Что такое у излучение в физике

Излучение

Различают три основных типа радиоактивного излучения:

Альфа-излучение, состоящее из ядер гелия (двух протонов и двух нейтронов), называемых также «альфа-частицами». Распространение этих частиц в воздухе составляет лишь несколько сантиметров. Преградой для них может служить простой лист бумаги.
Бета-излучение состоит из высокоэнергичных электронов, испускаемых при распаде радионуклидов. Достаточно листа алюминия или простого оконного стекла для того, чтобы помешать распространению электронов.
Гамма-излучение: электромагнитное излучение той же природы, что видимый свет (фотоны, Х-ray), но имеющее большую энергию и проникающую способность. Чтобы остановить его распространение, нужна защита из свинца или бетона.
Нейтронное излучение состоит из частиц атомного ядра – нейтронов, и является высокопроникающим.

Существует множество других видов излучения, таких как мезонное, излучение нейтрино и другие. Но они встречаются крайне редко и характерны только для космических объектов и исследовательских установок.

Радиоактивность
- Излучение
- Уровень активности, период полураспада
- Как измеряют радиоактивность
- Природная и искусственная радиоактивность
- Критерии отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам
- Критерии отнесения радиоактивных отходов к особым или удаляемым РАО
- Критерии классификации удаляемых радиоактивных отходов
- Классы РАО
НО РАО

© ФГУП «Национальный оператор
по обращению с радиоактивными отходами»

119017, Москва,
ул. Пятницкая, д. 49А, стр. 2
- О предприятии
- Радиоактивные отходы
- СГУК РВ и РАО
- Пресс-центр
- Поставщикам
- Экология
- Горячая линия
- Контакты
- Международная деятельность
- Устойчивое развитие
- Подземная исследовательская лаборатория
- Госкорпорация РОСАТОМ
- Структура атомной отрасли
Что такое излучение?

×

Хотите узнать больше о деятельности МАГАТЭ? Подпишитесь на нашу ежемесячную электронную рассылку, чтобы быть в курсе самых важных новостей, получать аудио- и видеоматериалы и многое другое.

Что есть что в ядерной сфере
Андреа Галиндо , Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Излучение — это энергия, которая перемещается из одного места в другое в таком виде, который можно описать как волны или частицы. Мы постоянно сталкиваемся с излучением в нашей повседневной жизни. В число знакомых всем источников излучения входят Солнце, микроволновые печи, которые стоят у нас на кухне, и радиоприемники, которые мы слушаем в автомобилях. В основном подобное излучение не причиняет какого-либо вреда нашему здоровью. Но некоторые виды излучения являются опасными. В целом, при более низких дозах излучение связано с меньшими рисками, однако с увеличением дозы они повышаются. Для защиты нашего организма и окружающей среды от вредного воздействия излучения следует принимать различные меры в зависимости от его вида, при этом сохраняя возможность извлекать пользу из его многочисленных применений.

Как можно использовать излучение? Некоторые примеры
- Здравоохранение. Благодаря излучению мы имеем возможность применять специальные медицинские процедуры, например, для лечения рака, и пользоваться методами диагностической визуализации.
- Энергетика. Излучение позволяет нам производить электричество, например, с помощью солнечной энергии и ядерной энергии.
- Окружающая среда и изменение климата. Излучение может быть использовано для очистки сточных вод или для создания новых сортов растений, устойчивых к изменению климата.
- Промышленность и наука. С помощью ядерных методов, основанных на излучении, ученые могут исследовать объекты наследия или создавать материалы с улучшенными характеристиками, например, для автомобильной промышленности.
Если излучение полезно, почему мы должны защищать себя от него?

Излучение имеет множество полезных применений, но при возникновении рисков, связанных с его использованием, следует принимать конкретные меры для защиты людей и окружающей среды. Этот же подход применяется и к любым другим видами деятельности. Разные виды излучения требуют разных мер защиты: его обладающий низкой энергией вид, называемый «неионизирующее излучение», может требовать меньшей защиты и соответствующих мер, чем обладающее более высокой энергией «ионизирующее излучение». В соответствии со своим мандатом МАГАТЭ устанавливает нормы для защиты людей и окружающей среды от ионизирующего излучения при его мирном использовании.

Виды излучения

Неионизирующее излучение

Примерами неионизирующего излучения являются видимый свет, радиоволны и микроволны (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ)

Неионизирующее излучение — это излучение более низкой энергии, которое не обладает достаточной мощностью, чтобы отделить электроны от атомов или молекул, находящихся в веществе или в живых организмах. Однако его энергия может заставить эти молекулы вибрировать и таким образом выделять тепло. Например, именно так работают микроволновые печи.

Для большинства людей неионизирующее излучение не представляет риска для здоровья. Однако работникам, которые регулярно контактируют с некоторыми источниками неионизирующего излучения, могут потребоваться специальные меры для защиты, например, от выделяемого тепла.

В число других примеров неионизирующего излучения входят радиоволны и видимый свет. Видимый свет — это то неионизирующее излучение, которое может воспринимать человеческий глаз. Радиоволны — это вид неионизирующего излучения, которое наши глаза и другие органы чувств не воспринимают, а вот радиоприемники способны их улавливать.

Ионизирующее излучение

Примерами ионизирующего излучения являются гамма-излучение, используемое для некоторых видов лечения рака, рентгеновское излучение и излучение, испускаемое радиоактивными материалами, используемыми на атомных электростанциях (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ)

Ионизирующее излучение — это вид излучения энергии такой мощности, что оно способно отделять электроны от атомов или молекул, тем самым вызывая изменения на атомном уровне при взаимодействии с веществом, включая живые организмы. Такие изменения обычно сопровождаются образованием ионов (электрически заряженных атомов или молекул) — отсюда и возник термин «ионизирующее» излучение.

В больших дозах ионизирующее излучение может повредить клетки или органы нашего тела или даже привести к смерти. В случае надлежащего использования и в правильных дозах, а также при соблюдении необходимых мер защиты, этот вид излучения имеет множество полезных применений, например, в производстве энергии, в промышленности, в научных исследованиях, в медицинской диагностике и лечении различных заболеваний, таких как рак. Хотя ответственность за регулирование в области использования источников излучения и радиационной защиты лежит на государствах, МАГАТЭ оказывает поддержку законодателям и регулирующим органам через всеобъемлющую систему международных норм безопасности, направленных на защиту работников и пациентов, а также населения и окружающей среды от потенциально вредного воздействия ионизирующего излучения.

Неионизирующее и ионизирующее излучение имеют разную длину волн, что напрямую связано с их энергией. (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ).

Научное объяснение радиоактивного распада и возникающего при этом излучения

Ионизирующее излучение может исходить, например, от нестабильных (радиоактивных) атомов, когда они переходят в более стабильное состояние, высвобождая при этом энергию.

Большинство атомов на Земле стабильны, в основном благодаря уравновешенному и стабильному составу частиц (нейтронов и протонов) в их центре (ядре). Однако в некоторых видах нестабильных атомов число протонов и нейтронов в составе их ядра не позволяет им удерживать эти частицы вместе. Такие нестабильные атомы называются «радиоактивными атомами». При распаде радиоактивных атомов выделяется энергия в виде ионизирующего излучения (например, альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи или нейтроны), которое при контролируемом и безопасном использовании может приносить различную пользу.

Процесс, в ходе которого радиоактивный атом становится более стабильным за счет высвобождения частиц и энергии, называется «радиоактивным распадом». (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ)

Каковы наиболее распространенные типы радиоактивного распада? Как мы можем защитить себя от вредного воздействия возникающего в результате излучения?

Существуют различные типы радиоактивного распада, вызывающего ионизирующее излучение, в зависимости от типа частиц или волн, которые испускает ядро, чтобы стать стабильным. Наиболее распространенными типами являются альфа-частицы, бета-частицы, гамма-лучи и нейтроны.

Альфа-излучение

Альфа-распад (Инфографика: А. Варгас/МАГАТЭ)

При альфа-излучении распадающиеся ядра испускают тяжелые, положительно заряженные частицы, чтобы стать более стабильными. Эти частицы не способны проникнуть через нашу кожу и причинить вред, и часто их можно остановить даже при помощи листа бумаги.

Однако в случае попадания альфа-излучающих материалов в организм при дыхании, с пищей или питьем, они могут воздействовать напрямую на внутренние ткани и, следовательно, наносить вред здоровью.

Америций-241, который используется в детекторах дыма по всему миру, является примером атома, распадающегося с испусканием альфа-частиц.

Бета-излучение

Бета-распад (Инфографика: А. Варгас/МАГАТЭ)

При бета-излучении ядра испускают более мелкие частицы (электроны), которые обладают большей проникающей способностью, чем альфа-частицы, и могут пройти, например, через 1–2 сантиметра воды, в зависимости от их энергии. Как правило, лист алюминия толщиной в несколько миллиметров может остановить бета-излучение.

К нестабильным атомам, испускающим бета-излучение, относятся водород-3 (тритий) и углерод-14. Среди прочего тритий используется, например, в аварийном освещении, для обозначения выходов в темноте. Это связано с тем, что свечение люминесцентного материала возникает под воздействием бета-излучения трития без использования электричества. Углерод-14 используется, например, для определения возраста объектов наследия.

Гамма-излучение

Кобальт-60 используется в лечении рака из-за его способности испускать гамма-излучение, которое может быть использовано для борьбы с опухолями. Упрощенный механизм приведен на рисунке выше. Сначала ядро кобальта-60 испускает бета-излучение, что приводит к его превращению в никель-60 в высокоэнергетическом состоянии (*Ni-60). Ядро в этом состоянии быстро теряет энергию, испуская две гамма-частицы, в результате чего образуется стабильный никель-60 (Инфографика: А. Варгас/МАГАТЭ).

Гамма-излучение, которое используется в различных применениях, например, для лечения рака, является электромагнитным излучением, подобным рентгеновскому. Некоторые гамма-лучи проходят через тело человека, не причиняя вреда, в то время как другие поглощаются организмом и могут причинить вред. Толстые стены из бетона или свинца могут снизить интенсивность гамма-излучения до уровней, представляющих меньший риск. Именно поэтому стены процедурных кабинетов радиотерапии в онкологических больницах имеют такую большую толщину.

Нейтроны

Ядерное деление внутри ядерного реактора является примером радиоактивной цепной реакции, поддерживаемой нейтронами (Инфографика: А. Варгас/МАГАТЭ)

Нейтроны — это относительно массивные частицы, которые являются одним из основных компонентов ядра. Они не имеют заряда и поэтому напрямую не вызывают ионизацию. Но их взаимодействие с атомами вещества может привести к возникновению альфа-, бета-, гамма- или рентгеновского излучения, которое затем приводит к ионизации. Нейтроны обладают проникающей способностью и могут быть остановлены только большими объемами бетона, воды или парафина.

Нейтроны могут быть получены различными способами, например, внутри ядерных реакторов или в процессе ядерных реакций, запущенных обладающими высокой энергией частицами в пучках ускорителей. Нейтроны могут являться значительным источником косвенно ионизирующего излучения.

Какую роль играет МАГАТЭ?
- МАГАТЭ оказывает государствам-членам помощь в использовании ядерных технологий, включая излучение, в здравоохранении, сельском хозяйстве, охране окружающей среды, управлении водными ресурсами, энергетике и промышленности. Для этого МАГАТЭ оказывает помощь в проведении исследований и разработок в области практического использования радиации и радиоактивных источников, а также координирует исследовательскую деятельность и реализует проекты в разных странах по всему миру.
- В рамках своей деятельности в области гарантий и проверки МАГАТЭ следит за тем, чтобы не происходило переключения способных испускать излучение материалов с мирного использования на другие цели.
- Наконец, МАГАТЭ разрабатывает нормы безопасности и руководящие материалы по физической безопасности и обобщает наилучшую практику в области защиты людей, общества и окружающей среды от вредного воздействия ионизирующего излучения.
Материалы по теме

Теперь в открытом доступе: три новых онлайн-курса по радиационной защите пациентов (на англ. языке)

Новый модуль онлайнового обучения по требованиям безопасности МАГАТЭ в области радиационной защиты (на англ. языке)

Откуда берется ядерная энергия? Научные основы ядерной энергетики

Ресурсы по теме
- Излучение в повседневной жизни (на англ. языке)
- Радиационная защита
- Радиационная защита персонала
- Радиационная защита населения
- Радиационная защита пациентов
- Радиационная защита окружающей среды
- Что есть что в ядерной сфере
Излучение

На прошлых уроках вы познакомились с такими видами теплопередачи, как тепловодность и конвекция. И в первом, и во втором случае перенос энергии происходил за счет движения частиц или их групп. Значит, если нет вещества, то эти виды теплопередачи невозможны.

Основной источник тепла на нашей планете — это Солнце. Оно находится от нас на расстоянии $15 \cdot 10^7 \space км$. Это пространство содержит очень разреженное вещество, оно близко к вакууму. В такой ситуации невозможна ни конвекция, ни теплопроводность. Каким образом тогда передается тепло от Солнца?

Изучение — вот ответ на наш вопрос. На данном уроке мы познакомимся с процессом излучения на опыте, узнаем его свойства и применение.

Выявление процесса излучения

Рассмотрим следующий опыт (рисунок 1). У нас есть жидкостный манометр и теплоприемник. Соединим их резиновой трубкой между собой.

Нагреем до высокой температуры небольшой кусок металла. С помощью пинцета аккуратно поднесем его к темной стороне теплоприемника (рисунок 1, а).

Уровень жидкости в колене, соединенном с теплоприемником, снизился. Это значит, что воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился.

Мы не воздействовали на теплоприемник никаким другим образом. Очевидно, что ему была передана энергия от нагретого куска металла.

Теплопроводность? Нет. Ведь мы не докасались куском металла до теплоприемника. Конвекция? Тоже нет. Нагретое тело находилось рядом с теплоприемником, но не под ним. Передача энергии в данном случае осуществлялась путем излучения.

Излучение — это вид теплопередачи, при котором перенос энергии происходит преимущественно без переноса вещества.

Этот перенос энергии осуществляется посредством электромагнитных волн. Об этом понятии вы подробнее узнаете в уроках для 9 класса.

Свойства излучения
- Передача энергии путем излучения отличается от других видов теплопередачи.
Излучение может осуществляться в полном вакууме.
- Все тела излучают энергию: и сильно нагретые, и слабо.
Чем выше температура тела, тем больше энергии оно передаёт путем излучения.
- Излучаемая энергия частично поглощается окружающими телами и частично отражается
- При поглощении энергии тела будут нагреваться по-разному. Это зависит от их поверхности.
Вернемся к нашему опыту (рисунок ). Сначала мы повернули теплоприемник к куску металла темной стороной. Теперь повернем его светлой стороной (рисунок 1, б). Теперь столбик жидкости в колене манометра повысился.

Тела с темной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела со светлой поверхностью.
- Тела, которые излучают энергию, охлаждаются тоже по-разному.
Тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью.

Например, в белом чайнике горячая вода дольше сохранит высокую температуру, чем в черном.

Применение

Солнечное излучение используют для того, чтобы добыть использовать солнечную энергию. Солнечные батареи (рисунок 3) позволяют аккумулировать солнечную энергию, преобразовывать ее для дальнейшего использования человеком.

Излучение применяют для сушки и нагрева материалов, в приборах ночного видения, в медицине. Далее во время обучения вы более подробно рассмотрите природу этого явления.

Гамма-излучение, виды, свойства и применение

«Гамма-излучение — это разновидность электромагнитного излучения, которое характеризуется очень высокой энергией и длиной волны. Оно возникает в результате ядерных реакций и распада радиоактивных элементов. «

Содержание:

2. Виды гамма-излучения

Открытие гамма-излучения

Это одно из самых важных открытий в истории физики. В 1865 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил, что некоторые вещества испускают невидимые лучи, которые могут проникать через непрозрачные материалы. Эти лучи были названы рентгеновскими лучами, в честь немецкого физика Рентгена.

Открытие рентгеновских лучей стало настоящим прорывом в науке, поскольку они позволили ученым изучать структуру атомов и молекул. Оно нашло применение в медицине, где они используются для диагностики различных заболеваний.

В 1900 году, когда немецкий физик Макс фон Лауэ обнаружил, что при прохождении рентгеновских лучей через кристаллы, они вызывают рассеяние, которое можно наблюдать с помощью дифракции.

Это открытие привело к пониманию того, что рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами и что существует еще один тип электромагнитного излучения, который не виден глазу, но может быть обнаружен с помощью специальных приборов.

В 1914 году, американский физик Пьер Кюри и его ассистент Гамильтон использовали специальный прибор, называемый гамма-спектрометром, для обнаружения гамма-лучей от радиоактивных источников.

Ученые обнаружили, что гамма-лучи имеют высокую энергию и обладают высокой проникающей способностью, и что они могут быть использованы для изучения свойств радиоактивных элементов.

Однако, открытие рентгеновских лучей было не единственным достижением в области физики. В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик открыл нейтрон, который является частицей, не имеющей электрического заряда. Нейтроны также играют важную роль в ядерной физике и используются для изучения строения атомных ядер.

Таким образом, открытие гамма-излучения и рентгеновских лучей является одним из ключевых моментов в развитии физики и других наук. Эти открытия позволили ученым лучше понимать структуру материи и использовать их для решения различных задач в науке и технике.

Виды гамма-излучения

Гамма-излучения имеют длину волны в диапазоне от 10^ до 10^ метров и могут быть обнаружены с помощью специальных детекторов. В зависимости от источника гамма-излучение может иметь различные свойства и применяться в различных областях науки и техники.
- Гамма-лучи низкой энергии (0,1-1 МэВ) используются для изучения структуры атомов и молекул с помощью гамма-резонансной спектроскопии.
- Средней энергии (1-10 МэВ) применяются в медицине для диагностики и лечения онкологических заболеваний, а также для радиотерапии.
- Высокой энергии (более 10 МэВ) могут использоваться в научных исследованиях для изучения свойств материалов и создания источников энергии.
- Очень высокой энергии (десятки и сотни МэВ) могут создавать космические лучи, которые проникают в атмосферу Земли и могут вызывать ядерные реакции в верхних слоях атмосферы.
- Гамма-радиация может быть использована для обнаружения ядерных материалов и радиоактивных веществ в окружающей среде.
- Гамма-излучением высокой интенсивности можно создавать лазеры на основе атомов, что может привести к созданию новых технологий в области оптики и квантовых вычислений.
- Гамма-кванты могут быть использованы для создания гамма-лазеров, которые могут работать на длине волны порядка нанометра и иметь высокую мощность.
Свойства гамма-излучения

Высокая энергия

Фотон гамма-излучения имеет энергию, которая гораздо больше, чем энергия фотонов других видов излучения. Эта энергия измеряется в единицах, называемых электрон-вольтами (эВ). Один эВ равен энергии, которую получает электрон, когда он ускоряется до скорости один метр в секунду. Гамма-излучение способно проникать через большинство материалов, включая кости, мышцы и ткани организма.

Ионизация

Гамма-кванты обладают высокой энергией, что означает, что они могут ионизировать атомы в веществе, которое они проходят. Это может привести к образованию свободных радикалов, которые могут повредить клетки и ткани.

Невидимость

Излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому не может быть обнаружено визуально. Однако, может зафиксировано с помощью специальных детекторов.

Длина волны

Короткая длина волны — 10^-14 м, что позволяет проникать глубоко в ткани и органы. Это делает гамма-излучение полезным для диагностики заболеваний, связанных с изменениями в тканях и органах.

Воздействие на клетки

Гамма-излучение может повреждать клетки, что может привести к различным заболеваниям, таким как рак. Однако, при правильном использовании, гамма-лучи могут быть использованы для лечения рака и других заболеваний.

Источники гамма-излучения

Вот несколько основных источников гамма-излучения:
- Солнечные вспышки: могут вызвать образование гамма-лучей в результате взаимодействия магнитных полей Солнца с частицами в атмосфере Земли.
- Радиационное излучение: ядерные реакторы или ускорители частиц, могут производить гамма-излучение в процессе своей работы.
- Радиоактивные материалы: напрмер, уран, торий и плутоний, могут излучать гамма-лучи при распаде своих ядер.
- Космические лучи: такие как протоны, нейтроны и другие заряженные частицы, могут попасть на Землю и вызвать образование гамма-лучей при взаимодействии с атмосферой.
- Атомные бомбы: при ядерных взрывах образуются гамма-лучи в результате ядерного деления или синтеза.
- Рентгеновские аппараты: могут производить небольшое количество гамма-излучения при работе.
- Другие источники: например, космические объекты, такие как черные дыры, и солнечные вспышки.
Доза гамма-излучения

Доза гамма-излучения (Гр) — это единица измерения, используемая для выражения количества энергии, поглощенной телом в результате воздействия гамма-излучения. Единица измерения Гр является международной и используется во многих странах мира.

Гр измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для расчета дозы необходимо знать мощность дозы (Вт/кг), продолжительность воздействия излучения (с) и массу тела (кг). Формула для расчета дозы выглядит следующим образом:

D = P * t * m
- P — мощность дозы в Вт/кг
- t — продолжительность воздействия в секундах
- m — масса тела в килограммах
Например, если человек массой 70 кг находится в зоне с мощностью дозы 1 Вт/кг в течение 1 часа, то его доза будет равна:

D = 1 Вт/кг * 1 ч * 70 кг = 70 Дж/кг = 0,07 Гр

Таким образом, доза гамма-излучения зависит от мощности дозы, продолжительности воздействия и массы тела. При работе с источниками радиоактивного излучения необходимо учитывать дозу и принимать меры для ее снижения.

Применение гамма-излучения

Широкий спектр применения в различных областях, включая медицину, науку, промышленность и безопасность. Ниже представлены некоторые из наиболее распространенных способов использования гамма-излучения:
- Медицина: часто используется для диагностики и лечения различных заболеваний. Например, оно может применяться для обнаружения рака, исследования внутренних органов, лечения опухолей и даже для улучшения иммунной системы
- Наука: используется для изучения свойств ядер и атомных реакций, а также для исследования радиоактивных изотопов. Кроме того, гамма-излучение можно применять для создания рентгеновских снимков и других исследований в области медицины и физики.
- Производство: применятся в производстве для обработки различных материалов, таких как металлы, керамика и пластмассы. Оно может применяться для улучшения свойств материала, например, увеличения прочности или улучшения качества поверхности.
- Безопасность: гамма-излучение важно для обеспечения безопасности на атомных электростанциях, рентгеновских лабораториях, радиологических отделениях и других местах с высоким уровнем радиации. Оно используется для обнаружения радиационных опасностей и контроля уровня радиации.
- Астрофизика: используется в астрофизике для изучения космических объектов и процессов. Например, с помощью гамма-излучения можно исследовать черные дыры, нейтронные звезды и другие космические объекты.
Это лишь некоторые из множества способов использования гамма-излучения. Оно играет важную роль во многих областях науки и технологий, и его применение продолжает расширяться.
Похожие публикации: