Что такое альфа-излучение

Допустимые пределы облучения

Норма ионизирующего излучения в России регулируется «Нормами радиационной безопасности» и «Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений». Согласно данным документам, пределы облучения разработаны для следующих категорий:

1. «А». К ней относятся сотрудники, которые работают с источником излучений на постоянной основе или временно. Допустимый предел рассчитывается как индивидуальная эквивалентная доза внешнего и внутреннего излучения за год. Это так называемая предельно допустимая доза.

2. «Б». Категория включает часть населения, которая может подвергаться воздействию источников облучения, так как проживает или работает рядом с ними. В этом случае также рассчитывается допустимая доза за год, при которой в течение 70 лет не будут происходить нарушения здоровья.

3. «В». К типу относится население области, края или страны, попавшее под излучение. Ограничение облучения происходит с помощью введения норм и контроля радиоактивности объектов в окружающей среде, вредных выбросов с АЭС, учитывая дозовые пределы для предыдущих категорий. Влияние излучений на население не подлежит регламенту, так как уровни облучения очень низки. В случаях радиационной аварии в регионах применяются все необходимые меры безопасности.

Как защититься от альфа-излучения

Исходя из всего вышеперечисленного, можно сделать определенный вывод о безопасности α-излучения. Для таких лучей преградой является даже просто лист бумаги. При небольшом расстоянии возможно незначительное повреждение только верхних слоев кожи. Таким образом, внешнее воздействие не оказывает негативного влияния.

А вот попадание частиц альфа излучения внутрь организма может стать очень серьезной проблемой. Произойти это может разными способами.

Способы проникновения:

  • Повреждения на кожных покровах,
  • Зараженная вода,
  • Зараженная пища.

В результате при таком заражении происходит довольно сильная ионизация внутри организма, при этом происходит образование различных окислителей, которые оказывают негативное влияние на все системы организма.

Чтобы избежать внутреннего заражения, необходимо принять определенные меры защиты.

Меры:

  • Использовать защитную одежду из специального материала в местах α-илучения.
  • Глаза необходимо защищать очками из органического стекла.
  • Если кожные покровы довольно чувствительные, то стоит смазывать их защитными кремами.
  • Не следует употреблять в пищу продукты и использовать воду, если они находились под воздействием излучения.

Помимо этого, следует знать, что можно добавить в рацион определенные продукты, а также витамины В и С, которые помогут вывести небольшие дозы излучения.

Таким образом, защита от вредного воздействия заключается в соблюдении мер безопасности.

Корпускулярное ИИ состоит из частиц вещества – элементарных частиц и ионов, в т.ч. ядер атомов. Корпускулярное ИИ делят на:

  • заряженные частицы, в том числе,
  • легкие заряженные частицы (электроны и позитроны);
  • тяжелые заряженные частицы (мюоны, пионы и другие мезоны, протоны, заряженные гипероны, дейтроны, альфа-частицы, и другие ионы);
  • электрически нейтральные частицы (нейтрино, нейтральные пионы и другие мезоны, нейтроны, нейтральные гипероны).

Альфа-излучение (поток ядер гелия, возникающий в результате альфа распада ядер элементов) обладает высокой ионизирующей, но слабой проникающей способностью: пробег альфа-частиц в сухом воздухе при нормальных условиях не превышает 20 см, а в биологической ткани – 260 мкм. То есть слой воздуха 9-10 см, верхняя одежда, резиновые перчатки, марлевые повязки, даже бумага  полностью защищают организм от внешних потоков альфа-частиц.

*Попадание источников альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и пищей уже очень опасно.

Бета-излучение (поток электронов или позитронов, возникающий в результате бета-распада ядер) имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Поскольку максимальные энергии бета-частиц не превышают 3 МэВ, то от них гарантированно защитит оргстекло толщиной 1,2 см, либо слой алюминия в 5,2 мм. А вот на ускорителе с максимальной энергией электронов 7 МэВ от электронов защитит слой алюминия в 1,5 см, либо слой бетона шириной в 2 см.

Гамма-излучение — сопутствующее ядерным превращениям электромагнитное излучение. Сегодня  к гамма-излучению относят также жесткое рентгеновское излучение. Обладает очень высокой проникающей способностью. Оградить себя от гамма-излучения практически невозможно, однако можно ослабить его до приемлемого уровня. Защитные средства, обладающие экранирующим действием от такого рода радиации, выполняются из свинца, чугуна, стали, вольфрама и других металлов с высоким порядковым номером.

*Интенсивность гамма лучей (Cs-137) уменьшают в два раза сталь толщиной 2,8 см., бетон – 10 см., грунт – 14 см., дерево – 30 см.

Нейтронное излучение – поток нейтронов – тяжелых частиц, входящих в состав ядра. Для защиты от этого излучения можно использовать убежища, противорадиационные укрытия, дооборудованные подвалы и погреба. Потоки нейтронов, как и потоки гамма-излучения невозможно полностью экранировать. Быстрые нейтроны сначала надо замедлить в воде, полиэтилене, парафине, можно в бетоне, а затем их необходимо поглотить, например, в кадмиевой фольге, за которой должен стоять достаточный слой свинца, чтобы экранировать возникающее при захвате нейтронов ядрами кадмия высокоэнергетическое гамма-излучение. Поэтому защита от нейтронов, как правило, делается комбинированной.

Основные сведения о бета-облучении

Первооткрывателем таких лучей стал ученый из Франции – Анри Беккерель. Кроме него значительный вклад в изучение особенностей такого формата радиации вложили Мария Складовская и Пьер Кюри. Вместе они стали одними из первых, кто официально пострадал от бета-облучения.

Изучая, что такое бета-излучение, ученые выяснили, что эти частицы рождаются при распаде атомных ядер. Причем происходит это только в случае, когда происходит распад атомов элементов с радиоактивными свойствами.

Из-за особенностей механизма образования, скорость полета таких частиц может варьироваться. Принято считать, что минимальным порогом тут выступает отметка в 100 тысяч км/с. Максимальный разгон может достигать уровня скорости света.

Колеблется и допустимое расстояние, которое лучи способны оперативно преодолевать. Но выше показателя в 1800 см уровень никогда не поднимался. Эта доказанная истина распространяется только на «пробег» в свободной среде, то есть, обычном воздухе.

В ходе многочисленных исследований было выяснено, что из-за своей небольшой массы, частицы постоянно сбиваются с прямого курса. Из-за этого их траектория может быть совершенно неожиданной.

Если лучи попали на незащищенный кожный покров, то здесь будет прослеживаться негативное влияние на верхний слой кожи. Ярким тому примером выступают данные касательно ликвидации последствий на Чернобыльской атомной электростанции. В свое время люди, которые участвовали в операции по первичной ликвидации последствий, сильно пострадали от бета-радиации. На их коже были зафиксированы значительные ожоги.

Еще страшнее, если облученное бета-частицами вещество каким-то образом попадет внутрь человеческого организма. Так оно начнет «заражать» все ближайшие к нему органы.

Альфа-излучение. Влияние на человека

Энергии этих частиц, образующихся при радиоактивном распаде, не хватит на преодоление начального слоя кожи, поэтому внешнее облучение не несет вреда организму. Но если источником образования альфа-частиц служит ускоритель и их энергия достигает выше десятков МэВ, то угроза нормальному функционированию организма присутствует. Огромный вред наносит непосредственное проникновение внутрь тела радиоактивного вещества. Например, через вдыхание отравленного воздуха или через пищеварительный тракт. Альфа-излучение способно в минимальных дозах вызвать у человека развитие лучевой болезни, которая часто заканчивается смертью пострадавшего.

Альфа–лучи нельзя обнаружить с помощью дозиметра. Попав в организм, они начинают облучать близлежащие клетки. Организм вынуждает клетки делиться быстрее, чтобы возобновить пробел, но заново рожденные опять подвергаются вредному воздействию. Это приводит к потере генетической информации, мутациям, образованию злокачественных опухолей.

Открытие бета-лучей

После открытия радиоактивности в конце XIX в. многие физики стали изучать природу и свойства радиоактивного излучения. Одним из таких физиков был Э. Резерфорд. В 1899 г. он поставил опыт по определению состава радиоактивного излучения.

Рис. 1. Опыт Резерфорда по радиоактивности 1899.

В свинцовом контейнере находится радиоактивный препарат (как правило, соль радия). Через окно в контейнере радиоактивное излучение попадает на фотопластинку. Как и в опытах других физиков, на пластинке появлялась засвеченная область. Теперь, если на пути радиоактивного луча поместить сильное магнитное поле и если радиоактивный луч состоит из заряженных частиц, засвеченная область на фотопластинке сдвинется в сторону.

Опыт показал, что радиоактивное излучение имеет сложный состав. На фотопластинке после включения магнитного поля возникли три пятна. Это доказывало, что в радиоактивных лучах присутствуют частицы всех трех видов: тяжелые положительные, легкие отрицательные и нейтральные (неизвестного веса).

Положительная компонента радиоактивного излучения была названа альфа-лучами, отрицательная — бета-лучами, нейтральная — гамма-лучами.

Ионизирующее излучение

Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

Альфа-лучи


В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

Читать также Опасность радиации для жизни и ее угроза для здоровья человека

Бета-лучи

Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

Гамма- лучи

Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

Нормы и дозы

0.22 — 0,30 МкЗв/час — Обычный радиационный фон, которому подвергаются все люди в повседневной жизни; 1.00 МкЗв/час — Облучение получаемое экипажем самолета совершающего перелет Токио — Нью-Йорк через Северный полюс; 2.28 МкЗв/час — Средний допустимый уровень облучения для работников атомной промышленности; 11.42 МкЗв/час — Уровень резко увеличивающий вероятность развития рака; 40.00 МкЗв/час на протяжении жизни – Основание для эвакуации людей после катастрофы в Чернобыле; 114.15 МкЗв разовая доза — Вызывает лучевую болезнь с тошнотой и пониженным содержанием белых телец в крови, но не летальный исход; 570.77 МкЗв разовая доза – Половина людей получивших такую дозу радиации, умирает в течение месяца.

Польза изотопов излучения

Тщательное исследование химических и физических свойств этой разновидности облучения дало понять, что оно может быть не только вредно, но и достаточно полезно. Терапия с применением альфа-частичек позволяет эффективно бороться с большим количеством недугов в сочетании с основным лечением медикаментозными препаратами. Для организма могут быть полезны изотопы, получаемые из частичек: торон и радон. В медицине существует несколько разных процедур, при которых используются эти изотопы:

  • питье радоновой воды,
  • радоновые ванны,
  • компрессы и ингаляции на основе радона.

Невзирая на агрессивное поведение радиоактивных нуклидов альфа-лучей, специалисты считают, что именно этот вид облучения более безопасно и эффективно используется в медицине. При этом сеансов для ликвидации клеток рака потребуется гораздо меньше, нежели при терапии с помощью бета-лучей, потому что альфа-излучение оказывает непосредственное воздействие на очаг проблемы. Альфа-лечение используется для борьбы со следующими патологиями:

  • аритмия, болезни сосудов и сердца,
  • гормональные нарушения,
  • гинекологические проблемы,
  • заболевания позвоночника и суставов.

Помимо этого, альфа-терапия показывает неплохую эффективность при приступах паники и неврозах, потому что характеризуется успокаивающим эффектом, притупляет болезненные ощущения и снимает усталость.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Какой из типов радиоактивного излучения представляет собой поток положительно заряженных частиц?

1) ​\( \alpha \)​-излучение
2) ​\( \beta \)​-излучение
3) ​\( \gamma \)​-излучение
4) поток нейтронов

2. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение. Что представляет собой гамма-излучение?

1) поток электронов
2) поток нейтронов
3) поток ядер атомов гелия
4) электромагнитное излучение

3. При исследовании естественной радиоактивности были обнаружены три вида излучений: альфа-излучение (поток альфа-частиц), бета-излучение (поток бета-частиц) и гамма-излучение. Каковы знак и модуль заряда бета-частиц?

1) отрицательный и равный элементарному заряду
2) положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3) положительный и равный по модулю элементарному заряду
4) альфа-частицы не имеют заряда

4. Радиоактивный препарат помещен в магнитное поле. В этом поле не отклоняются

A. ​\( \alpha \)​-лучи
Б. \( \beta \)-лучи
B. \( \gamma \)-лучи

Правильный ответ

1) только А
2) только А и Б
3) только В
4) только А и В

5. Какое из трёх типов излучения — ​\( \alpha \)​, ​\( \beta \)​ или ​\( \gamma \)​ — обладает наименьшей проникающей способностью?

1) ​\( \alpha \)​
2) \( \beta \)
3) \( \gamma \)
4) проникающая способность всех типов излучения одинакова

6. Какой вывод можно было сделать из результатов опытов Резерфорда?

1) атом представляет собой положительно заряженный шар, в который вкраплены электроны
2) ядро атома имеет такие же размеры, что и ​\( \alpha \)​-частицы
3) атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны
4) атом излучает и поглощает энергию порциями

7. Почему в опыте Резерфорда большая часть ​\( \alpha \)​-частиц практически не отклоняется от прямолинейной траектории?

1) ядро атома имеет малые но сравнению с \( \alpha \)-частицей размеры
2) ядро атома имеет положительный заряд
3) ядро атома имеет малые по сравнению с атомом размеры
4) ядро атома притягивает \( \alpha \)-частицы

8. Суммарный заряд электронов в нейтральном атоме:

1) отрицательный и равен по модулю заряду ядра
2) положительный и равен по модулю заряду ядра
3) может быть положительным или отрицательным, но равным по модулю заряду ядра
4) отрицательный и всегда больше по модулю заряда ядра

9. Число электронов в нейтральном атоме равно

1) числу нейтронов в ядре
2) числу протонов в ядре
3) суммарному числу нейтронов и протонов
4) разности между числом протонов и нейтронов

10. Атом становится отрицательно заряженным ионом, если

1) он потеряет электроны
2) к нему присоединятся электроны
3) он потеряет протоны
4) к нему присоединятся протоны

11. Установите соответствие между видом излучения (в левом столбце таблицы) и его характеристикой (в правом столбце таблицы). В таблице под номером вида излучения левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ВЕЛИЧИНА
A. Альфа-излучение
Б. Бета-излучение
B. Гамма-излучение

ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Отрицательный заряд, равный двум элементарным зарядам
2. Отрицательный заряд, равный элементарному заряду
3. Положительный заряд, равный по модулю двум элементарным зарядам
4. Положительный заряд, равный по модулю элементарному заряду
5. Отсутствие заряда

12. Из приведённых ниже высказываний выберите 2 правильных и запишите их номера в таблицу.

1) магнитное поле не действует на гамма-излучение
2) магнитное поле сильнее отклоняет альфа-частицы
3) магнитное поле сильнее отклоняет бета-частицы
4) все три вида излучения, обнаруженные при исследовании естественной радиоактивности, отклоняются магнитным полем
5) радиоактивностью обладают все элементы таблицы Менделеева

Альфа-излучение. Влияние на человека

Энергии этих частиц, образующихся при радиоактивном распаде, не хватит на преодоление начального слоя кожи, поэтому внешнее облучение не несет вреда организму. Но если источником образования альфа-частиц служит ускоритель и их энергия достигает выше десятков МэВ, то угроза нормальному функционированию организма присутствует. Огромный вред наносит непосредственное проникновение внутрь тела радиоактивного вещества. Например, через вдыхание отравленного воздуха или через пищеварительный тракт. Альфа-излучение способно в минимальных дозах вызвать у человека развитие лучевой болезни, которая часто заканчивается смертью пострадавшего.

Альфа–лучи нельзя обнаружить с помощью дозиметра. Попав в организм, они начинают облучать близлежащие клетки. Организм вынуждает клетки делиться быстрее, чтобы возобновить пробел, но заново рожденные опять подвергаются вредному воздействию. Это приводит к потере генетической информации, мутациям, образованию злокачественных опухолей.

1.3. Типы ядерных превращений. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществами. Виды ионизирующих излучений и их характеристика

1.3.2. Бета-распад

Ряд естественных и искусственных радиоактивных элементов претерпевают распад с испусканием электронов и позитронов. Электроны и позитроны, испускаемые ядрами, называются бета-частицами или бета- излучением, а сами ядра – бета-активными. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит  электронный бета-распад. При этом виде ядерных превращений один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускает электрон и антинейтрино и возникает ядро нового элемента при неизменном массовом числе. Вылет электронов сопровождается выбросом антинейтрино – элементарной частицы с массой менее 1/2000 массы покоя электрона, дочерний элемент сдвинут в таблице Д.И. Менделеева на 1 поле. Например:

,

где  – антинейтрино.

При излишке протонов происходит позитронный (β+) бета-распад. Он сопровождается образованием нового элемента, расположенного в периодической таблице Д.И. Менделеева на 1 позицию влево от материнского; протон превращается в нейтрон, энергия выделяется также в виде элементарной частицы – нейтрино. Позитрон срывает с электронной оболочки электрон, образует пару позитрон – электрон, при взаимодействии которых образуются 2 гамма-кванта (процесс аннигиляции). Например:

,

где Q – энергия двух гамма-квантов. Взаимодействие между электронами и веществом также приводит к процессам ионизации и возбуждения атомов и молекул. При взаимодействии с орбитальными электронами бета-частица отклоняется от первоначального пути (одноименные заряды отталкиваются), поэтому глубина проникновения бета-частиц в вещество меньше, чем длина пробега.

Бета-частицы (бета-излучение) распространяются со скоростью света, проникающая способность в воздухе до 25 метров, а в биологических тканях – до 1 см, в воздухе на 1 см пробега образует 50-100 пар ионов (редко ионизирующее излучение).

Возникающее при перестройке ядер атомов радиоактивных элементов излучение также моноэнергетично (то есть имеет линейный спектр) или характеризуется ограниченным числом фиксированных энергий (до нескольких МэВ).

Тормозное и характеристическое излучения обычно относят к рентгеновским лучам, а образующееся при ядерных перестройках – к гамма-излучению. При таком разделении спектры рентгеновских и g-лучей перекрываются. Нет принципиальных различий между ними и по физическим свойствам. Часто, независимо от происхождения, излучение с энергией фотонов до 250 кэВ относят к рентгеновскому излучению, а выше 250 кэВ – к гамма-излучению. По длине волны эта граница соответствует примерно 0,05 ангстрем.

Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение, распространяется прямолинейно со скоростью света, энергия его колеблется от 0,01 МэВ до 3 МэВ. Гамма-кванты испускаются при альфа- и бета-распадах ядра природных и искусственных радионуклидов, лишены массы покоя, не имеют заряда, поэтому проникающая способность в воздухе составляет 150 метров, в биологических тканях – десятки см.

Рентгеновское излучение также является электромагнитным излучением, возникает при торможении электронов в электрическом поле ядра атомов (тормозное рентгеновское излучение) или при перестройке электронных оболочек атомов при ионизации и возбуждении атомов и молекул (характеристическое рентгеновское излучение).

Предыдущая