Материал из учебно-методического пособия по сельскохозяйственной радиоэкологии (стр. 4 )

·  альфа-частица, обладающая энергией, достаточной для преодоления кулоновских сил взаимодействия, проникает в ядро. При этом образуется промежуточное ядро, которое распадается с испусканием заряженных частиц, нейтронов или гамма квантов.

1.4.1.2 Основные эффекты взаимодействия бета-излучения с веществом.

Бета-излучение – поток частиц, имеющих отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные позитроны. Для большинства природных и искусственных радионуклидов характерен электронный или отрицательный (β-) распад. Значительно реже встречается позитронный (β+) распад, свойственный отдельным искусственным радионуклидам. При их взаимодействии с веществом тоже наблюдаются все варианты взаимодействия.

1. Упругое взаимодействие бета-частиц с атомными ядрами наблюдается в результате притяжения бета-частиц (β-) к положительно заряженным ядрам атомов. Следствие такого взаимодействия — изменение направления движения частиц. Основную роль в рассеянии электронов играет упругое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рассеиваются и на электронах атомных оболочек.

2. Неупругое рассеяние бета-частиц:

·  Рассеяние бета-частиц на атомных ядрах: наблюдается, если бета-частица (β-) имеет высокую энергию, а поглотителем служит материал большой плотности (имеет большой атомный номер), при этом бета-частица тормозится в электрическом поле ядра и теряет часть своей энергии. В результате возникает тормозное излучение. Интенсивность тормозного излучения определяется энергией бета-частиц и атомным номером вещества-поглотителя. В практике такой вариант взаимодействия используют для получения рентгеновского излучения в рентгеновской трубке (рис.4).

·  Ионизация и возбуждение атомов при взаимодействии бета-частиц (β-) с орбитальными электронами (рис.4). В зависимости от количества переданной энергии происходит возбуждение или ионизация атомов вещества. В этом и другом случае воздействующий электрон теряет свою энергию. Чтобы описать интенсивность процесса ионизации применяется термин удельная ионизация – число пар ионов, образуемых ионизирующей частицей на единицу длины пробега.

1.4.1.3. Взаимодействие нейтронов с веществом

Нейтроны не имеют заряда, что позволяет им беспрепятственно проникать в глубь атомов, в атомные ядра. При этом возможно упругое и неупругое рассеяние нейтронов на ядрах. Их масса (1а. е.м.) много больше массы электронов (0,000548а. е.м.), поэтому они теряют свою энергию практически только при соударении с ядрами атомов. Достигая ядер, они либо поглощаются ими, либо рассеиваются на них. При упругом рассеянии на ядрах углерода, азота, кислорода и других элементов, входящих в состав тканей, нейтрон теряет лишь 10-15% энергии, а при столкновении с почти равными с ним по массе ядрами водорода – протонами, энергия нейтрона уменьшается в среднем вдвое, передаваясь протону отдачи (рис.5). Нейтрон рассеяния отклоняется от прежнего направления и обладает меньшей энергией. Протон отдачи, получивший дополнительную энергию, движется с повышенной скоростью и вызывает ионизацию встречающихся на его пути атомов. Такие столкновения нейтронов с ядрами атомов происходят до тех пор, пока они не израсходуют свою энергию и не превратятся в тепловые нейтроны (энергия 0,025эВ), скорость которых становится сравнимой со скоростью теплового движения атомов и молекул.

Тепловые нейтроны захватываются ядрами атомов элементов, увеличивая его массовое число на единицу (например 235U превращается в 236U), при этом ядро становится возбужденным, энергетически неустойчивым. Переход возбужденного ядра на более низкие энергетические уровни сопровождается испусканием гамма-квантов (наведенная радиоактивность). Образовавшиеся гамма-кванты вызывают ионизацию. Захват медленного нейтрона (энергия менее 1 кэВ) ядрами урана-233, 235 и плутония-239 вызывает деление ядер на два и более осколков, которые представляют собой ядра радионуклидов, находящихся в средней части Периодической таблицы от номера 30 (цинк) до 65 (тербий).  

Процесс деления изотопов урана 238U и 235U под действием нейтронов представляет особый интерес, т. к. они используются в качестве топлива в ядерных реакторах.

1.4.2. Электромагнитные излучения

Гамма излучение непосредственную ионизацию не производит, однако, взаимодействуя с веществом, вызывает образование электронов, двигающихся с высокой скоростью и ионизирующих среду (косвенно ионизирующее излучение). Основными механизмами взаимодействия гамма-излучения с веществом являются (рис.6):

1. Фото-эффект. Гамма-квант (при низкой энергии излучения до 0,05МэВ), взаимодействуя с орбитальным электроном внутренней оболочки атома, полностью передает ему свою энергию, выбивая электрон из электронной орбиты. Энергия выбитого электрона равна исходной энергии гамма-кванта за вычетом энергии связи электрона с атомом. Выбитый электрон называется фотоэлектроном. Вырванный из атома фотоэлектрон замещается другим электроном с верхнего слоя (т. е., если освобождается место в орбите К-слоя его заменяет электрон L–слоя, освободившееся место L–слоя замещается электроном с М-слоя и т. д.). Это явление сопровождается испусканием рентгеновского (Х) излучения (рис.6) и дополнительного электрона с малой энергией и малым пробегом (электрон Оже). Вероятность фотоэлектрического эффекта увеличивается с возрастанием атомного номера элемента.

2. Эффект Комптона или комптоновское рассеяние. Это эффект упругого столкновения гамма-фотонов со слабо связанными орбитальными электронами. Он состоит в том, что гамма-квант (при средних энергиях облучения более 0,2МэВ) передает орбитальному электрону только лишь часть своей энергии, превращается в гамма-квант с меньшей энергией и отклоняется от своего первоначального пути.

Вследствие соударения с гамма-квантами электроны отдачи (рис.6) приобретают значительную энергию, которую расходуют на ионизацию вещества (вторичная ионизация).

3. Образование электрон-позитронных пар. Это явление наблюдается при прохождении гамма-фотона на очень близком расстоянии от ядра и при условии, что энергия фотона превышает величину 1,02МэВ. При этих условия некоторые гамма-кванты, проходя через вещество, превращаются под действием сильного электрического поля вблизи ядра в пару «электрон ē –позитрон е+». Образовавшиеся частицы расходуют свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов среды, т. е. вызывают вторичную ионизацию в веществе (рис.6.). При этом позитрон, встречая на своем пути электрон, соединяется с ним, в результате чего образуются два фотона, но уже с энергией 0,51МэВ (явление аннигиляции).

Ядерный эффект. Этот эффект бывает крайне редко и состоит в том, что при высоких энергиях гамма-квантов (8МэВ и более) они взаимодействуют с ядрами атомов облучаемого вещества, при этом происходит выбивание из ядра протона, и оно становится радиоактивным (ядерный эффект).

ВОПРОСЫ

Какие элементарные частицы входят в состав атома? Почему отрицательно заряженные электроны с оболочки атома не поглощаются положительно заряженным ядром? Чем вызвана неустойчивость ядерных структур радиоактивных изотопов? Что такое явление изотопии? Перечислите все виды радиоактивных излучений Что такое естественная и искусственная радиоактивность? В чем практическое значение закона радиоактивного распада? Почему обычные физические и химические воздействия не оказывают влияния на скорость течения радиоактивных процессов? Можно ли ускорить или замедлить процесс распада радиоактивных атомов? Что такое «ионизирующее излучение» и «ионизация»? Почему одни виды электромагнитного излучения опасны для человека, а другие нет? В чем причина различных проникающих способностей альфа - и бета-частиц? В чем особенности ионизирующего действия гамма-излучения? Что означает «активность препарата» и от чего она зависит? Что такое наведенная радиоактивность, где и в каких случаях она может проявляться? Почему количество радиоактивного вещества определяют в единицах активности, а не массы? Какие эффекты возникают при взаимодействии корпускулярных и электромагнитных излучений с веществом?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  , , и др. «Сельскохозяйственная радиоэкология», М., 1991

2.  , «Чернобыльская катастрофа и аграрная наука». В сборнике «Чернобыль: долг и мужество», т.1. М.: 2001

3.  , «Основы сельскохозяйственной радиологии». М., 1991

4.  «Радиобиология, радиоэкология и радиационная безопасность теплокровных». Учебное пособие, М.: Изд-во ЦПП, 1997, 179с.

5.  , , «Радиобиология», М.: Колос, 1999. –384с.

6.  «Медицина экстремальных ситуаций», Минск: «Вышэйшая школа», 1998.

7.  , «Радиоактивный цезий» // Энергия: экономика, техника, экология, 2001.-№7.-С.16-22;

8.  , «Стронций радиоактивный» // Энергия: экономика, техника, экология, 2002.-№4.-С.26-32;

9.  , «Защита растений от лучевого поражения».М.:Атомиздат, 1973, 232с.

10.  «Эволюция популяций и радиация», М.: Атомиздат, 1966.- 742с.

11.  «Закон о социальной защите граждан, подвергшихся воздействию радиации вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС» (редакция на 26.04.2004 г.)

12.  «Радиоэкология». Учебное пособие. Ижевск. Издательский дом «Удмуртский университет», 2004. – 206 с.

13.  «Сельскохозяйственная радиология и радиоэкология», М., 1999