Виды ионизирующих излучений и их свойства.

Корпускулярные ионизирующие излучения:

Альфа-частица (α). Идентична ядру атома гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов. У них самая большая масса. Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8–15 МэВ. Проникающая способность в воздухе составляет в зависимости от энергии 2-10 см, в биологических тканях несколько десятков микрон. Они вызывают сильно выраженные эффекты ионизации и флуоресценции. В воздухе на 1 см пути альфа-частица образует 100-250 тысяч пар ионов. Поэтому при попадании внутрь организма они крайне опасны. Вся энергия альфа-частиц передается клеткам организма непосредственно.

Проходя через вещество, альфа-частицы постепенно теряют энергию в результате взаимодействия с атомами (ионизация и возбуждение атомов). Процесс ионизации происходит до тех пор, пока энергия альфа-частиц способна производить ионизацию. В конце пробега альфа частица присоединяет к себе два электрона и превращается в атом гелия. Энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи, поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. В настоящее время известно более 160 альфа-активных видов ядер. Ядра с порядковым номером больше 82, за редким исключением, альфа-активны.

Бета-частица (β), заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада. Поток бета-частиц называется бета-лучи или бета-излучение. Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β⁻), положительно заряженные – позитронами (β⁺). Поскольку β-частицы одного и того же радиоактивного элемента имеют различный запас энергии, то величина их пробега в одной и той же среде будет неодинаковой. Бета-частицы обладают меньшим эффектом ионизации, чем альфа-излучение. Пробег β-частиц в воздухе может составлять в зависимости от энергии до 25 м, в биологических тканях – до 1 см.

В конце пробега β-частица (электрон) может включиться в один из атомов среды или на короткое время оставаться свободным электроном. Значительные дозы внешнего бета-излучения могут вызвать лучевые поражения кожи и привести к лучевой болезни. Ещё более опасно внутреннее облучение от бета-активных радионуклидов, попавших внутрь организма. Бета-излучение имеет значительно меньшую проникающую способность, чем гамма-излучение (однако на порядок большую, чем альфа-излучение). Слой любого вещества с поверхностной плотностью порядка 1 г/см² (например, несколько миллиметров алюминия или несколько метров воздуха) практически полностью поглощает бета-частицы с энергией около 1 МэВ.

Нейтрон (n^o) – электрически нейтральная частица. При ядерных взрывах нейтронный поток распространяется на сотни метров, легко проникая сквозь стальную броню и железобетон, являясь источником наведенной радиоактивности. При этом стабильные ядра могут превращаться в радиоактивные ядра с различным периодом полураспада, которые продолжают излучать длительное время после прекращения облучения.

Нейтроны, не обладая зарядами, не могут взаимодействовать с электронами атомов, взаимодействуя только с ядрами.

Нейтроны могут быть быстрыми, промежуточными и медленными. При прохождении через вещество быстрые нейтроны теряют свою энергию и последовательно становятся промежуточными, а затем и медленными.

Быстрые нейтроны наиболее эффективно замедляются материалами, содержащими водород (парафины, вода, бетон и др.)

Для поглощения медленных нейтронов используют материалы, содержащие большое количество бора и кадмия: (борная сталь, бораль, борный графит, сплав кадмия со свинцом).

Электромагнитные ионизирующие излучения (рентгеновское и g-излучение):

Гамма-излучение (γ) – представляет собой поток электромагнитных волн. Гамма - лучи представляют собой кванты, т.е. фотоны с высокой энергией, порции электромагнитных колебаний с наименьшей длиной волны и большей частотой колебаний по сравнению с другими видами излучений. Считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10⁵ эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. Гамма-кванты, не имея заряда и массы покоя, вызывают слабое ионизирующее действие, но обладают большой проникающей способностью.

Гамма лучи во многих случаях сопровождают испускание альфа- и бета-частиц. Дело в том, что в ряде случаев при испускании α- или β-частицы образуется новое ядро (ядерный переход), которое может иметь еще избыток энергии, т.е. находится в возбужденном состоянии. Этот избыток энергии мгновенно высвечивается в виде гамма-квантов.

В случае излучения кванта при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке – наблюдается рентгеновское излучение.

Гамма-излучение чаще сопровождает различные типы бета-распада и значительно реже альфа-распада. При этом, чем более возбужденное ядро образуется при распаде, тем больше энергия гамма-квантов.

Закон ослабления гамма-излучения веществом существенно отличается от закона ослабления α- и β-частиц. Пучок гамма-лучей поглощается непрерывно с увеличением толщины поглотителя; его интенсивность не обращается в нуль, ни при каких толщинах поглотителя. Это означает, что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток гамма-лучей, а можно только ослабить его интенсивность на любое заданное число раз.