуються аркушем паперу і практично не можуть проникати через зовнішній (зовнішній) шар шкіри, вони поглинаються роговим шаром шкіри. Тому a-випромінювання не є небезпечним до того часу, поки радіоактивні речовини, що випромінюють a-частинки, не потраплять всередину організму через відкриту рану, з їжею або повітрям - тоді вони стають надзвичайно небезпечними .

Бета-випромінювання - потік b-частинок, що складається з електронів (негативно заряджених частинок) і позитронів (позитивно заряджених частинок), що випускаються атомними ядрами при їх b-розпаді. Маса β-частинок в абсолютному вираженні дорівнює 9,1х10-28 р Бета-частинки несуть один елементарний електричний заряд і поширюються в середовищі зі швидкістю від 100 тис. Км / с до 300 тис. Км / с (тобто до швидкості світла) в залежності від енергії випромінювання. Енергія b-частинок коливається в значних межах. Це пояснюється тим, що при кожному b-розпаді радіоактивних ядер утворюється енергія розподіляється між дочірнім ядром, b-частинками і нейтрино в різних співвідношеннях, причому енергія b-частинок може коливатися від нуля до якогось максимального значення. Максимальна енергія лежить в межах від 0,015-0,05 МеВ (м'яке випромінювання) до 3-13,5 МеВ (жорстке випромінювання).

Так як b-частинки мають заряд, то під дією електричного і магнітного полів вони відхиляються від прямолінійного напряму. Володіючи дуже малою масою, b-частинки при зіткненні з атомами і молекулами також легко відхиляються від свого первісного напрямку (тобто відбувається сильне розсіювання їх). Тому визначити довжину шляху бета-частинок дуже важко - цей шлях занадто звивистий. Пробіг
b-частинок в зв'язку з тим, що вони мають різний запасом енергії також піддається коливанням. Довжина пробігу в повітрі може досягати
25 см, а іноді і декількох метрів. У біологічних тканинах пробіг частинок становить до 1 см. На шлях пробігу впливає також щільність середовища.

Іонізуюча здатність бета-частинок значно нижче, ніж альфа-частинок. Ступінь іонізації залежить від швидкості: менше швидкість - більше іонізація. На 1 см шляху пробігу в повітрі b-частинки утворює
50-100 пар іонів (1000-25 тис. Пар іонів на всьому шляху в повітрі). Бета-частинки високих енергій, Пролітаючи повз ядра занадто швидко, не встигають викликати такий же сильний іонізуючий ефект, як повільні бета-частинки. При втраті енергії захоплюється або позитивним іоном з утворенням нейтрального атома, або атомом з утворенням негативного іона.

нейтронне випромінювання - випромінювання, що складається з нейтронів, тобто нейтральних частинок. Нейтрони утворюються при ядерних реакціях (ланцюгової реакції поділу ядер важких радіоактивних елементів, при реакціях синтезу більш важких елементівз ядер водню). Нейтронне випромінювання є побічно іонізіруемим; утворення іонів відбувається не під дією самих нейтронів, а під дією вторинних важких заряджених частинок і гамма-квантів, яким нейтрони передають свою енергію. Нейтронне випромінювання надзвичайно небезпечно внаслідок своєї високої проникаючої здатності (пробіг в повітрі може досягати декілька тисяч метрів). Крім того нейтрони можуть викликати наведену (в тому числі і в живих організмах), перетворюючи атоми стабільних елементів в їх радіоактивні. Від нейтронного опромінення добре захищають водородсодержащие матеріали (графіт, парафін, вода і т.д.).

Залежно від енергії розрізняють наступні нейтрони:

1. надшвидкі нейтрони з енергією в 10-50 МеВ. Вони утворюються при ядерних вибухах і роботі ядерних реакторів.

2. Швидкі нейтрони, енергія їх перевищує 100 кеВ.

3. Проміжні нейтрони - енергія їх від 100 кеВ до 1 кеВ.

4. Повільні і теплові нейтрони. Енергія повільних нейтронів не перевищує 1 кеВ. Енергія теплових нейтронів досягає 0,025 еВ.

Нейтронне випромінювання використовують для нейтронної терапії в медицині, визначення змісту окремих елементів і їх ізотопів в біологічних середовищах і т.д. У медичній радіології використовуються головним чином швидкі і теплові нейтрони, в основному використовують калифорний-252, що розпадається з викидом нейтронів із середньою енергією в 2,3 МеВ.

електромагнітні випромінювання розрізняються за своїм походженням, енергії, а також по довжині хвилі. До електромагнітним випромінюванням ставляться рентгенівське випромінювання, гамма-випромінювання радіоактивних елементів і гальмівне випромінювання, що виникає при проходженні через речовину сильно прискорених заряджених частинок. Видиме світло і радіохвилі - теж електромагнітні випромінювання, але вони не іонізують речовину, бо характеризуються великою довжиною хвилі (меншою твердістю). Енергія електромагнітного поля випромінюється не безперервно, а окремими порціями - квантами (фотонами). Тому електромагнітні випромінювання - це потік квантів або фотонів.

Рентгенівські випромінювання. Рентгенівські промені були відкриті Вільгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 р Рентгенівське випромінювання - це квантове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі 0,001-10 нм. Випромінювання з довжиною хвилі, що перевищує 0,2 нм умовно називають «м'яким» рентгенівським випромінюванням, а до 0,2 нм - «жорстким». Довжина хвилі - відстань, на яке випромінювання поширюється за один період коливання. Рентгенівське випромінювання, як і будь-яке електромагнітне випромінювання, поширюється зі швидкістю світла - 300000 км / с. Енергія рентгенівського випромінювання зазвичай не перевищує 500 кеВ.

Розрізняють гальмівне і характеристичне рентгенівське випромінювання. Гальмівне випромінювання виникає при гальмуванні швидких електронів в електростатичному полі ядра атомів (тобто при взаємодію електронів з ядрами атомів). При проходженні електрона високих енергій поблизу ядра спостерігається розсіювання (гальмування) електрона. Швидкість електрона знижується, і частина його енергії випускається у вигляді фотона гальмівного рентгенівського випромінювання.

Характеристичні рентгенівські випромінювання виникають, коли швидкі електрони проникають всередину атома і вибивають з внутрішніх рівнів (К, L і навіть М). Атом збуджується, а потім повертається в основний стан. При цьому електрони із зовнішніх рівнів заповнюють місця, що звільнилися у внутрішніх рівнях і при цьому випромінюються фотони характеристичного випромінювання з енергією, що дорівнює різниці енергії атома в збудженому і основному стані (що не перевищує 250 кеВ). Тобто характеристичне випромінювання виникає при перестроюванні електронних оболонок атомів. При різних переходах атомів із збудженого стану в збудженому, надлишок енергії може також випускати у вигляді видимого світла, інфрачервоних і ультрафіолетових променів. Так як рентгенівські променімають малу довжиною хвиль і менше поглинаються в речовині, то вони мають більшу проникаючу здатність.

Гамма-випромінювання - це випромінювання ядерного походження. Воно випускається ядрами атомів при альфа і бета розпаді природних штучних радіонуклідів в тих випадках, коли в дочірньому ядрі виявляється надлишок енергії, що не захоплений корпускулярним випромінюванням (альфа- і бета-частинкою). Цей надлишок енергії миттєво висвічується у вигляді гамма-квантів. Тобто гамма-випромінювання - це потік електромагнітних хвиль (квантів), який випромінюється в процесі радіоактивного розпаду при зміні енергетичного стану ядер. Крім того, гамма-кванти утворюються при антігіляціі позитрона і електрона. За властивостями гамма-випромінювання близько до рентгенівського випромінювання, але має більшу швидкістю і енергією. Швидкість поширення у вакуумі дорівнює швидкості світла - 300000 км / с. Так як гамма-промені не мають заряду, то в електричному і магнітному полях не відхиляються, поширюючись прямолінійно і рівномірно на всі боки від джерела. Енергія гамма-випромінювання коливається від десятків тисяч до мільйонів електрон-вольт (2-3 МеВ), рідко досягає 5-6 МеВ (так середня енергія гамма-променів, що утворюються при розпаді кобальту-60 дорівнює 1,25 МеВ). До складу потоку гамма-випромінювань входять кванти різних енергій. При розпаді 131

 теорія:Радіоактивність - зміна складу атомного ядра.

Альфа випромінювання - потік ядер гелію (потік позитивно заряджених частинок)
При альфа випромінювання масове число зменшується на 4, а Зарядове зменшується на 2.
Правило зміщення: при альфа випромінювання елемент зміщується на дві клітини до початку таблиці Менделєєва.

бета випромінювання - потік електронів (потік негативно заряджених частинок)
При бета випромінюванні масове число не змінюється, Зарядове збільшується на 1.
Правило зміщення: при бета випромінюванні елемент зміщується на одну клітку до кінця таблиці Менделєєва.

гамма випромінювання - електромагнітна хвиля високої частоти і проникаючу здатність.

При попаданні α і β частинок в магнітне поле на них діє сила, що відхиляє їх в сторону. Маса альфа частинок більше ніж маса бета частинок, тому вони відхиляються слабкіше. Напрямок сили знаходиться по. γ промені не откланяются.

періодом напіврозпадуназивається проміжок часу, протягом якого розпадається половина вихідної кількості радіоактивних ядер. Але закон напіврозпаду справедливий тільки для великого числа атомів. Так як неможливо передбачити коли розпадеться окремо взяте ядро, але для великого числа частинок цей закон справедливий.


При випущенні γ-кванта
1) масове і Зарядове числа ядра не змінюються
2) масове і Зарядове числа ядра збільшуються
3) масове число ядра не змінюється, Зарядове число ядра збільшується
4) масове число ядра збільшується, Зарядове число ядра не змінюється
Рішення:гамма випромінювання це електромагнітна хвиля, воно не впливає на склад атомного ядра, масове і Зарядове числа ядра не змінюються.
відповідь: 1
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Нижче наведені рівняння двох ядерних реакцій. Яка з них є реакцією β-розпаду?

1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б
Рішення:бета-розпад супроводжується випусканням електронів в жодній з реакцій немає електрона.
відповідь: 4
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Нижче наведені рівняння двох ядерних реакцій. Яка з них є реакцією β-розпаду?
1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б
Рішення:бета-розпад супроводжується випусканням електронів, в обох реакціях утворюється електрон ..
відповідь: 3

Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Використовуючи фрагмент Періодичної системи хімічних елементів, Представлений на малюнку, визначте, ізотоп якого елемента утворюється в результаті альфа-розпаду вісмуту.

1) ізотоп свинцю
2) ізотоп талію
3) ізотоп полонію
4) ізотоп астатин
Рішення:в результаті альфа-розпаду порядковий номер елемента зменшиться на 2, з вісмуту (Z = 83) елемент перетворитися в ізотоп талію (Z = 81)
відповідь: 2

Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Використовуючи фрагмент Періодичної системи хімічних елементів, представлений на малюнку, визначте, ізотоп якого елемента утворюється в результаті електронного бета-розпаду вісмуту.

1) ізотоп свинцю
2) ізотоп талію
3) ізотоп полонію
4) ізотоп астатин
Рішення:в результаті бета-розпаду порядковий номер елемента збільшиться на 1, з вісмуту (Z = 83) елемент перетворитися в ізотоп полонію (Z = 84)
відповідь: 3

Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Контейнер з радіоактивною речовиною поміщають в магнітне поле, в результаті чого пучок радіоактивного випромінювання розпадається на три компоненти (див. Малюнок).

Компонента (3) відповідає
1) гамма-випромінювання
2) альфа-випромінювання
3) бета-випромінювання
4) нейтронного випромінювання
Рішення:скористаємося правилом лівої руки, потік частинок направлений вгору, чотири пальці направимо вгору. Лінії магнітного поля спрямовані в площину екрану (від нас), лінії магнітного поля направляємо в долоню, відігнутий на 90 o великий палецьпоказує, що позитивно заряджені частинки відхиляються вліво. Компонента (3) відхилилася вправо, отже ці частинки негативно заряджені. Бета-випромінювання це потік негативно заряджених частинок.
2 спосіб:Компонента (3) відхиляється сильніше ніж компонента (1), значить у (3) маса менше. У електрона маса менше ніж у ядра гелію, значить компонента (3) це потік електронів (гамма-випромінювання)
відповідь: 3

Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Періодом напіврозпаду називається проміжок часу, протягом якого розпадається половина вихідної кількості радіоактивних ядер. На малюнку представлений графік зміни кількості N радіоактивних ядер з плином часу t.

Згідно з графіком період напіврозпаду дорівнює
1) 10 з
2) 20 з
3) 30 з
4) 40 з
Рішення:У момент часу t 1 = 20 секунд було N 1 = 40 · 10 6 радіоактивних ядер, половина радіоактивних ядер N 2 = 20 · 10 6 розпалася до моменту часу t 2 = 40 секунд, отже період напіврозпаду T = t 2 - t 1 = 40 - 20 = 20 c, з графіка видно, що за кожні 20 секунд розпадається половина залишилися атомів.
відповідь: 2
Завдання ОГЕ з фізики 2017:При альфа-розпаді ядра його Зарядове число
1) зменшується на 2 одиниці
2) зменшується на 4 одиниці
3) збільшується на 2 одиниці
4) збільшується на 4 одиниці
Рішення:При альфа-розпаді ядра його Зарядове число зменшується на 2 одиниці, тому що вилітає ядро ​​гелію з зарядом +2 е.
відповідь: 1
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):При дослідженні природної радіоактивності були виявлені три види випромінювань: альфа-випромінювання (потік альфа-частинок), бета-випромінювання (потік бета-частинок) і гамма-випромінювання. Які знак і модуль заряду бета-частинок?
1) позитивний і дорівнює за модулем елементарному заряду
2) позитивний і дорівнює за модулем двом елементарним зарядам
3) негативний і дорівнює по модулю елементарному заряду
4) бета-частинки не мають заряду
Рішення:бета-випромінювання це потік електронів, заряд електрона негативний і дорівнює по модулю елементарному заряду.
відповідь: 3
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Нижче наведені рівняння двох ядерних реакцій. Яка з них є реакцією α-розпаду?

1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б
Рішення:При альфа-розпаді утворюються ядра гелію, з двох реакцій тільки в другій утворюється ядро ​​гелію.
відповідь: 2
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Радіоактивний препарат поміщений в магнітне поле. У цьому полі можуть відхилитися
А. α-промені.
Б. β-промені.
Правильною відповіддю є
1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б
Рішення:рухається заряджена частинка потрапляючи в магнітне поле відхиляється, α-промені і β-промені мають заряд, отже, вони будуть відхиляться в магнітному полі.
відповідь: 3
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Які види радіоактивного випромінювання, що проходить через сильне магнітне поле, не відхиляються?
1) альфа-випромінювання
2) бета-випромінювання
3) гамма-випромінювання
4) альфа-випромінювання і бета-випромінювання
Рішення:рухається заряджена частинка потрапляючи в магнітне поле відхиляється, гамма-промені не мають заряду, тому в магнітному полі вони не відхиляються.
відповідь: 3
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Природна радіоактивність елемента
1) залежить від температури навколишнього середовища
2) залежить від атмосферного тиску
3) залежить від хімічної сполуки, до складу якого входить радіоактивний елемент
4) не залежить від перерахованих факторів
відповідь: 4
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Використовуючи фрагмент Періодичної системи хімічних елементів, представлений на малюнку, визначте склад ядра фтору з масовим числом 19.

1) 9 протонів, 10 нейтронів
2) 10 протонів, 9 нейтронів
3) 9 протонів, 19 нейтронів
4) 19 протонів, 9 нейтронів
Рішення:число протонів дорівнює порядковому номеру елемента, у фтору 9 протонів, що б знайти число нейтронів з масового числа віднімемо Зарядове 19-9 = 10.
відповідь: 1
Завдання ОГЕ з фізики (ФІПІ):Яке з трьох типів випромінювання - α, β або γ - має найменшу проникаючу здатність?
1) α
2) β
3) γ

Рішення:з трьох видів випромінювань, найбільші це α-частинки, ядра гелію крупніше ніж електрони і гамма кванти, отже, їм важче пройти через перешкоду.
відповідь: 1
Яке з трьох типів випромінювання - α, β або γ - володіє найбільшою проникаючою здатністю?
1) α
2) β
3) γ
4) проникаюча здатність всіх типів випромінювання однакова

Альфа-випромінювання (альфа-промені) - це один з видів іонізуючих випромінювань; являє собою потік швидко рухаються, що володіють значною енергією, позитивно заряджених частинок (альфа-частинок).

Основним джерелом альфа-випромінювання служать альфа-випромінювачі -, що випускають альфа-частинки в процесі розпаду. Особливістю альфа-випромінювань є його мала проникаюча здатність. Пробіг альфа-частинок в речовині (тобто шлях, на якому вони виробляють іонізацію) виявляється дуже коротким (соті частки міліметра в біологічних середовищах, 2,5-8 см в повітрі).

Однак уздовж короткого шляхуальфа-частинки створюють велике число іонів, тобто обумовлюють велику лінійну щільність іонізації. Це забезпечує виражену відносну біологічну ефективність, в 10 разів більшу, ніж при впливі рентгенівського і. При зовнішньому опроміненні тіла альфачастіци можуть (при досить великий поглиненої дози випромінювання) викликати сильні, хоча і поверхневі (короткий пробіг) опіки; при попаданні через довгоживучі альфа-випромінювачі розносяться по тілу потоком крові і депонуються в органах і ін., викликаючи внутрішнє опромінення організму. Альфа-випромінювання застосовують для лікування деяких захворювань. Див. Також, Випромінювання іонізуюче.

Альфа-випромінювання - потік позитивно заряджених α-частинок (ядер атомів гелію).

Основним джерелом альфа-випромінювання є природні радіоактивні ізотопи, багато з яких випускають при розпаді альфа-частинки з енергією від 3,98 до 8,78 МеВ. Завдяки великій енергії, дворазовому (в порівнянні з електроном) заряду і відносно невеликий (у порівнянні з іншими видами іонізуючих випромінювань) швидкості руху (від 1,4 х 10 9 до 2,0 х 10 9 см / сек) альфа-частинки створюють дуже велике число іонів, густо розташованих по їхньому шляху (до 254 тис. пар іонів). При цьому вони швидко витрачають свою енергію, перетворюючись в звичайні атоми гелію. Пробіги альфа-частинок в повітрі при нормальних умовах - від 2,50 до 8,17 см; в біологічних середовищах - соті частки міліметра.

Лінійна щільність іонізації, створюваної альфа-частками, досягає декількох тисяч пар іонів на 1 мікрон шляху в тканинах.

Іонізація, вироблена альфа-випромінюванням, обумовлює ряд особливостей у тих хімічних реакціях, Які протікають в речовині, зокрема в живій тканині (утворення сильних окислювачів, вільного водню і кисню та ін.). Ці радиохимические реакції, що протікають в біологічних тканинах під впливом альфа-випромінювання, в свою чергу викликають особливу, велику, ніж у інших видів іонізуючих випромінювань, біологічну ефективність альфа-випромінювання. У порівнянні з рентгенівським, бета- і гамма-випромінюванням відносна біологічна ефективність альфа-випромінювання (ОБЕ) приймається рівною 10, хоча в різних випадках вона може змінюватися в широких межах. Як і інші види іонізуючих випромінювань, альфа-випромінювання застосовується для лікування хворих з різними захворюваннями. Цей розділ променевої терапії називається альфа-терапією (див.).

Див. Також Випромінювання іонізуюче, Радіоактивність.

У слова «радіація» латинське коріння. Radius на латині означає промінь. Взагалі під радіацією розуміються всі природні випромінювання. Це радіохвилі, ультрафіолет, альфа випромінювання, навіть звичайне світло. Одні випромінювання шкідливі, інші можуть стати навіть корисними.

Освіта

Виникненню альфа-частинок сприяють ядерний альфа-розпад, ядерні реакції або повна іонізація атомів гелію-4. Первинні космічні промені в значній мірі складаються з альфа-частинок.

В основному, це прискорені ядра гелію з потоків міжзоряного газу. Деякі частинки виникають як відколи від більш важких ядер космічних променів. Також можливо їх отримання за допомогою прискорювача заряджених частинок.

характеристика

Альфа випромінювання - різновид випромінювань іонізуючих. Це потік важких частинок, заряджених позитивно, що рухаються зі швидкістю близько 20000 км / сек і мають достатню енергію. Основні джерела цього типу випромінювання - радіоактивні ізотопи речовин, що мають властивості розпаду в зв'язку зі слабкістю атомних зв'язків. Такий розпад сприяє випромінювання альфа-частинок.

Головною особливістю цього випромінювання є його дуже низька проникаюча здатність.Цим воно відмінно від інших типів ядерних випромінювань. Це випливає з їх найвищих іонізуючих здібностей. Але на кожну дію іонізації витрачається певна енергія.

Взаємодія важких заряджених частинок відбувається частіше з атомними електронами, тому вони майже не відхиляються від початкового напрямку руху. Виходячи з цього, шлях частинок вимірюється як пряме відстань від джерела самих частинок до тієї точки, де вони зупиняються.

Вимірювання пробігу альфа-частинок виробляється в одиницях довжини або поверхневої густини матеріалу. В повітрі величина такого пробігу може скласти 3 - 11 см, а в середовищах рідкої або твердої - тільки соті частки міліметра.

Вплив на людину

Внаслідок дуже активної іонізації атомів, альфа-частинки інтенсивно втрачають енергію. Тому її недостатньо навіть для проникнення крізь омертвілі шар шкіри. Це зводить ризики радіаційного опромінення до нуля. Але якщо частки були отримані за допомогою прискорювача, то вони стануть високоенергійними.

Головну небезпеку несуть частинки, що з'явилися в процесі альфа-розпаду радіонуклідів.При попаданні їх всередину організму навіть мікроскопічної дози вистачить, щоб виникла гостра променева хвороба. І дуже часто таке захворювання закінчується летально.

Вплив на електронну апаратуру

Альфа-частинки створюють в напівпровідниках електронно-діркові пари. Це може викликати збої в напівпровідникових приладах. Для запобігання небажаних наслідків для виробництва мікросхем застосовують матеріали, що мають низьку альфа-активність.

детектування

Щоб дізнатися, чи присутній альфа випромінювання, і в яких значеннях, необхідно його виявити і виміряти. Для цих цілей існують детектори - лічильники частинок. Ці прилади реєструють як самі частинки, так і окремі атомні ядра, і визначають їх характеристики. Найбільш відомим детектором є лічильник Гейгера.

Захист від альфа-частинок

Низька проникаюча здатність альфа випромінювання робить його досить безпечним. Воно впливає на організм людини тільки в особливій близькості від джерела випромінювання. Досить аркуша паперу, гумових рукавичок, пластикових окулярів, щоб надійно захистити себе.

Наявність респіратора має бути обов'язковою умовою. Головна небезпека - потрапляння частинок всередину організму, тому дихальні шляхи необхідно захищати особливо ретельно.

Користь альфа випромінювання

Застосування цього типу випромінювання в медицині називається альфа-терапією. Вона використовує отримані при альфа-випромінюванні ізотопи - радон, торону, мають малі терміни життя.

Розроблено та спеціальні процедури, позитивно впливають на життєво важливі системи організму людини, а ще роблять знеболюючі та протизапальні дії. Це радонові ванни, альфа-радіоактивні компреси, вдихання повітря, насиченого радоном. В даному випадку, альфа випромінювання - корисна радіоактивність.

Медики Великобританії успішно експериментують з новими засобами, які використовують вплив альфа-частинок. Експеримент проводився на 992 пацієнтах, у яких простата була вражена раком пізніх стадій. Результатом цього стало зниження смертності на 30%.

Висновки вчених говорять про те, що альфа-частинки є безпечними для пацієнтів.Вони і більш ефективні в порівнянні з використалися зазвичай бета-частинками. Також вплив їх більш точкове, і для руйнування ракової клітини потрібно не більше трьох ударів. Бета-частинки такого ж ефекту досягають після декількох тисяч влучень.

джерела випромінювання

Активно розвивається цивілізація і навколишнє середовищезабруднює активно. Радіоактивного забруднення навколишнього нас простору сприяють об'єкти уранової промисловості, ядерні реактори, підприємства радіохімічний промисловості, захоронення радіоактивних відходів.

Також альфа і інші типи випромінювань можливі при використанні радіонуклідів на об'єктах народного господарства. Космічні дослідження і мережі радіоізотопних лабораторій теж додають випромінювань в загальну їх масу.

Радіоактивністю називається мимовільне перетворення одних атомних ядер в інші, що супроводжується випусканням елементарних частинок. Такі перетворення зазнають тільки нестабільні ядра. До числа радіоактивних процесів відносяться: 1) α - розпад, 2) β - розпад (в тому числі електронний захоплення), 3) γ - випромінювання ядер, 4) спонтанне ділення важких ядер, 5) протонна радіоактивність.

Процес радіоактивного перетворення ядер, що існують в природі і ядер, отриманих за допомогою ядерних реакцій, підпорядковується однаковим законам.

Закон радіоактивного перетворення . Окремі радіоактивні ядра зазнають перетворення незалежно один від одного. Тому можна вважати, що кількість ядерdN, що розпадаються за малий проміжок временіdt, пропорційно як числу наявних ядер N, так і проміжку временіdt:

Тут λ- характерна для кожного радіоактивного речовини константа, звана постійної розпаду. Знак мінус взятий для того, чтобиdN можна було розглядати як приріст числа нераспавшіхся ядер N.

Інтегрування виразу призводить до співвідношення

N = N 0 e -λt,

де N 0 - кількість ядер в початковий момент, N- кількість нераспавшіхся ядер в момент часу t. Формула виражає закон радіоактивного перетворення. Цей закон дуже простий: число нераспавшіхся ядер убуває з часом по експоненті.

Кількість ядер, що розпалися за час t, визначається виразом

N 0 - N = N 0 (1 - e -λt).

Час, за який розпадається половина початкового кількості ядер, називається періодом напіврозпаду T. Це час визначається умовою

Період напіврозпаду для відомих в даний час радіоактивних ядер знаходиться в межах від 3 · 10 -7 с до 5 · 10 15 років.

Знайдемо середній час життя радіоактивного ядра. Кількість ядер dN (t), що зазнають перетворення за проміжок часу отtдо (t + dt), визначається модулем вираження: dN (t) = λN (t) dt. Час життя кожного з цих ядер одно t. Отже, сума часів життя всехN 0 були спочатку ядер виходить шляхом інтегрування вираженіяtdN (t). Розділивши цю суму на число ядер N 0 отримаємо середній час життяτ радіоактивними-тивного ядра:

Підставами сюди вираз для N (t):

(Треба перейти до змінної x = λtі здійснити інтегрування по частинах). Таким чином, середній час життя є величина, зворотна постійної распадаλ:

.

Порівняння з показує, що період напіврозпаду T відрізняється від τчісловим множником, рівним ln2.

Часто буває, що виникають в результаті радіоактивного перетворення ядра в свою чергу виявляються радіоактивними і розпадаються з іншою швидкістю, яка характеризується інший постійної розпаду. Нові продукти розпаду можуть також виявитися радіоактивними, і т.д. В результаті виникає цілий ряд радіоактивних перетворень. У природі існують три радіоактивних ряду (або сімейства), родоначальниками яких є
(Ряд урану),
(Ряд торію) і
(Ряд актиноурана). Кінцевими продуктами у всіх трьох випадках служать ізотопи свинцю - в першому випадку
, у другому
, І нарешті, в третьому
.

Природна радіоактивність була відкрита в 1896 р французьким вченим А. Беккерелем. Великий внесок у вивчення радіоактивних речовин внесли П'єр Кюрі і Марія Склодовська - Кюрі. Було виявлено, що є три види радіоактивних випромінювань. Одне з них, що отримало назву α - променів, відхиляється під дією магнітного поля в ту ж сторону, в яку відхилявся б потік позитивно заряджених частинок. Друге, назване β - променями, відхиляється магнітним полем в протилежну сторону, тобто так, як відхилявся б потік негативно заряджених частинок. Нарешті, третє випромінювання, що не реагує на дію магнітного поля було названо γ - променями. Згодом з'ясувалося, що γ - промені є електромагнітне випромінювання дуже малої довжини хвилі (від 10 -3 до 1Å).

Альфа-розпад . Альфа - промені є потоком ядер гелію
. Розпад протікає за наступною схемою:

Буквою Xобозначен хімічний символ розпадається (материнського) ядра, буквойY - хімічний символ утворюється (дочірнього) ядра. Альфа розпад зазвичай супроводжується випусканням дочірнім ядром γ - променів. Зі схеми розпаду видно, що атомний номер дочірнього речовини на 2 одиниці, а масове число на 4 одиниці менше, ніж у вихідної речовини. Прикладом може служити розпад ізотопу урану
, Що протікає з утворенням торію:

.

Швидкості, з якими α - частинки (тобто ядра
) Вилітають з

розпався ядра, дуже великі (~ 10 9 см / с; кінетична енергія порядку декількох МеВ). Пролітаючи через речовину, α - частка поступово втрачає свою енергію, витрачаючи її на іонізацію молекул речовини, і, врешті-решт, зупиняється. На утворення однієї пари іонів в повітрі витрачається в середньому 35 еВ. Таким чином, α - частка утворює на своєму шляху приблизно 10 5 пар іонів. Природно, що чим більше щільність речовини, тим менше пробіг α - частинок до зупинки. Так, в повітрі при нормальному тиску пробіг становить кілька сантиметрів, в твердій речовині пробіг має величину порядку 10 -3 см (α - частинки повністю затримуються звичайним листом паперу).

Кінетична енергія α - частинок виникає за рахунок надлишку енергії спокою материнського ядра над сумарною енергією спокою дочірнього ядра і α - частинки. Ця надлишкова енергія розподіляється між α - часткою і дочірнім ядром в відношенні, обернено пропорційній їх масам. Енергії (швидкості) α - частинок, що випускаються даними радіоактивною речовиною, виявляються строго визначеними. У більшості випадків радіоактивна речовина випускає кілька груп α - частинок близькою, але різної енергії. Це обумовлено тим, що дочірнє ядро ​​може виникати не тільки в нормальному, але і в збуджених станах.

На рис. 4 наведена схема, яка пояснює виникнення різних груп α - частинок (виникнення тонкої структури α - спектра), що випускаються при розпаді ядер
(Вісмут-212).

Зліва на схемі зображені енергетичні рівні дочірнього ядра
(Талій-208). Енергія основного стану прийнята за нуль. Надлишок енергії спокою материнського ядра над енергією спокою α - частинки і дочірнього ядра в нормальному стані становить 6,203 МеВ. Якщо дочірнє ядро ​​виникає в збудженому стані, вся ця енергія виділяється у вигляді кінетичної енергії, причому на частку α - частинки доводиться

(Ця група частинок позначена на схемі через α 0). Якщо ж дочірнє ядро ​​виникає в п'ятому збудженому стані, енергія якого на 0,617 МеВ перевищує енергію нормального стану, то енергія, що виділилася складе 6,203-0,617 = 5,586 МеВ, і на частку α - частинки дістанеться 5,481 МеВ (група частинок α 5). Відносна кількість частинок одно ~ 27% для α 0, ~ 70% для α 1 і всього лише ~ 0,01% для α 5. Відносні кількості α 2, α 3 і α 4 також дуже малі (близько 0,1-1%).

Середній час життя τ збуджених станів для більшості ядер лежить в межах від 10 -8 до 10 -15 с. За час, що дорівнює в середньому τ, дочірнє ядро ​​переходить в нормальне або нижчу збуджений стан, випускаючи γ - фотон. На рис. 4 показано виникнення γ - фотонів шести різних енергій.

Енергія збудження дочірнього ядра може бути виділена і іншими способами. Порушена ядро ​​може випустити якусь частинку: протон, нейтрон, електрон або α - частку. Нарешті, що утворилося в результаті α - розпаду порушену ядро ​​може віддати надлишок енергії безпосередньо (без попереднього випускання γ - кванта) одному з електронів K-, L- або навіть M- оболонки атома, в результаті чого електрон вилітає з атома. Цей процес носить назву внутрішньої конверсії. Виник в результаті вильоту

електрона вакантне місце буде заповнюватися електронами з верхніх енергетичних рівнів. Тому внутрішня конверсія завжди супроводжується випусканням характеристичних рентгенівських променів.

Подібно до того як фотон не існує в готовому вигляді в надрах атома і виникає лише в момент випромінювання, α - частка також виникає в момент радіоактивного розпаду ядра. Залишаючи ядро, α - частинки доводиться долати потенційний бар'єр, висота якого перевищує повну енергію α - частинки, що дорівнює в середньому 6 МеВ (рис.5). Зовнішня, яка спадає асимптотично до нуля сторона бар'єру обумовлена ​​кулоновским відштовхуванням α - частинки і дочірнього ядра. Внутрішня сторона бар'єру обумовлена ​​ядерними силами. Досліди з розсіювання α - частинок важкими α - радіоактивними ядрами показали, що висота бар'єру помітно перевищує енергію вилітають при розпаді α - частинок. За класичним уявленням подолання часткою потенційного бар'єру при зазначених умовах неможливо. Однак згідно з квантовою механікою є відмінна від нуля ймовірність того, що частка просочиться через бар'єр, як би пройшовши по тунелю, наявного в бар'єрі. Це явище, зване тунельним ефектом, було нами розглянуто раніше. Теорія α - розпаду, яка грунтується на уявленні про тунельному ефекті, призводить до результатів, добре узгоджується з даними досвіду.

Бета-розпад . Існують три різновиди β - розпаду. В одному випадку ядро, претерпевающее перетворення, випускає електрон, в іншому - позитрон, у третьому випадку, званому електронним захопленням(e-захватил),ядро поглинає один з електроновK - оболонки, значно рідше іліL - іліM - оболонки (відповідно вместоe - захоплення кажуть Оk - захоплення, L - захопленні іліM - захоплення).

Перший вид розпаду (β - - розпад або електронний розпад) Протікає по схемі:

Щоб підкреслити збереження заряду і числа нуклонів в процесі β - розпаду, ми приписали β - електрону Зарядове чіслоZ = -1 і масове число A = 0.

Зі схеми видно, що дочірнє ядро ​​має атомний номер на одиницю більший, ніж у материнського ядра, масові числа обох ядер однакові. Поряд з електроном випускається також антинейтрино .Весь процес протікає так, як якщо б один з нейтронів ядра
перетворився в протон, зазнавши перетворення за схемою. Взагалі процес є окремим випадком процесу. Тому кажуть, що вільний нейтрон β - радіоактивний.

Бета-розпад може супроводжуватися випусканням γ - променів. Механізм їх виникнення той же, що і в разі α - розпаду, - дочірнє ядро ​​виникає не тільки в нормальному, але і в збуджених станах. Переходячи потім в стан з меншою енергією, ядро ​​висвічує γ - фотон.

Прикладом β - розпаду може служити перетворення торію
в протактиний
з випусканням електрона і антинейтрино:

На відміну від α - частинок, що володіють в межах кожної групи строго певною енергією, β - електрони володіють найрізноманітнішої кінетичної енергією від 0 до E max .На рис. 6 зображений енергетичний спектр електронів, що випускаються ядрами при β - розпаді. Площа, охоплена кривої, дасть загальне число електронів, що випускаються в одиницю часу, dN - число електронів, енергія яких укладена в інтервалеdE. ЕнергіяE max відповідає різниці між масою материнського ядра і масами електрона і дочірнього ядра. Отже, розпади, при яких енергія електронаEменьшеE max, протікають з удаваним порушенням закону збереження енергії.

Щоб пояснити зникнення енергії (E max - E), Паулі висловив в 1932 р припущення, що при β - розпаді разом з електроном випускається ще одна частинка, яка несе із собою енергію (E max - E). Так як ця частка ніяк себе не виявляє, слід визнати, що вона нейтральна і володіє дуже малою масою (в даний час встановлено, що маса спокою цієї частки дорівнює нулю). За пропозицією Е. Фермі цю гіпотетичну частку назвали нейтрино (що означає "маленький нейтрон").

Є ще одна підстава для припущення про нейтрино (або антинейтрино). Спін нейтрона, протона і електрона однаковий і рівний 1/2. Якщо написати схему без антинейтрино, то сумарний спин виникають частинок (який для двох частинок з s = 1 / 2может бути або нулем, або одиницею) буде відрізнятися від спина вихідної частинки. Таким чином, участь в β - розпаді ще однієї частки диктується законом збереження моменту імпульсу, причому цієї частинки необхідно приписати спін, равний1 / 2 (або 3/2). Встановлено, що спін нейтрино (і антинейтрино) равен1 / 2.

Безпосереднє експериментальне доказ існування нейтрино було отримано тільки в 1956 р

Отже, енергія, що виділяється при β - розпаді, розподіляється між електроном і антинейтрино (або між позитроном і нейтрино, див. Нижче) в найрізноманітніших пропорціях.

Другий вид розпаду (β + - розпад або позитронний розпад) Протікає по схемі

Як приклад можна привести перетворення азоту
в вуглець
:

Зі схеми видно, що атомний номер дочірнього ядра на одиницю менше, ніж материнського. Процес супроводжується випусканням позитрона e + (у формулі він позначений символом ) І нейтрино ν, можливо також виникнення γ - променів. Позитрон є античастинкою для електрона. Отже, обидві частинки, що випускаються при розпаді, є античастинки по відношенню до частинок, що випускаються при розпаді

Процес β + - розпаду протікає так, як якщо б один з протонів вихідного ядра перетворився в нейтрон, важко зітхнувши при цьому позитрон і нейтрино:

Для вільного протона такий процес неможливий з енергетичних міркувань, так як маса протона менше маси нейтрона. Однак протон в ядрі може запозичувати необхідну енергію від інших нуклонів, що входять до складу ядра.

Третій вид β - розпаду ( електронне захоплення) Полягає в тому, що ядро ​​поглинає один ізK - електронів (рідше один ізL - або М - електронів) свого атома, в результаті чого один з протонів перетворюється в нейтрон, випускаючи при цьому нейтрино:

Виник ядро ​​може виявитися в збудженому стані. Переходячи потім в більш низькі енергетичні стану, воно випускає γ - фотони. Схема процесу виглядає наступним чином:

Місце в електронній оболонці, звільнене захопленим електроном, заповнюється електронами з верхніх шарів, в результаті чого виникають рентгенівські промені. Електронний захоплення легко виявляється по супроводжуючому його рентгенівського випромінювання. Саме цим шляхом і був відкритий К - захоплення Альварецом в 1937 р

Прикладом електронного захоплення може служити перетворення калію

в аргон
:

Спонтанне ділення важких ядер . У 1940 р радянськими фізиками Н.Г. Флерова і К.А. Петржаком був виявлений процес самовільного розподілу ядер урану на дві приблизно рівні частини. Згодом це явище було спостережено і для багатьох інших важких ядер. По своїх характерних рисах спонтанне ділення близько до вимушеного поділу, яке розглядається в наступному параграфі.

протонна радіоактивність . Як випливає з назви, при протонної радіоактивності ядро ​​зазнає перетворення, випускаючи один або два протона (в останньому випадку говорять про двупротонной радіоактивності). Цей вид радіоактивності спостерігалося вперше в 1963 р групою радянських фізиків, якою керує Г.Н. Флерова.

Активність радіоактивної речовини . Активністю радіоактивного препарату називається число розпадів, що відбуваються в препараті за одиницю часу. Якщо за времяdt распадаетсяdN роз ядер, то активність равнаdN роз / dt. згідно

dN розп = | dN | = ΛNdt.

Звідси випливає, що активність радіоактивного препарату дорівнює λN, тобто твору постійної розпаду на кількість наявних у препараті нераспавшіхся ядер.

У міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею активності є роз / с. Допускається застосування позасистемних одиниць розп / хв і кюрі (Кі). Одиниця активності, звана кюрі, визначається як активність такого препарату, в якому відбувається 3,700 × 10 10 актів розпаду в секунду. Застосовуються дробові одиниці (мілікюрі, мікрокюрі і т.д.), а також кратні одиниці (кілокюрі, мегакюрі).