8. Основные свойства ионизирующих излучений

Основные свойства ионизирующих излучений

Радиация будет ионизирующей в том случае, если она способна разрывать химические связи молекул, составляю­щих живые организмы, и тем самым вызывать биологически важные изменения. Свет, радиоволны так же, как и радиа­ционное тепло от солнца, представляют разновидность ради­ации. Однако они не вызывают повреждений путем иониза­ции, хотя, конечно, могут оказывать биологические эффек­ты, если интенсивность их воздействия увеличить.

Ионизирующее излучение бывает следующего происхождения.

Альфа-частицы — ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, имеющие положительный заряд, относительно тяжелы. Обычно альфа-частицы испускаются при радиоактивном распаде тяжелых изотопов таких ато­мов, как уран или радий. Взаимодействуя с атомами, аль­фа-частицы выбивают из них электроны. Атом, который по­терял хотя бы один электрон, уже перестает быть электро­нейтральным и приобретает избыток положительного заря­да. В таких случаях говорят, что он становится положитель­ным ионом. Электрон, покинувший атом, может присоеди­ниться к другому атому, создавая тем самым отрицательный ион. Таким образом, вдоль пути прохождения альфа-части­цы образуются ионы, причем возникают они парами, в кото­рых один ион положительный, а другой отрицательный. Альфа-частицы ионизируют вещество очень сильно. В воде или биологической среде каждый третий атом на пути рас­пространения этих частиц подвергается ионизации. Способ­ность ионизировать атомы и молекулы является очень важ­ной особенностью излучения.

Другой важной характеристикой излучения является длина его пробега. Альфа-частицы имеют относительно ма­лую длину пробега. Эта характеристика зависит, естествен­но, от плотности среды, в которой распространяется излуче­ние. В воздухе, например, она составляет всего несколько сантиметров, а обычный лист бумаги становится для нее неп­реодолимой преградой. В результате ионизации альфа-час­тица тратит много энергии и если даже не сталкивается с ка­ким-либо ядром, скорость ее постепенно снижается. В конце концов она захватывает два свободных электрона, превраща­ясь в результате в нейтральный атом гелия.

Существует свыше 300 изотопов, испускающих альфа-из­лучения. Подавляющее их большинство — изотопы тяже­лых элементов. Список открывается иридием и платиной, включает полоний, радий, уран, плутоний и завершается элементом под номером 110.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных эле­ментов при бета-распаде. Из-за малой массы электрона дли­на пробега бета-излучения уже не так мала, как у альфа-из­лучения. Прежде чем исчезнуть, бета-частицы успевают про­бежать в воздухе несколько метров, в воде и мягких тканях человеческого тела — несколько миллиметров, а в металле — десятки микрон. Разумеется, электроны при распрос­транении в среде также оказывают на нее ионизирующее воздействие. Степень ионизации, однако, гораздо ниже, чем в случае альфа-излучения. В воде или биологической среде ионизируется один атом из тысячи. Малая масса и слабая ио­низирующая способность бета-частиц ведут и к меньшим по­терям энергии при их распространении в среде. Благодаря этому бета-частицы обладают гораздо большей проникаю­щей способностью, чем альфа-частицы. Их испускают боль­шинство изотопов (свыше 1000).

Гамма-лучи и рентгеновское излучение по своей природе и свойствам не отличаются друг от друга (это электромагнит­ное излучение) и распространяются со скоростью света. Единственное различие между ними состоит в том, что они образуются разными способами. Если рентгеновские лучи обычно получают с помощью электронного аппарата, то гам­ма-лучи испускаются нестабильными, или радиоактивны­ми, изотопами.

Для гамма-лучей характерна чрезвычайно слабая иони­зирующая способность, поэтому обнаружить их по непосред­ственно ионизированным атомам и молекулам не так-то про­сто. К счастью, оказывается достаточным, чтобы кванты гамма-излучения выбили хотя бы несколько электронов, а уже эти электроны могут сильнее ионизировать вещество, выбив в свою очередь большое число электронов (так называ­емая вторичная ионизация). Следовательно, гамма-излуче­ние можно обнаружить теми же методами, что и альфа-излу­чение, с тем отличием, что при этом регистрируются вторич­ные электроны. Очень часто ядра атомов радиоактивных изотопов излучают гамма-лучи, одновременно с этим испус­кая также альфа- или бета-частицы, например, в реакции распада нейтрона на протон и электрон с выбрасыванием это­го электрона из ядра и выделением некоторой энергии в виде гамма-излучения.

Стоит отметить, что гамма-излучение, имеющее некото­рую энергию, проходит в воздухе путь в сто раз больший, чем бета-излучение, обладающее такой же энергией.

Нейтроны — единственные незаряженные частицы, об­разующиеся при любом радиоактивном преобразовании, яв­ляющиеся важной разновидностью ионизирующего излуче­ния, так как они, как правило, связаны с процессами, происходящими в атомных бомбах и ядерных реакторах. Ней­троны — частицы с массой, равной массе протона, но в отли­чие от последнего они не обладают электрическим зарядом. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая и живые ткани. При делении ядер тяжелых радиоактивных изотопов, напри­мер урана, с образованием двух более легких атомов, нейтро­ны испускаются как побочный продукт. Нейтроны можно получить и искусственным путем в физических научно-ис­следовательских лабораториях на мощных ускорителях час­тиц.