Физика (стр. 43 )

Радиоактивное излучение невидимо, но обнаруживается рядом объективных явлений, например, действием на фотопленку, возбуждением люминесценции, ионизацией вещества, которым излучение поглощается и т. д. Радиоактивный распад сопровождается выделением теплоты. Было установлено, что радиоактивное излучение – сложное излучение. Например, излучение радия в процессе его распада состоит из трех различных по природе излучений. Одно из них представляет быстро летящие положительно заряженные частицы и было названо -лучами. Второе состоит из быстро летящих отрицательно заряженных частиц (электронов); оно названо -лучами. Третье относится к электромагнитному излучению и называется -лучами.

-излучение (-лучи) есть поток быстро летящих, т. е. имеющих высокую кинетическую энергию, частиц, которые называются -частицами и по своей природе представляют ядра атомов гелия. -частица состоит из двух протонов и двух нейтронов и, соответственно, имеет атомный номер Z=2 и массовое число А=4. Ее обозначают или . Начальная скорость -частиц Основная масса -частиц, испускаемых ядрами данного вещества, имеет одинаковую энергию, которая для различных веществ, испускающих -лучи, лежит в пределах от до .

-частицы благодаря двойному электрическому заряду и высокой энергии производят интенсивную ионизацию и поэтому проникают в вещество неглубоко. Защитой может служить даже бумажный экран.

-излучение (-лучи) есть поток быстро летящих частиц, называемых -частицами. Эти частицы могут быть двоякого рода: это или электроны (у большей части радиоактивных веществ) или позитроны (у некоторых из искусственно получаемых радиоактивных веществ). Позитрон является элементарной частицей, аналогичной электрону за исключением того, что он имеет заряд положительного знака. Позитрон является устойчивой частицей, но в естественных условиях почти не встречается. В обоих случаях -частица имеет единичный элементарный заряд (электрон – отрицательный, позитрон – положительный) и незначительную массу. -частица обозначается и (электрон) или и (позитрон). Начальная скорость -частиц -излучение одного и того же вещества содержит частицы с различной энергией. -излучение с максимальной энергией частиц ~ называется мягким. При максимальной энергии частиц – излучение жесткое.

-частицы производят менее интенсивную ионизацию, чем -частицы, но проникают в вещество значительно глубже (в ткани организма 10¸15 мм). Для защиты от -излучения может быть использован экран из оргстекла или алюминия толщиной несколько миллиметров.

-излучение – поток фотонов с длиной волны менее . Скорость распространения -лучей равна скорости света. -излучение происходит из атомных ядер и связано с протекающими в них энергетическими процессами. Это излучение может состоять из фотонов с различной энергией. Максимальная энергия -фотонов у различных веществ может быть от до и обозначается в виде индекса, например, и т. п.

Воздействие -излучения на организм характеризуется биологической дозой ионизирующего излучения. Единица биологической дозы – биологический эквивалент рентгена (бэр). 1 бэр – доза ионизирующего излучения, производящего такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского излучения в 1р (один рентген); 1 бэр = 10–2дж/кг. (Рентген – внесистемная единица экспозиционной дозы: ).

Экспозиционная доза излучения – физическая величина, равная отношению суммы электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных электронами, освобожденными в облученном воздухе, к массе этого воздуха.

-лучи обладают высокой проникающей способностью. Пробег в воздухе составляет десятки и даже сотни метров. Ионизирующая способность невысока, но на всем пути ионизационный эффект может быть очень значительным. Защита – толстые слои земли, бетона, тяжелые металлы.

5.1.7. Основной закон радиоактивного распада

Превращение ядер элементов, происходящее в процессе радиоактивности, называется радиоактивным распадом. Распад ядер радиоактивных элементов происходит непрерывно, и скорость распада не зависит ни от физических условий (например, от температуры), ни от химического соединения, в которое данный элемент входит. Количество распадающихся в единицу времени ядер зависит только от имеющегося в наличии количества еще не распавшихся ядер. При этом момент распада каждого данного ядра не может быть указан заранее. Однако благодаря очень большому числу ядер даже в малом количестве вещества можно установить закон, который определяет общее количество ядер, распадающихся в единицу времени.

Основной закон радиоактивного распада гласит: «За единицу времени распадается всегда одна и та же часть имеющихся в наличии (т. е. еще не распавшихся) ядер вещества». Иными словами, относительная скорость радиоактивного распада постоянна.

Из основного закона радиоактивного распада следует, что количество ядер, распадающихся за достаточно малый промежуток времени , прямо пропорционально наличному количеству не распавшихся ядер и самому промежутку времени : , где коэффициент пропорциональности зависит от природы вещества и называется постоянной распада. Знак минус перед показывает на уменьшение со временем величины . Интегрирование этого уравнения приводит к экспоненциальной зависимости количества не распавшихся ядер от времени: , где – исходное количество ядер (в момент времени ); – время, протекшее от начала распада.