Природа та властивості іонізуючих випромінювань

Всі іонізуючі випромінювання поділяються на корпускулярні та фотонні.

До корпускулярних відносяться альфа-випромінювання (a) (ядра атомів гелію), бета-випромінювання (електрони b- і позитрони b+), протони (р), нейтрони (n°) та інші (їх понад 200). ?льфа-частки мають дуже велику енергію (до 10 МеВ), за допомогою якої вперше у 1919 році опромінюючи ядра атомів, азоту отримали новий хімічний елемент - кисень та позитрон.

До фотонного випромінювання належать: ?- та рентгенівські промені. ?-випромінювання – це електромагнітні коливання (кванти) великої частоти, які утворюються при  ядерних перетвореннях (довжина хвилі 10-10-10-13 м), розповсюджуються порціями - квантами з швидкістю світла. Вони були відкриті в 1900 році французом П.Вілардом.

Рентгенівське - теж електромагнітне квантове випромінювання, але спосіб його отримання – позаядерний (у вакуумних рентгенівських трубках при гальмуванні електронів мішенню - анодом). 

Табл. 1.1. СПЕКТРИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТА ЗВУКОВИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ

ЗВУКОВІ

Табл. 1.2. Фізичні властивості іонізуючих випромінювань

БУДОВА ЯДРА АТОМА.  Види розпаду

    Згідно загальновизнаної теорії будови атомного ядра, розробленої у 1932 році Д.Іваненко разом з Е.Гапоном, ядро – це складна квантово-механічна система, яка складається з нуклонів: протонів, нейтронів та інших частинок, що утримуються разом завдяки  внутрішньоядерним силам зчеплення.  Протон - елементарна частинка з масою 1,67х10-24г і зарядом +1. Нейтрон — електронейтральна елементарна частинка з масою 1,009 атомних одиниць маси. Електрон — елементарна частинка у стані спокою має масу 0,9х10-27г і має заряд -1 (Дж.Томпсон, 1897). Позитрон — має таку ж масу, як і маса електрона, а заряд +1 (К.Андерсон, 1932).

Кількість протонів у ядрі відповідає номеру хімічного елемента у періодичній таблиці Д.І.Менделєєва та кількості електронів на орбітах, і тому атом електронейтральний. Якщо в атомі протон перетворюється в нейтрон, або навпаки, то виникає атом іншого елемента. Сума протонів і нейтронів в атомі називається масовим числом. 

Атоми даного хімічного елементу, що мають різну кількість нейтронів, називають ізотопами (ізос - рівний, топос - місце), тобто різновиди атома, які мають однакове місце в періодичній таблиці і належать до того самого хімічного елементу. Будь-яка різновидність атомів називається нуклідом.

Нестабільні атоми мають властивості перетворюватись із одного атому в інший, що є радіоактивним перетворенням.   Розрізняють декілька видів радіоактивних перетворень:
1. Альфа розпад властивий для важких атомів з атомними номерами більше 83, а також для багатьох радіоактивних ізотопів рідкоземельних елементів. Він супроводжується викидом з ядра ядер атома гелію (Не). Теорія альфа-розпаду створена в 1928 р. Г.Гамовим та Р.Генрі.

При альфа-розпаді материнське ядро перетворюється в дочірнє, виникає новий нуклід, що розташований на дві клітини вліво у періодичній таблиці Д.І.Менделєєва і має масове число на 4 одиниці менше – перший закон радіоактивного розпаду.

Такий вид розпаду може не супроводжуватись гамма-випромінюванням (чисті альфа-випромінювачі). Відомо більше 200 альфа-випромінювачів.

2. Електронний бета-розпад  властивий радіонуклідам, що мають в ядрі нейтронів більше, ніж протонів. Материнське ядро переходить в ізобарне дочірнє ядро і випромінюється одна бета-частинка. При цьому утворюються атоми хімічного елемента, заряд ядра якого на 1 більше – другий закон радіоактивного зміщення.

Випромінювання гамма-квантів має місце в тому разі, якщо дочірнє ядро виникає у збудженому стані, тому при цьому виді розпаду гамма-випромінювання обов'язкове. Якщо воно відсутнє, материнський нуклід вважають “чистим” бета-випромінювачем. Теорія електронного бета-розпаду розроблена Е.Фермі в 1934 р. Типовими бета – випромінювачами є: 90Sr;  32P; 35S;  14C.

3. Позитронний бета-розпад властивий нейтронодефіцитним ядрам. При цьому материнське ядро перетворюється в ізобарне дочірнє ядро і утворюються атоми хімічного елемента, що має на один протон менше, оскільки один протон перетворюється в нейтрон – третій закон радіоактивного зміщення. При цьому розпаді також може мати місце гамма-випромінювання. Цей вид розпаду було відкрито в 1934р. Фредеріком і Ірен Жоліо-Кюрі при вивченні їми штучної радіоактивності.

Під час вивчення процесів радіоактивного розпаду було встановлено, що ядра радіонукліду розпадаються не одночасно, а в кожну одиницю часу розпадається лише деяка частина від загальної кількості радіоактивних атомів. Це незмінний для кожного радіонукліду показник, який характеризує ймовірність розпаду (тобто яка частина атомів перетворюється за 1сек) і називається сталою розпаду (константою) і позначається літерою l, а період, за який розпадається половина радіоактивних атомів цього виду, називається періодом напіврозпаду і позначається літерою Т. Радіоактивні речовини, що мають Тменше 15 діб, прийнято вважати короткоживучими, більше 15 діб — довгоживучими. Виділяють ще і ультракороткоживучі з Т рівним секундам - хвилинам. 

Існує закон, який визначає кількісну характеристику явища радіоактивного розпаду, тобто об'єднує всі види радіоактивного розпаду і є спільним для будь-якого радіонукліда. Це основний закон радіоактивного розпаду: за однакові проміжки часу відбувається ядерне перетворення однакової частки нестійких атомів радіоактивної речовини