Гамма-излучение
Открыто в 1910 г. Генри Брэггом. Электромагнитная природа доказана в 1914 г. Эрнестом Резерфордом.
Это самый широкий диапазон электромагнитного спектра, поскольку он не ограничен со стороны высоких энергий. Мягкое гамма-излучение образуется при энергетических переходах внутри атомных ядер, более жесткое — при ядерных реакциях. Гамма-кванты легко разрушают молекулы, в том числе биологические, но, к счастью, не проходят через атмосферу. Наблюдать их можно только из космоса.
Гамма-кванты сверхвысоких энергий рождаются при столкновении заряженных частиц, разогнанных мощными электромагнитными полями космических объектов или земных ускорителей элементарных частиц. В атмосфере они крушат ядра атомов, порождая каскады частиц, летящих с околосветовой скоростью. При торможении эти частицы испускают свет, который наблюдают специальными телескопами на Земле.
При энергии свыше 10 14 эВ лавины частиц прорываются до поверхности Земли. Их регистрируют сцинтилляционными датчиками. Где и как образуются гамма-лучи ультравысоких энергий, пока не вполне ясно. Земным технологиям такие энергии недоступны. Самые энергичные кванты — 10 20 –10 21 эВ, приходят из космоса крайне редко — примерно один квант в 100 лет на квадратный километр.
Источники
Остаток вспышки сверхновой звезды в гамма-лучах сверхвысоких энергий
Изображение получено в 2005 году гамма-телескопом HESS. Оно стало подтверждением того, что остатки сверхновых служат источниками космических лучей — энергичных заряженных частиц, которые, взаимодействуя с веществом, порождают гамма-излучение (см. Схема генерации гамма-излучения). Ускорение частиц, по всей видимости, обеспечивается мощным электромагнитным полем компактного объекта — нейтронной звезды, которая образуется на месте взорвавшейся сверхновой.
Схема генерации гамма-излучения
Столкновения энергичных заряженных частиц космических лучей с ядрами атомов межзвездной среды порождают каскады других частиц, а также гамма-квантов. Этот процесс аналогичен каскадам частиц в земной атмосфере, которые возникают под воздействием космических лучей (см. Схема телескопа для гамма-излучения сверхвысоких энергий). Происхождение космических лучей с самыми высокими энергиями еще изучается, но уже есть данные, что они могут генерироваться в остатках сверхновых звезд.
Аккреционный диск вокруг сверхмассивной черной дыры (рис. художника)
В ходе эволюции крупных галактик в их центрах образуются сверхмассивные черные дыры, массой от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца. Они растут за счет аккреции (падения) межзвездного вещества и даже целых звезд на черную дыру.
При интенсивной аккреции вокруг черной дыры образуется быстро вращающийся диск (из-за сохранения момента вращения падающего на дыру вещества). Из-за вязкого трения слоев, вращающихся с разной скоростью, он всё время разогревается и начинает излучать в рентгеновском диапазоне.
Часть вещества при аккреции может выбрасываться в виде струй (джетов) вдоль оси вращающегося диска. Этот механизм обеспечивает активность ядер галактик и квазаров. В ядре нашей Галактики (Млечного Пути) также располагается черная дыра. В настоящее время ее активность минимальна, однако по некоторым признакам около 300 лет назад она была значительно выше.
Приемники
Гамма-телескоп сверхвысоких энергий HESS
Расположен в Намибии, состоит из 4 параболических тарелок диаметром 12 метров, размещенных на площадке размером 250 метров. На каждой из них закреплено 382 круглых зеркала диаметром 60 см, которые концентрируют тормозное излучение, возникающее при движении энергичных частиц в атмосфере (см. схему телескопа).
Телескоп начал работать в 2002 году. Он в равной мере может использоваться для регистрации энергичных гамма-квантов и заряженных частиц — космических лучей. Одним из главных его результатов стало прямое подтверждение давнего предположения о том, что остатки вспышек сверхновых звезд являются источниками космических лучей.
Схема телескопа для гамма-излучения сверхвысоких энергий
Когда энергичный гамма-квант входит в атмосферу, он сталкивается с ядром одного из атомов и разрушает его. При этом порождается несколько обломков атомного ядра и гамма-квантов меньшей энергии, которые по закону сохранения импульса движутся почти в том же направлении, что и исходный гамма-квант. Эти обломки и кванты вскоре сталкиваются с другими ядрами, образуя в атмосфере лавину частиц.
Большинство этих частиц имеет скорость, превышающую скорость света в воздухе. Вследствие этого частицы испускают тормозное излучение, которое достигает поверхности Земли и может регистрироваться оптическими и ультрафиолетовыми телескопами. Фактически сама земная атмосфера служит элементом гамма-телескопа. Для гамма-квантов сверхвысоких энергий расходимость пучка, достигающего поверхности Земли, составляет около 1 градуса. Этим определяется разрешающая способность телескопа.
При еще более высокой энергии гамма-квантов до поверхности доходит сама лавина частиц — широкий атмосферный ливень (ШАЛ). Их регистрируют сцинтилляционными датчиками. В Аргентине сейчас строится обсерватория имени Пьера Оже (в честь первооткрывателя ШАЛ) для наблюдения гамма-излучения и космических лучей ультравысоких энергий. Он будет включать несколько тысяч цистерн с дистиллированной водой. Установленные в них ФЭУ будут следить за вспышками, происходящими в воде под воздействием энергичных частиц ШАЛ.
Гамма-обсерватория INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)
Орбитальная обсерватория, работающая в диапазоне от жесткого рентгена до мягкого гамма-излучения (от 15 кэВ до 10 МэВ), была выведена на орбиту с космодрома Байконур в 2002 году. Обсерватория построена Европейским космическим агентством (ESA) при участии России и США. В конструкции станции использована такая же платформа, как и в ранее запущенной (1999) европейской рентгеновской обсерватории XMM-Newton.
Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
Электронное устройство для измерения слабых потоков видимого и ультрафиолетового излучения. ФЭУ представляет собой электронную лампу с фотокатодом и набором электродов, к которым приложено последовательно возрастающее напряжение с суммарным перепадом до нескольких киловольт.
Кванты излучения падают на фотокатод и выбивают из него электроны, которые движутся к первому электроду, образуя слабый фотоэлектрический ток. Однако по пути электроны ускоряются приложенным напряжением и выбивают из электрода значительно большее число электронов. Так повторяется несколько раз — по числу электродов. В итоге поток электронов, пришедший от последнего электрода к аноду, увеличивается на несколько порядков по сравнению с первоначальным фотоэлектрическим током. Это позволяет регистрировать очень слабые световые потоки, вплоть до отдельных квантов.
Важная особенность ФЭУ — быстрота срабатывания. Это позволяет использовать их для регистрации скоротечных явлений, таких как вспышки, возникающие в сцинтилляторе при поглощении энергичной заряженной частицы или кванта.
Матрица ФЭУ
Отдельный ФЭУ имеет очень небольшую площадь фотокатода и регистрирует только те кванты, которые движутся в его направлении. Чтобы повысить эффективность регистрации, вокруг объема сцинтиллятора размещают большое число ФЭУ, связанных в единую систему. Матрицы ФЭУ также применяют для регистрации частиц широких атмосферных ливней и в нейтринных телескопах.
Обзоры неба
Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ (CGRO)
Обзор в диапазоне жесткого гамма-излучения выполнен космической гамма-обсерваторией «Комптон» (Compton Gamma Ray Observatory, CGRO), которая была запущена по программе NASA «Великие обсерватории» и с 1991 по 2000 год вела наблюдения в диапазоне от 20 кэВ до 30 ГэВ, то есть от жесткого рентгена до жесткого гамма-излучения.
На карте отчетливо видна плоскость Галактики, где излучение формируется в основном остатками сверхновых. Яркие источники вдали от плоскости Галактики имеют в основном внегалактическое происхождение.
Небо в гамма-лучах с энергией 1,8 МэВ (CGRO-COMPTEL)
Этот обзор в диапазоне мягкого гамма-излучения также выполнен обсерваторией «Комптон» (см. Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ), а точнее установленным на ней телескопом COMPTEL.
Источники также концентрируются к плоскости Галактики. В основном это компактные объекты.
Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
1. Радиоактивностью называют явление самопроизвольного излучения некоторых химических элементов, а вид этого излучения называют радиоактивным излучением. Первым радиоактивное излучение обнаружил Анри Беккерель, который, проводя эксперименты с солями урана, по почернению фотопластинки установил, что они самопроизвольно испускают невидимое излучение сильной проникающей способности. В дальнейшем было обнаружено, что не только уран, но и такие элементы, как радий и полоний, тоже испускают невидимое излучение.
Радиоактивность, которой обладают вещества, существующие в природе, называют естественной радиоактивностью. Она проявляется у всех элементов таблицы Д.И. Менделеева, порядковый номер которых больше 83. В дальнейшем было установлено, что и некоторые искусственно полученные вещества радиоактивны.
2. Резерфорд, изучая радиоактивное излучение, обнаружил его сложный состав. Он поместил радиоактивный препарат в свинцовый сосуд с отверстием (рис. 106). Над сосудом расположил фотопластинку, на которую падало радиоактивное излучение, выходившее через отверстие и прошедшее через магнитное поле.
Когда фотопластинку проявили, то на ней обнаружили три тёмных пятна. Одно пятно располагалось точно напротив отверстия. Это значит, что магнитное поле на него не действовало и заряженных частиц в этом излучении нет. Его назвали гамма-излучением ( \( \gamma \) -излучение). Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение или поток фотонов.
Наличие двух боковых пятен по разную сторону от центрального означает, что существуют два излучения, состоящие из частиц, имеющих заряды противоположных знаков. Эксперимент показывает, что одно из них представляет собой поток положительно заряженных частиц. Их назвали \( \alpha \) -частицами. Другое излучение состоит из отрицательно заряженных частиц. Их назвали \( \beta \) -частицами.
Изучение этих излучений позволило сделать вывод, что \( \alpha \) -частицы — это ядра атома гелия. Их массовое число — 4, а зарядовое число (электрический заряд) — +2, т.е. \( ^4_2He \) . \( \beta \) -частицы представляют собой электроны. Их массовое число равно 0, а зарядовое число равно -1, т.е. \( _<-1>^0e \) .
Альфа-, бета- и гамма-излучения обладают разной проникающей способностью. Наибольшей проникающей способностью обладает \( \gamma \) -излучение, проникающая способность \( \beta \) -излучения меньше, она ещё меньше у \( \alpha \) -излучения.
3. Первую модель строения атома предложил Джозеф Джон Томсон, после того как он открыл электрон — частицу с наименьшим электрическим зарядом. Он представлял атом в виде шара из положительно заряженного вещества, в который вкраплены электроны. При этом положительный заряд шара равен суммарному заряду электронов. Модель атома Томсона называют «пудингом с изюмом». Используя эту модель, можно было объяснить электрическую проводимость веществ, явление электризации тел и др.
Проводя опыты по изучению строения вещества, Резерфорд показал несостоятельность модели Томсона. Резерфорд облучал тонкую металлическую фольгу \( \alpha \) -частицами, имеющими большую энергию. В соответствии с моделью Томсона а-частицы должны были отражаться от атома. Однако очень небольшое число частиц рассеивалось на углы от 90° до 180°. Большинство частиц проходило через фольгу, отклоняясь от направления движения на незначительные углы.
В результате экспериментов Резерфорд предложил новую модель строения атома, названную планетарной моделью. Он сделал следующие выводы:
- в атоме существует положительно заряженная частица, названная ядром атома, которая отталкивает \( \alpha \) -частицы;
- размеры ядра малы по сравнению с размерами атома, поскольку отталкивается очень небольшое число \( \alpha \) -частиц, а большинство \( \beta \) -частиц свободно проходит через фольгу; ядро имеет диаметр порядка 10 -14 —10 -15 м.
- масса ядра сравнима с массой \( \beta \) -частицы, поскольку масса электронов в 8000 раз меньше массы \( \alpha \) -частицы и электроны не смогли бы изменить направление её движения.
Таким образом, в соответствии с моделью атома Резерфорда в центре атома расположено положительное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. Поскольку масса электронов мала, то масса атома в основном сосредоточена в ядре.
Так как атом в целом нейтрален, то положительный заряд ядра должен быть равен суммарному заряду электронов. Число электронов в нейтральном атоме равно порядковому номеру \( Z \) элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд атомного ядра \( q_я \) равен произведению \( Z \) и заряда электрона \( e \) : \( q_я=Z\cdot e \) .
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
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
Какой заряд имеет гамма частица
Видео: Альфа Бета и Гамма излучения
Содержание
Главное отличие — альфа против бета и гамма частиц
Радиоактивность — это процесс распада химических элементов со временем. Этот распад происходит за счет эмиссии различных частиц. Эмиссия частиц также называется эмиссией излучения. Излучение испускается из ядра атома, превращая протоны или нейтроны ядра в разные частицы. Процесс радиоактивности происходит в нестабильных атомах. Эти нестабильные атомы подвергаются радиоактивности, чтобы стабилизировать себя. Существует три основных типа частиц, которые могут излучаться в виде излучения. Это альфа (α) частицы, бета (β) частицы и гамма (γ) частицы. Основное различие между альфа-бета и гамма-частицами заключается в том, что альфа-частицы имеют наименьшую проникающую способность, в то время как бета-частицы имеют умеренную проникающую способность, а гамма-частицы обладают самой высокой проникающей способностью.
Ключевые области покрыты
1. Что такое альфа-частицы
— определение, свойства, механизм эмиссии, применение
2. Что такое бета-частицы
— определение, свойства, механизм эмиссии, применение
3. Что такое гамма-частицы
— определение, свойства, механизм эмиссии, применение
4. В чем разница между альфа-бета и гамма-частицами
— Сравнение основных различий
Ключевые слова: альфа, бета, гамма, нейтроны, протоны, радиоактивный распад, радиоактивность, радиация
Что такое альфа-частицы
Альфа-частица — это химическая разновидность, которая идентична ядру гелия и имеет символ α. Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов. Эти альфа-частицы могут высвобождаться из ядра радиоактивного атома. Альфа-частицы испускаются в процессе альфа-распада.
Эмиссия альфа-частиц происходит в «богатых протонами» атомах. После испускания одной альфа-частицы из ядра атома определенного элемента это ядро изменяется, и оно становится другим химическим элементом. Это связано с тем, что при альфа-излучении два ядра удаляются из ядра, что приводит к уменьшению атомного номера. (Атомный номер является ключом для идентификации химического элемента. Изменение атомного номера указывает на превращение одного элемента в другой).
Рисунок 1: Альфа-распад
Поскольку в альфа-частице нет электронов, альфа-частица является заряженной частицей. Два протона дают +2 электрический заряд альфа-частице. Масса альфа-частицы составляет около 4 мкм. Следовательно, альфа-частицы — самые большие частицы, которые испускаются ядром.
Однако проникающая способность альфа-частиц значительно слабая. Даже тонкая бумага может остановить альфа-частицы или альфа-излучение. Но ионизирующая способность альфа-частиц очень велика. Поскольку альфа-частицы заряжены положительно, они могут легко брать электроны из других атомов. Это удаление электронов из других атомов вызывает ионизацию этих атомов. Поскольку эти альфа-частицы являются заряженными частицами, они легко притягиваются электрическими полями и магнитными полями.
Какие бета-частицы
Бета-частица — это высокоскоростной электрон или позитрон. Символом для бета-частицы является β. Эти бета-частицы высвобождаются из «нейтронных» нестабильных атомов. Эти атомы получают стабильное состояние, удаляя нейтроны и превращая их в электроны или позитроны. Удаление бета-частицы изменяет химический элемент. Нейтрон превращается в протон и бета-частицу. Следовательно, атомный номер увеличивается на 1. Тогда он становится другим химическим элементом.
Бета-частица не является электроном от внешних электронных оболочек. Они генерируются в ядре. Электрон заряжен отрицательно, а позитрон заряжен положительно. Но позитроны идентичны электронам. Следовательно, бета-распад происходит двумя способами: β + -излучение и β-излучение. β + эмиссия включает эмиссию позитронов. β-эмиссия включает в себя эмиссию электронов.
Рисунок 2: β-эмиссия
Бета-частицы способны проникать через воздух и бумагу, но могут задерживаться тонким металлическим (например, алюминиевым) листом. Это может ионизировать вещество, которое встречается. Поскольку они являются отрицательно (или положительно, если это позитрон) заряженными частицами, они могут отталкивать электроны в других атомах. Это приводит к ионизации вещества.
Поскольку это заряженные частицы, бета-частицы притягиваются электрическими полями и магнитными полями. Скорость бета-частицы составляет около 90% скорости света. Бета-частицы способны проникать в кожу человека.
Что такое гамма-частицы
Гамма-частицы — это фотоны, которые несут энергию в форме электромагнитных волн. Следовательно, гамма-излучение не состоит из реальных частиц. Фотоны — это гипотетические частицы. Гамма-излучение испускается из неустойчивых атомов. Эти атомы стабилизируются путем удаления энергии в виде фотонов, чтобы получить более низкое энергетическое состояние.
Гамма-излучение — это высокочастотное и низковолновое электромагнитное излучение. Фотоны или гамма-частицы не заряжены электрически и не подвержены воздействию магнитных или электрических полей. Гамма-частицы не имеют массы. Следовательно, атомная масса радиоактивного атома не уменьшается и не увеличивается за счет излучения гамма-частиц. Следовательно, химический элемент не изменяется.
Проникающая способность гамма-частиц очень высока. Даже очень небольшое излучение может проникать через воздух, бумагу и даже тонкие металлические листы.
Рисунок 3: Гамма-распад
Гамма-частицы удаляются вместе с альфа- или бета-частицами. Альфа или бета распад может изменить химический элемент, но не может изменить энергетическое состояние элемента. Следовательно, если элемент все еще находится в состоянии с более высокой энергией, то излучение гамма-частиц происходит для того, чтобы получить более низкий уровень энергии.
Разница между альфа-бета и гамма-частицами
Определение
Альфа-частицы: Альфа-частица — это химическая разновидность, идентичная ядру гелия.
Бета-частицы: Бета-частица — это высокоскоростной электрон или позитрон.
Гамма-частицы: Гамма-частица — это фотон, который несет энергию в форме электромагнитных волн.
масса
Альфа-частицы: Масса альфа-частицы составляет около 4 мкм.
Бета-частицы: Масса бета-частицы составляет около 5,49 х 10 -4 а.е.м..
Гамма-частицы: Гамма-частицы не имеют массы.
Электрический заряд
Альфа-частицы: Альфа-частицы — это положительно заряженные частицы.
Бета-частицы: Бета-частицы являются либо положительно, либо отрицательно заряженными частицами.
Гамма-частицы: Гамма-частицы не являются заряженными частицами.
Влияние на атомный номер
Альфа-частицы: Атомный номер элемента уменьшается на 2 единицы, когда высвобождается альфа-частица.
Бета-частицы: Атомный номер элемента увеличивается на 1 единицу, когда высвобождается бета-частица.
Гамма-частицы: Атомный номер не зависит от излучения гамма-частиц.
Изменение в химическом элементе
Альфа-частицы: Излучение альфа-частиц вызывает изменение химического элемента.
Бета-частицы: Излучение бета-частиц вызывает изменение химического элемента.
Гамма-частицы: Излучение гамма-частиц не приводит к замене химического элемента.
Сила проникновения
Альфа-частицы: Альфа-частицы имеют наименьшую проникающую способность.
Бета-частицы: Бета-частицы имеют умеренную проникающую способность.
Гамма-частицы: Гамма-частицы обладают самой высокой проникающей способностью.
Ионизирующая сила
Альфа-частицы: Альфа-частицы могут ионизировать многие другие атомы.
Бета-частицы: Бета-частицы могут ионизировать другие атомы, но не так хороши, как альфа-частицы.
Гамма-частицы: Гамма-частицы обладают наименьшей способностью ионизировать другие вещества.
скорость
Альфа-частицы: Скорость альфа-частиц составляет около одной десятой скорости света.
Бета-частицы: Скорость бета-частиц составляет около 90% скорости света.
Гамма-частицы: Скорость гамма-частиц равна скорости света.
Электрические и магнитные поля
Альфа-частицы: Альфа-частицы притягиваются электрическими и магнитными полями.
Бета-частицы: Бета-частицы притягиваются электрическими и магнитными полями.
Гамма-частицы: Гамма-частицы не притягиваются электрическими и магнитными полями.
Заключение
Альфа, бета и гамма частицы испускаются из нестабильных ядер. Ядро испускает эти разные частицы, чтобы стать стабильным. Хотя альфа- и бета-лучи состоят из частиц, гамма-лучи не состоят из реальных частиц. Однако, чтобы понять поведение гамма-лучей и сравнить их с альфа- и бета-частицами, вводится гипотетическая частица, называемая фотоном. Эти фотоны являются энергетическими пакетами, которые переносят энергию из одного места в другое в виде гамма-излучения. Поэтому они называются гамма-частицами. Основное различие между альфа-бета и гамма-частицами заключается в их проникающей способности.
Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели
Под «радиацией» понимают любые разновидности излучений, существующих в природе. Радиоволны, солнечный свет, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение – это тоже радиация. Нейтронное, альфа-, бета-, гамма-излучения обладают наибольшей опасностью.
Что такое радиоактивность в физике
Любой атом имеет ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные заряженные частицы — электроны.
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.
Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.
Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.
Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.
В физике существуют такие виды радиоактивного распада:
α-распад с выделением α-частицы;
β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;
γ-распад — излучение атомным ядром кванта ионизирующих лучей;
бесконтрольное деление ядра на осколки.
Альфа-излучение
Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.
Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.
Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.
Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.
Бета-излучение
Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.
Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.
Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.
Гамма-излучение
Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.
Возникает при:
переходе его из возбужденного состояния в стабильное;
аннигиляции электрона и позитрона.
Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.
Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.
Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.
Нейтронное излучение
Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.
Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.
Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.
Рентгеновское излучение
Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.
Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.
Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.
Какое излучение самое опасное
Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию.
Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.
Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.
В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.