Виды ионизирующих излучений

Излучения, возникающие при радиоактивном распаде, при взаимодействии с атомами вещества, через которое они проходят, могут вызывать их ионизацию. Поэтому такие излучения называют ионизирующими.

Все ионизирующие излучения по своей природе делятся на фотонные и корпускулярные.

К фотонному ионизирующему излучению относятся:

– гамма-излучение ( γ -излучение), возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции частиц. При γ-распаде возбуждённое ядро испускает квант электромагнитного излучения очень высокой частоты (около 10²⁰ Гц, что соответствует длине волны примерно 10^-12 м). При этом энергия ядра соответственно уменьшается, но заряд и массовое число остаются неизменными. Уменьшение энергии возбуждённого ядра при γ-распаде происходит дискретными порциями, определяемыми разностью энергетических уровней соответствующих переходов. Поэтому спектры первичных гамма-источников – дискретные;

– тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц при торможении их в веществе. Спектры тормозного излучения являются непрерывными;

– характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; оно характеризуется меньшими энергиями квантов электромагнитного излучения, чем гамма-кванты;

– рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и/или характеристического излучений; энергетический диапазон рентгеновского излучения лежит ниже энергетического диапазона γ-излучения;

– ультрафиолетовое излучение – это электромагнитное излучение, частотный диапазон которого лежит ниже рентгеновского излучения, но выше видимого света;

– видимое световое излучение – электромагнитное излучение в видимом диапазоне (длина волны от 390 до 770 нм).

Энергии квантов видимого света уже недостаточно для ионизации атомов, поэтому видимое световое излучение уже не относят к ионизирующим, но вторичное излучение в видимом диапазоне длин волн широко используется для детектирования ионизирующих излучений с помощью сцинтилляционных детекторов.

Собственно при ядерном распаде из всех указанных видов фотонного излучения испускается лишь γ-излучение. Все остальные виды фотонного излучения являются вторичными и возникают при взаимодействии первичных продуктов распада (включая и γ-излучение) с окружающим веществом.

Поскольку энергия квантов электромагнитного излучения пропорциональна частоте, то с понижением частоты их энергия падает и ионизирующая способность уменьшается. Поэтому видимый свет и, тем более, инфракрасное и микроволновое радиоизлучение уже не относят к ионизирующим излучениям, поскольку энергии соответствующих квантов уже недостаточно для ионизации нейтральных атомов и молекул.

Все виды фотонного излучения не отклоняются электрическим и магнитным полями.

К корпускулярному ионизирующему излучению относят:

– альфа-излучение ( α -излучение) – представляющее собой альфа-части-цы, т.е. ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. При α-распаде массовое число изотопа уменьшается на 4, а заряд ядра – на 2 единицы. Вследствие наличия положительного заряда α-частицы отклоняются электрическим и магнитным полями. Скорость, с которой вылетают α-частицы, составляет около 10⁷ м/с;

– электронное или β^- -излучение – представляет собой поток электронов, обладающих очень высокой скоростью (от 10⁸ м/с до 0,999 с, где с – скорость света в вакууме равная 299 792 456,2 м/с). При β-распаде нейтрон в неустойчивом ядре превращается в протон и при этом испускается электрон и антинейтрино. При β-распаде массовое число изотопа не меняется, а заряд ядра увеличивается на 1;

– позитронное или β⁺ -излучение – представляет собой поток позитронов – антиэлектронов, отличающихся от электронов только положительным знаком заряда. При β⁺-распаде протон в неустойчивом ядре превращается в нейтрон и при этом испускается позитрон и нейтрино. При β⁺-распаде массовое число изотопа не меняется, а заряд ядра уменьшается на 1;

– протонное излучение – поток протонов (ядер атомов водорода);

– нейтронное излучение – поток нейтронов, образующихся при ядерных реакциях;

– мезонное излучение – поток мезонов, образующихся при ядерных реакциях.

Корпускулярное излучение, состоящее из потока заряженных частиц (альфа-, бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении, относится к классу непосредственно ионизирующего излучения. Эти излучения отклоняются электрическим и магнитным полями.

Нейтроны и другие незаряженные элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны, альфа-частицы), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят. Соответственно, корпускулярное излучение, состоящее из потока незаряженных частиц, называют косвенно ионизирующим излучением. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями.

Кроме вышеуказанных устойчивых ядерных частиц (к ним относятся и неустойчивые частицы с большим временем жизни) различные ядерные реакции могут сопровождаться испусканием короткоживущих частиц. Виды ядерных излучений и их основные характеристики приведены в таблице 1.1 [2].

Таблица 1.1

Основные виды ядерных излучений и их характеристики