Ионизирующие излучения

Ионизирующим излучением называется излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков [2]. Различают фотонное и корпускулярное ионизирующие излучения.

Видимый свет, ультрафиолетовое излучение, излучение генераторов сверхвысоких частот и лазерных установок ионизирующим излучением не являются.

Фотонное излучение имеет электромагнитную природу и состоит из фотонов (квантов) с энергией

Е=h·ν, (1.3)

где h = 6,623·10^-27 эрг·сек - постоянная Планка;

ν - частота электромагнитных волн данного излучения.

Известно, что

ν = с/ λ (1.4)

Здесь λ – длина волны излучения;

с - = 3·10¹⁰ см/с – скорость распространения излучения в вакууме.

К фотонному излучению относятся: гамма-излучение, характеристическое излучение, тормозное излучение, рентгеновское излучение, отличающиеся друг от друга условиями образования, а также своими свойствами (длиной волны или энергией).

Гамма-излучение - это излучение ядерного происхождения, испускаемое при радиоактивном распаде или ядерных реакциях, при переходе ядра из одного энергетического состояния в другое. Например: после испускания альфа или бета-частицы ядро остается в возбужденном состоянии, испускание фотонов (квантов) гамма-излучения приводит его в нормальное энергетическое состояние. Энергия гамма - квантов, испускаемых в процессе радиоактивного распада, лежит в пределах от нескольких десятков килоэлектронвольт до 3-4 Мэв.

Характеристическое излучение имеет дискретный спектр, возникает при изменении энергетического состояния электронов атома, когда электроны на электронной орбите меняют свои энергетические уровни. Происхождение характеристического излучения атомное.

Тормозное излучение возникает при изменении кинетической энергии заряженных частиц, например, при прохождении заряженных частиц в электромагнитном поле ускорителя, при торможении электронов в рентгеновских трубках и т.п.

Рентгеновское излучение - совокупность тормозного и характеристического излучений в диапазоне энергий фотонов от 1 кэВ до 1 МэВ.

Корпускулярное излучение состоит из частиц: альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны, протоны, космические частицы и др.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия (два протона и два нейтрона). Альфа-частицы, испускаемые данным нуклидом, имеют строго определенную энергию. Энергия альфа-частиц, испускаемых известными в настоящее время изотопами, лежит примерно в пределах 3-9 Мэв.

Бета-излучение - это поток электронов или позитронов. Масса бета-частиц в 1840 раз меньше массы протона (или нейтрона); заряд равен одной единице элементарного электрического заряда.

Бета-излучение, поскольку оно, так же как и альфа-излучение представляет собой поток электрически заряженных частиц, способно ионизировать среду.

К-захват –в некоторых случаях радиоактивные превращения происходят без вылета из ядра частиц – за счет захвата радиоактивным ядром электрона с электронной оболочки атома. В результате один из протонов ядра превращается в нейтрон. Такой процесс называется К-захватом, так как происходит захват электрона с К-оболочки. Очевидно, что при К-захвате вновь образованное ядро, так же как и при позитронном β⁺ распаде, будет иметь атомный номер, на единицу меньший, и то же массовое число.

Нейтронное излучение - это поток электрически нейтральных частиц, с массой, равной одной атомной единице массы.

Нейтроны образуются в результате ядерных процессов в атоме: деления тяжелых ядер и испускания нейтронов в результате взаимодействия ядра с другими элементарными частицами или квантами фотонного излучения. Источниками нейтронов могут быть ядерные реакторы, ускорители элементарных частиц, радиоактивные нейтронные излучатели.

Нейтроны, как частицы, не имеющие заряда, сами по себе не обладают ионизирующей способностью. Однако при взаимодействии нейтронов с веществом возникает сопутствующее (вторичное) излучение, которое и приводит к ионизации молекул вещества. Таким образом, нейтронное излучение является ионизирующим косвенно.

В зависимости от энергии различают следующие виды нейтронов:

· тепловые нейтроны с энергией до 0,025 эВ;

· медленные нейтроны с энергией от 0,025 эВ до 1 эВ;

· промежуточные нейтроны с энергией от 1 эВ до 100 кэВ;

· быстрые нейтроны с энергией более 100 КэВ.

Из-за отсутствия электрического заряда, нейтроны обладают высокой проникающей способностью. Линейная передача энергии лежит в широких пределах и, в зависимости от энергии нейтрона, составляет от 7 до 80 кэВ на 1 микрон воды.