Гамма-излучение
Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое принадлежит к высокочастотной части спектра волн. Гамма-излучение имеет более короткую длину волны и граничит на шкале электромагнитных волн с рентгеновскими лучами. Впервые было открыто физиком П.Вилларом в далеком 1900 году в ходе излучения радия. Гамма-излучение относится к ионизирующим излучениям, взаимодействие которых с веществом приводит к образованию ионов. Основными источниками гамма-излучения являются искусственные и естественные радиоактивные изотопы цезия, радия и прочих элементов.
Характерные свойства
Гамма-излучение –– поток фотонов, которые имеют высокую энергию. Гамма-излучение не отклоняется в магнитном поле и не имеет электрического заряда. Его частота отвечает скоростям электромагнитных процессов, которые протекают с участием элементарных частиц и внутри атомных ядер. Гамма-излучение обладает большей проникающей способностью, чем α- и β-излучение, то есть способно проходить через вещество без ослабления. При взаимодействии Гамма-излучения с веществом возникают следующие важные процессы — Комптон-эффект, фотоэлектрическое поглощение и образование пар «позитрон-электрон».
Влияние на организм человека
Действие гамма-излучения на человеческий организм аналогично действию других ионизирующих излучений, то есть вызывает лучевое поражение (в зависимости от дозы) вплоть до летального исхода. Разные клетки организма ведут себя по-разному в γ-лучах. Характер влияния гамма-излучения зависит от пространственных особенностей излучения и энергии γ-квантов. Однократное облучение незначительной дозой не наносит разрушительного воздействия на клетку организма. Поэтому гамма-излучение используется в радиационной химии, технике, сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности и прочих областях.
- Договор технического обслуживания медицинской техники
- Безопасность в рентгенкабинете
- Общий дозиметрический контроль
Обратная связь
Нужна консультация?
Позвоните нам по номеру
+7 (495) 323–77–55 или оставьте свои контакты и мы вам перезвоним
Фотографии
Альфа-, бета-, гамма-излучения
Из курса физики в 11 классе известно, что радиоактивное излучение испускается тяжелыми элементами при радиоактивном распаде. Ядро тяжелого элемента превращается в более легкие, испуская при этом излучение, которое имеет сложный состав. Поговорим кратко об основных видах радиоактивного излучения — альфа, бета, гамма.
Радиоактивное излучение
Радиоактивность была случайно открыта А. Беккерелем в конце XIX в. Оказалось, что все тяжелые элементы с номером более 83 постоянно испускают невидимые лучи, которые способны засвечивать фотопластинки даже без их экспонирования.
При более детальном исследовании радиоактивного излучения выяснилось, что оно имеет сложный состав. Э. Резерфорд поставил эксперимент, в котором радиоактивное излучение радия проходило сквозь сильное магнитное поле и при этом распадалось на три компоненты с различными проникающими и ионизирующими способностями. Эти компоненты были названы альфа-, бета-, гамма-излучением.
В дальнейшем были обнаружены и некоторые другие виды излучения (например, нейтронное), однако эти три вида встречались наиболее часто и сопровождали распад практически всех тяжелых элементов.
Альфа-излучение
Альфа-лучами назвали положительно заряженные частицы, слабо отклонявшиеся магнитным полем. Альфа-излучение обладало самой малой проникающей способностью, но при этом наиболее сильно ионизировало вещество. По отклонению альфа-частиц установили, что отношение заряда к массе у этих частиц вдвое меньше, чем у протона, а масса — вчетверо больше, чем масса протона.
Было сделано предположение (позже доказанное), что альфа-частицы представляют собой ядра гелия. Большой заряд и масса частиц обусловили их высокую ионизирующую способность. При этом частицы быстро теряют энергию, и поэтому проникающая способность альфа-частиц очень невелика.
Слой вещества порядка миллиметра полностью задерживает поток альфа-частиц. Например, внутрь живой ткани альфа-частицы не проникают, задерживаясь кожей. Однако высокая ионизирующая способность приводит к сильным кожным ожогам. Еще более опасно попадание альфа-радиоактивных препаратов внутрь организма.
Бета-излучение
Бета-излучением были названы лучи, сильно отклоняющиеся магнитным полем в противоположную (относительно альфа-излучения) сторону. Такое отклонение означало, что бета-частицы имеют отрицательный заряд, а их отношение заряда к массе гораздо больше, чем у альфа-частиц и у протонов.
Дальнейшие исследования бета-излучения показали, что оно имеет все те же характеристики, что и катодные лучи, а в 1897 г. Дж. Томсон открыл электрон и доказал, что бета-частицы являются электронами, летящими с большой скоростью.
Бета-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, по сравнению с альфа-излучением, но при этом более глубоко проникает в вещество.
Гамма-излучение
Наиболее высокой проникающей способностью обладает гамма-излучение. Эта компонента радиоактивных лучей не взаимодействует с магнитным полем, следовательно, гамма-частицы не имеют электрического заряда. Детальное изучение гамма-частиц показало, что их свойства эквивалентны квантам электромагнитного излучения (фотонам) высоких энергий с очень малой длины волны.
Гамма-излучение обладает наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью: для защиты от гамма-излучения требуется слой вещества большой толщины.
Сравнительные характеристики радиоактивных излучений удобно представить в виде таблицы:
Что мы узнали?
Главными компонентами радиоактивного излучения являются альфа-, бета- и гамма-частицы. Альфа-частицы — это положительно заряженные ядра гелия, бета-частицы — это отрицательные электроны, гамма-частицы — это нейтральные фотоны высоких энергий.
Какой заряд имеет гамма частица
Гамма-излучение (γ-излучение) – электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн. Приведем классификацию электромагнитных волн:
| Название | Длина волны, м | Частота, Гц |
|---|---|---|
| радиоволны | 3·10 5 — 3 | 10 3 — 10 8 |
| микроволны | 3 — 3·10 -3 | 10 8 — 10 11 |
| инфракрасное излучение | 3·10 -3 — 8·10 -7 | 10 11 — 4 . 10 14 |
| видимый свет | 8·10 -7 — 4·10 -7 | 4·10 14 — 8·10 14 |
| ультрафиолетовое излучение | 4·10 -7 — 3·10 -9 | 8·10 14 — 10 17 |
| рентгеновское излучение | 3·10 -9 — 10 -10 | 10 17 — 3·10 18 |
| гамма-излучение | < 10 -10 | > 3·10 18 |
На шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует с рентгеновскими лучами, но имеет более короткую длину волны. Первоначально термин “гамма-излучение” относился к тому типу излучения радиоактивных ядер, который не отклонялся при прохождении через магнитное поле, в отличие от α- и β-излучений.
Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10 -10 м. При столь малых длинах волн первостепенное значение имеют корпускулярные свойства излучения. Гамма-излучение представляет собой поток частиц — гамма-квантов или фотонов, с энергиями Е = hν (h – постоянная Планка, равная 4.14·10 -15 эВ . сек, ν – частота электромагнитных колебаний). Фотоны с энергиями Е > 10 кэВ относят к гамма-квантам. Между длиной волны λ гамма-излучения и его частотой ν существует то же соотношение, что и для других типов электромагнитных волн:
ν·λ = с (с – скорость света).
Частота гамма-излучения (> 3·10 18 Гц) отвечает скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и с участием элементарных частиц. Поэтому источниками гамма-излучения могут быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами, в частности аннигиляция пар частица-античастица. И наоборот, гамма-излучение может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц. Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего в процессах взаимодействия частиц, дает важную информацию о структуре этих микрообъектов.
Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение).
Источниками гамма-излучения являются также процессы в космическом пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик, квазаров, сверхновых звёзд.
Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, и энергия испускаемого гамма-кванта с точностью до незначительной энергии отдачи ядра равна разности энергий этих состояний (уровней) ядра. Энергия ядерного гамма-излучения обычно лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ и спектр этого излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии состояний (уровней) ядра.
При распадах частиц и реакциях с их участием обычно испускаются гамма-кванты с бoльшими энергиями — десятки-сотни МэВ.
Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер вещества. Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.
Гамма-излучение можно получить при соударении электронов большой энергии от ускорителей с интенсивными пучками видимого света, создаваемых лазерами. При этом электрон передает свою энергию световому фотону, который превращается в гамма-квант. Аналогичное явление может иметь место и в космическом пространстве в результате соударений фотонов с большой длиной волны с быстрыми электронами, ускоренными электромагнитными полями космических объектов.
Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь большие толщи вещества. Интенсивность узкого пучка моноэнергетических гамма-квантов падает экспоненциально с ростом проходимого им в веществе расстояния. Основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом — фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте гамма-квант выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При комптон-эффекте гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных электронов вещества. Если энергия гамма-кванта превышает 1.02 МэВ, то возможно его превращение в электрическом поле ядер в пару электрон-позитрон (процесс обратный аннигиляции).
Рис. Зависимость полного коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце и алюминии от энергии (сплошные линии). Поглощение за счёт фотоэффекта в алюминии пренебрежимо мало при рассматриваемых энергиях. Пунктирные линии − отдельные вклады, вносимые в полный коэффициент поглощения фотоэффектом, комптоновским рассеянием, рождением пар для свинца.
Гамма-излучение используется в технике (напр., дефектоскопия), радиационной химии (для инициирования химических превращений, напр., при полимеризации), сельском хозяйстве и пищевой промышленности (мутации для генерации хозяйственно-полезных форм, стерилизация продуктов), в медицине (стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия) и др.
Особенности и типы радиационного излучения
Радиационное излучение образуется в результате реакций на уровне атомов. Процесс характеризуется выбросом потока микрочастиц, имеющих заряд: протонов, электронов, фотонов и нейтральных микроэлементов – нейтронов. Они определяют тип радиационного излучения.
Излучение подразделяется на энергетическое, к нему относятся потоки гамма и рентгеновских частиц, и атомное, в его основе лежит выделение элементов вещества: альфа, бета и гамма-частиц. Классифицируется излучение в зависимости от структуры частиц, расстояния их действия, способности проникать в ткани, клетки и степени воздействия на них, скорости излучения.
Практически все типы излучения, за исключением альфа-излучения можно обнаружить с помощью бытового дозиметра радиации.
Альфа-излучение (α)
Альфа-частицы – результат распада нестабильных изотопов атома. Они имеют положительный заряд, состоят из 2-х пар протонов и нейтронов. Частицы образуются в результате распада таких элементов, как радий, уран характеризуются низкой скоростью излучения – 20 000км/с, обладают небольшой проникающей способностью из-за высокой удельной массы. Препятствие небольшой толщины и плотности остановит альфа частицы. Защитой от них может стать даже бумага.
Низкая проникающая способность альфа частиц, их большой энергетический заряд, обуславливает высокий уровень взаимодействия с клетками организма. Это приводит к мутации, патогенным изменениям тканей. Альфа частицы оседают в организме человека, попадая через повреждения кожи, воду, воздух, оказывают на него длительное воздействие. Поэтому они опасны для живых организмов, вывести их из тканей практически невозможно.
Бета-излучение (β)
Появление бета-частиц обусловлено процессами, происходящими в ядре вещества. Их результат – изменение свойств нейтронов и протонов. В итоге образуется поток частиц с положительным зарядом. Этот тип излучения характеризуется:
- небольшой дальностью действия – не более 20м;
- высокой скоростью излучения – 300 000км/с;
- средней проникающей способностью. От бета частиц защитит металлический лист толщиной более 3мм;
- средней степенью воздействия на клетки тканей.
Бета-частицы обладают способностью накапливаться в тканях и оказывать на них длительное ионизирующее воздействие. Его результатом становятся тяжелые онкологические заболевания.
Нейтронное излучение
Поток нейтронов образуется в результате техногенной деятельности – работы ректоров, взрывов ядерных боеприпасов. Не имеющие заряда частицы, имеют наибольшую дальность действия по сравнению с другими типами радиационного излучения. Человек получает опасную для жизни дозу излучения на расстоянии 1,3–1,5км от его источника.
Нейтроны глубоко проникают в ткани, провоцируя мутации, патогенные изменения. Защитой от таких частиц станет вода и другие вещества, где много водорода. Нейтронное излучение является наиболее опасным для человека из-за большого радиуса действия.
Рентгеновское излучение
В результате смены орбит электронов в структуре атома, образуются фотоны или электромагнитное, энергетическое излучение. Оно характеризуется:
- небольшим радиусом действия – до 100м;
- высокой скоростью – 300 000км/с;
- высокой проникающей способностью.
Фотоны оказывают слабое воздействие на клетки, ткани живых организмов, поэтому широко используются в медицине для проведения диагностических исследований.
Гамма излучение (y)
Поток фотонов, образующийся в результате изменения энергетического состояния атомов. Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью, поэтому для защиты от него используется толстый слой металла или бетона. Его дальность действия достигает нескольких сотен метров. Гамма излучение не оказывает серьезного патогенного воздействия на клетки и ткани, менее опасно, чем альфа, бета или нейтронное.
Дозиметр – функциональные особенности
Прибор позволяет измерить дозу излучения, которую получают организмы за определенный промежуток времени. Не стоит его путать с радиометром, который показывает активность частиц. Он дает представление о радиационном фоне в то время, как дозиметр определяет мощность дозы излучения, что помогает оценить нанесенный человеку ущерб и его возможные последствия.
Вот видое с примером современного дозиметра радиации.