Гамма-излучение взаимодействует с веществом, вызывая ионообразование и возбуждение атомных оболочек. Оно проникает глубоко в вещество, и его проникновение зависит от энергии квантов. При прохождении через вещество гамма-излучение уменьшает свою энергию и может быть поглощено полностью. В результате этого процесса происходит образование вторичных частиц и электромагнитного излучения других диапазонов.
Применение гамма-излучения
- Медицина: в радиотерапии для лечения опухолей и других заболеваний.
- Промышленность: для контроля качества материалов и дефектоскопии.
- Наука: в спектроскопии, рентгеноструктурном анализе и других областях исследований.
- Космос: для исследования далеких объектов и процессов во Вселенной.
Гамма-излучение имеет широкий спектр применений и является важным инструментом в различных областях человеческой деятельности. Его свойства позволяют использовать его для решения разнообразных задач и получения ценной информации.
Гамма-излучение широко используется в различных областях человеческой деятельности:
- Дефектоскопия
- Таможенный контроль
- Радиационная химия (инициирование химических превращений, например, при полимеризации)
- Сельское хозяйство (мутации, вызванные воздействием гамма-излучения, применяются для генерации хозяйственно-полезных форм)
- Пищевая промышленность (стерилизация продуктов)
- Медицина (стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия) и другие.
Воздействие на организм
Искусственными источниками гамма-излучения являются главным образом ускорители электронов (бетатрон, линейные ускорители электронов и др.), отходы атомных электростанций и радиоактивные заражения местности, возникшие в результате испытаний ядерного оружия. Воздействие гамма-излучения на живой организм является результатом столкновения вторичного электрона или другой заряженной частицы, рождаемой гамма-квантом, с клетками организма.
Эффекты такого воздействия общие для всех видов радиоактивного излучения – могут возникать изменения молекул тканей организма. Важным обстоятельством является то, что, вследствие высокой проникающей способности гамма-излучения, оно воздействует на весь организм.
Среднегодовая эквивалентная доза излучения, получаемая человеком от естественного радиационного фона и искусственных источников излучения, составляет примерно 3,2 мЗв. Из них около 75 % приходится на воздействие природного радиационного фона и 20 % на воздействие излучений в ходе медицинских исследований, включающих диагностику и лечение. В последнем виде облучения основную роль играет рентгеновское и гамма-излучение.
Физика космических лучей
Дифференциальный энергетический спектр космических лучей носит степенной характер. Физику космических лучей принято считать частью физики высоких энергий и физики элементарных частиц.
Изучение потоков космических частиц:
- Высокоэнергетичные заряженные и нейтральные космические частицы попадающие на границу атмосферы Земли.
- Важная экспериментальная задача.
Виды космических лучей:
- Первичные: внегалактические, галактические и солнечные космические лучи.
- Вторичные: частицы, возникающие в атмосфере под действием первичных космических лучей.
Космические лучи составляют естественную радиацию на поверхности Земли и в атмосфере, являясь источником элементарных частиц высокой энергии до развития ускорительной техники.
История физики космических лучей
До развития ускорительной техники космические лучи служили единственным источником элементарных частиц высокой энергии. Так, позитрон и мюон были впервые найдены в космических лучах.
Галактические космические лучи (ГКЛ) — это потоки высокоэнергичных заряженных частиц, преимущественно протонов и альфа-частиц, которые приходят к Земле из галактического пространства. Эти частицы обладают очень высокой энергией и способны проникать сквозь атмосферу Земли, взаимодействуя с атомами и молекулами воздуха. ГКЛ являются постоянным источником излучения в околоземном космическом пространстве.
Частицы альбедо
Частицы альбедо представляют собой отраженные от Земли космические лучи, которые вернулись в космическое пространство после отражения от поверхности планеты. Эти частицы несут информацию о составе поверхности Земли и могут быть использованы для её изучения.
Солнечные космические лучи (СКЛ)
Солнечные космические лучи (СКЛ) возникают в результате солнечных вспышек и солнечного ветра. Эти частицы обладают очень высокой энергией и могут оказывать влияние на атмосферу Земли, вызывая магнитные бури и ауроры.
Влияние космических лучей на живые организмы
Воздействие космических лучей на живые организмы может быть различным в зависимости от типа частиц, их энергии и проникновения через атмосферу. Высокоэнергетические частицы способны вызывать ионизацию в тканях организмов, что может привести к повреждениям ДНК и раковым заболеваниям.
Заключение
Исследование космических лучей играет важную роль в понимании природы и происхождения излучения в космическом пространстве. Оно позволяет углублять знания о составе и характеристиках частиц, их влиянии на Землю и живые организмы. Дальнейшие исследования на эту тему помогут расширить наше представление о Вселенной и её воздействии на наш мир.
Внутри магнитосферы Земли
Внутри магнитосферы, как и в любом дипольном магнитном поле, есть области, недоступные для частиц с кинетической энергией меньше критической. Те же частицы с энергией E < Eкр, которые всё-таки уже там находятся, не могут эти области покинуть. Эти запрещённые области магнитосферы называются зонами захвата. В зонах захвата дипольного (квазидипольного) поля Земли действительно удерживаются значительные потоки захваченных частиц (прежде всего, протонов и электронов).
Области в околоземном пространстве
В околоземном пространстве можно выделить две торообразные области, расположенные в экваториальной плоскости примерно на расстоянии от 300 км (в зоне БМА) до 6000 км (внутренний РПЗ) и от 12 000 км до 40 000 км (внешний РПЗ). Основным наполнением внутреннего пояса являются протоны с высокими энергиями от 1 до 1000 МэВ, а внешнего — электроны.
Максимум интенсивности протонов низких энергий расположен на расстояниях ~ 3 радиусов Земли от её центра. Малоэнергичные электроны заполняют всю область захвата. Для них нет разделения на внутренний и внешний пояса. Поток протонов во внутреннем поясе довольно устойчив во времени.
Взаимодействие первичного космического излучения с атмосферой
Процесс взаимодействия ядер первичного космического излучения с атмосферой сопровождается возникновением нейтронов. Поток нейтронов, идущий от Земли (нейтроны альбедо), беспрепятственно проходит сквозь магнитное поле Земли. Поскольку нейтроны нестабильны (среднее время распада ~900 с), часть из них распадается в зонах, недоступных для заряженных частиц малых энергий. Таким образом, продукты распада нейтронов (протоны и электроны) рождаются прямо в зонах захвата. В зависимости от энергии и питч-углов эти протоны и электроны могут либо оказаться захваченными, либо покинуть эту область.
Частицы альбедо — это вторичные частицы, отражённые от атмосферы Земли. Нейтроны альбедо обеспечивают радиационный пояс протонами с энергией до 10³ МэВ и электронами с энергией до нескольких МэВ.
Солнечные космические лучи
Энергия некоторых частиц (например, частицы Oh-My-God) превышает предел ГЗК (Грайзена — Зацепина — Кузьмина) — теоретический предел энергии для космических лучей , вызванный их взаимодействием с фотонами реликтового излучения. Несколько десятков таких частиц за год было зарегистрировано обсерваторией AGASA. Частицы сверхвысоких энергий чрезвычайно редки, природа их появления пока не понятна и не имеет достаточно обоснованного научного объяснения.
Регистрация космических лучей
Долгое время после открытия космических лучей методы их регистрации не отличались от методов регистрации частиц в ускорителях, чаще всего — газоразрядные счётчики или ядерные фотографические эмульсии, поднимаемые в стратосферу или в космическое пространство. Но данный метод не позволяет вести систематические наблюдения частиц с высокой энергией, так как они появляются достаточно редко, а пространство, в котором такой счётчик может вести наблюдения, ограничено его размерами.
Современные обсерватории работают на других принципах. Когда высокоэнергетичная частица входит в атмосферу, она, взаимодействуя с атомами воздуха на первых , рождает целый шквал частиц, в основном пионов и мюонов, которые, в свою очередь, рождают другие частицы, и так далее. Образуется конус из частиц, который называют ливнем. Такие частицы двигаются со скоростью, превышающей скорость света в воздухе, благодаря чему возникает черенковское свечение, регистрируемое телескопами. Такая методика позволяет следить за областями неба площадью в сотни квадратных километров.
Значение для космических полётов
Длительное воздействие космической радиации способно очень негативно отразиться на здоровье человека. Для дальнейшей экспансии человечества к иным планетам Солнечной системы следует разработать надёжную защиту от подобных опасностей — учёные из России и США уже ищут способы решения этой проблемы.
Основные факты
Ионизирующее излучение – вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- и рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета- и альфа-частицы). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.
Все радионуклиды идентифицируются уникальным образом по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.
Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель – это один акт распада в секунду. Периодом полураспада называют время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента – время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 – 5730 лет).
Человек каждый день подвергается воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение имеет много источников, включая более 60 природных радиоактивных веществ, присутствующих в почве, воде и воздухе. Главным источником естественного излучения является радон – природный газ, выделяющийся из горных пород и почвы. Радионуклиды ежедневно вдыхаются человеком из воздуха и поступают в пищеварительный тракт с пищей и водой.
Человек подвергается также воздействию естественной радиации космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, приходится на естественные наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных географических зонах, а в некоторых районах его уровень может быть в 200 раз выше среднемирового показателя.
На человека воздействует также излучение из искусственных источников различного происхождения, от производства атомной энергии до использования радиации в медицинских целях при диагностике и лечении заболеваний. Самыми распространенными на сегодняшний день искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские устройства, в частности рентгеновские аппараты и компьютерные томографы.
Воздействие ионизирующего излучения
Человек может подвергаться воздействию ионизирующего излучения при различных обстоятельствах: в быту или общественных местах (облучение в общественных местах), на рабочем месте (профессиональное облучение) или при получении медицинской помощи (медицинское облучение).
Излучение может воздействовать на человека внутренними или внешними путями.
Внутреннее воздействие ионизирующего излучения имеет место при вдыхании радионуклидов, их поступлении в пищеварительный тракт или проникновении в кровоток (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма самопроизвольно (с экскрементами) или в результате лечения.
Внешнее радиоактивное заражение может возникать при оседании радиоактивных веществ из воздуха (пыль, жидкость, аэрозоли) на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела мытьем. Подвергнуться ионизирующему излучению можно также из внешнего источника, например при применении рентгеновского оборудования в медицинских целях. Внешнее облучение прекращается, когда его источник экранируется или человек покидает облучаемое поле.
Для целей защиты от радиации можно выделить три ситуации воздействия ионизирующего излучения: планируемое облучение, существующая подверженность и аварийное облучение. Планируемое облучение имеет место в ситуациях намеренного внедрения и использования источников излучения с определенными целями, например при медицинском применении таких источников для диагностики или лечения заболеваний у пациентов или их использовании на производстве или в ходе научных исследований. Существующая подверженность имеет место тогда, когда излучение уже присутствует и от него необходимо вырабатывать меры защиты; примерами служат воздействие радона в жилых и рабочих помещениях, а также воздействие фонового естественного излучения в окружающей среде. Ситуации аварийного облучения являются результатом непредвиденных происшествий, в частности ядерных аварий или злонамеренных действий, и требуют срочного принятия ответных мер.
На использование излучения в медицине приходится 98% всей дозы облучения населения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится более 4200 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 40 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 8,5 миллиона процедур лучевой терапии.
Последствия ионизирующего излучения для здоровья
Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр). Потенциальный ущерб от поглощенной дозы зависит от вида излучения и чувствительности различных тканей и органов.
Способность ионизирующего излучения причинить вред оценивается при помощи эффективной дозы. Единицей эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность тканей и органов, является зиверт (Зв). Она позволяет измерять ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Важным параметром, помимо количества радиации (дозы), является скорость поступления (мощность) дозы, которая выражается в микрозивертах в час мкЗв/час или миллизивертах в год (мЗв/год).
Облучение, превышающее определенные пороговые значения, может нарушить функционирование тканей и/или органов и вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более выраженными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Так, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).
Если доза облучения является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. При этом не исчезает риск возникновения долгосрочных последствий излучения, таких как катаракта или рак, которые могут проявиться спустя годы или даже десятилетия. Подобные последствия возникают не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Риск последствий выше у детей и подростков, поскольку они гораздо более чувствительны к воздействию радиации по сравнению со взрослыми людьми.
Эпидемиологические исследования, проведенные среди подвергшегося облучению населения, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы или получавших лучевую терапию, демонстрируют значительное увеличение риска развития рака при дозах выше 100 мЗв. По данным проведенных в последнее время эпидемиологических исследований среди лиц, подвергавшихся медицинскому облучению в детском возрасте (КТ в детском возрасте), риск развития онкологических заболеваний может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50–100 мЗв).
Воздействие ионизирующего излучения на плод в утробе матери может вызвать повреждение головного мозга плода при сильной дозе свыше 100 мЗв на 8–15 неделях беременности и 200 мЗв на 16–25 неделях беременности. В ходе исследований с участием беременных было установлено, что облучение до 8 недели или после 25 недели беременности не создает риска для развития головного мозга плода. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака после облучения плода в утробе матери аналогичен риску после облучения в раннем детском возрасте.
Деятельность ВОЗ
Деятельность ВОЗ направлена на повышение эффективности радиационной защиты пациентов, работников и населения во всем мире. Организация предоставляет государствам-членам научно обоснованные руководства, методики и специализированные рекомендации по актуальным вопросам защиты здоровья населения, связанным с воздействием ионизирующего излучения. Уделяя основное внимание медико-санитарным аспектам радиационной защиты, ВОЗ вырабатывает мероприятия по оценке радиационных рисков, их ограничению и распространению информации о них.
В соответствии с одной из своих основных функций – «установление норм и стандартов, содействие их соблюдению и мониторинг их осуществления» – ВОЗ совместно с семью другими международными организациями внесла вклад в разработку, продвижение и утверждение международных основных норм безопасности (ОНБ) и в настоящее время содействует внедрению ОНБ на территории своих государств-членов.
На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о том, что все тела состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул. Такое предположение было высказано ещё древнегреческим философом Демокритом почти две с половиной тысячи лет назад. Напомним, что Демокрит предполагал, что если делить вещество на всё более мелкие части, то в конце концов должна остаться одна частица, которая сохранит свойства данного вещества, но поделить её уже невозможно. Эту самую маленькую частицу философ назвал атомом, что в переводе с греческого означает «неделимый».
Однако случайное открытие Анри Беккерелем естественной радиоактивности в конце XIX века подставило под сомнение представления Демокрита.
В это время уже было известно такое явление, как фосфоресценция, то есть свечение некоторых веществ, возникающее после их облучения солнечными лучами. Так вот, экспериментируя с солями урана, Беккерель заворачивал фотопластинку в плотную чёрную бумагу и клал на неё сверху несколько кусочков урановой соли. Затем это всё выставлялось на солнечный свет. После проявления фотопластинки на ней обнаруживались тёмные пятна в тех местах, где лежали крупинки соли. Беккерель, как и все, полагал, что это излучение возникает под действием солнечных лучей. Но в феврале 1896 года, провести очередной опыт не удалось из-за плохой погоды. Учёный убрал пластинку в ящик стола, положив на неё сверху медный крест, который был покрыт солями урана.
Спустя пару дней Беккерель почему-то решил проявить фотопластинку. К его большому удивлению, на пластинке отчётливо виднелась тень в форме креста. 23 марта 1896 года Беккерель продемонстрировал результаты опытов на заседании Парижской академии наук, предположив, что обнаружил разновидность фосфоресценции, но не обычной, а «невидимой и долгосрочной».
В том же году Беккерель убедился, что открытое им излучение не является фосфоресценцией, так как оно, подобно рентгеновским лучам, ионизирует воздух и разряжает электроскоп. При этом он показал, что интенсивность самопроизвольного излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Отсюда следовало, что это свойство присуще не соединениям, а атомам урана.
Исследования Беккереля стали фундаментом для работ других французских учёных — супругов Пьера и Марии Кюри. Систематическое исследование руд, содержащих уран, с помощью пьезоэлектри́ческих весов, квадрантного электрометра и ионизационной камеры, подсоединённой к батарее, позволило Марии Склодовской-Кюри к началу 1898 года открыть радиоактивность ряда веществ, в том числе тория. А уже 13 июня того же года супруги Кюри смогли выделить новый, ранее неизвестный химический элемент — полоний, названный так в честь родины Марии Кюри — Польши.
В середине ноября супруги Кюри вернулись к своим опытам и буквально через месяц смогли выделить новый химический, который был в 2—3 миллиона раз активнее урана. 20 декабря новый элемент в лабораторной книге Кюри получил название «радий», что по латыни означает «лучистый».
Радий обладал уникальными свойствами: самопроизвольно разогревался, светился в темноте. У учёных оказался важнейший исследовательский инструмент в руках. Была проведена серия экспериментов с препаратами радия. В ходе них стало понятно, что радиоактивность — это способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению. Такую радиоактивность ещё называют естественной радиоактивностью. Так был положен конец представлениям, которые бытовали в химии на протяжении двух тысячелетий, о неизменности химических элементов.
После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения. В 1899 году уроженец Новой Зеландии Эрнест Резерфорд поставил классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения. Установка состояла из толстостенного свинцового ящика внутрь которого помещались крупицы урановой соли. Из ящика сквозь узкое отверстие выходил направленный и сфокусированный пучок радиоактивного излучения, который попадал на фотопластинку. После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось тёмное пятно в том месте, куда попадал пучок.
Однако оказалось, что если пропустить излучение урана через магнитное поле, то излучение разделяется на два компонента, которые позже были названы альфа- и бета-лучами согласно первым буквам греческого алфавита.
Вскоре опыты показали, что не только при альфа-излучении, но и при бета-распаде происходит превращение одного химического элемента в другой. Однако механизм обоих превращений не был понятен вплоть до 1911 года. Лишь после того, как Резерфордом была предложена ядерная модель атома, стало понятно, что именно ядро претерпевает изменения при радиоактивных превращениях.
В тысяча 1900 году Беккерель первым измерил (приблизительно) отношения заряда к массе бета-частиц и установил, что оно такого же порядка, как и для частиц катодных лучей. Проще говоря, бета-лучи являются потоком электронов, движущихся со скоростями, близкими к скорости света.
Посмотрите, как записывается реакция бета-распада ядра атома:
Число, которое стоит вверху перед буквенным обозначением ядра, называется массовым числом, а внизу — зарядовым числом (или атомным номером).
Массовое число ядра атома обозначается большой буквой А. Оно с точностью до целых чисел равно числу атомных единиц массы, содержащихся в массе ядра данного химического элемента.
Одна атомная единица массы — это внесистемная единица массы, которая применяется для масс молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц. Она определяется как одна двенадцатая часть массы свободного покоящегося атома углерода:
Зарядовое число ядра атома обозначается большой латинской буквой Z. Оно равно числу элементарных электрических зарядов, содержащихся в заряде ядра данного химического элемента.
Напомним, что под элементарным зарядом мы понимаем наименьший электрический заряд, равный по модулю заряду электрона.
Сразу обращаем ваше внимание на то, что зарядовое и массовое числа всегда целые и положительные. Помимо этого, они не имеют единиц измерения, поскольку указывают, во сколько раз масса и заряд ядра больше единичных.
Таким образом, при бета-распаде ядро атома теряет один электрон, в результате чего образуется ядро нового элемента с тем же самым массовым числом, но с атомным номером на единицу больше, чем у материнского ядра:
Здесь важно понимать, что электрон теряет не атом (в этом случае образовался бы положительный ион), а ядро атома.
Изначально казалось, что при бета-распаде нарушаются два фундаментальных закона: закон сохранения энергии и импульса. Но 4 декабря 1930 года швейцарский физик Вольфганг Эрнст Паули предположил, что при бета-распаде рождается ещё какая-то частица, которая и уносит часть энергии и импульса. Эту частицу предложили назвать нейтрино.
Лишь к середине 50-х годов ХХ в. американскими физиками Фредериком Райнесом и Клайдом Коуэном удалось обнаружить неуловимую частицу и доказать её существование.
Таким образом, при бета-распаде ядра самопроизвольно испускают электрон и электронное антинейтрино. В результате образуется новое ядро с тем же самым массовым числом, но с атомным номером на единицу больше:
В 1900 году французский физик Поль Вийяр при исследовании отклонение альфа- и бета-лучей в излучении радия обнаружил и третий, ранее неизвестный вид лучей, не отклоняющихся даже в самых сильных магнитных полях. Эрнест Резерфорд предложил назвать лучи Вийяра гамма-лучами, потому что они были гораздо более проникающими, чем альфа- и бета-лучи, открытые им ранее. В дальнейшем было доказано, что гамма-излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию.
Труднее всего было выяснить природу альфа-частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями. Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду в 1913 году. Для начала он смог измерить отношение заряда частицы к её массе по отклонению в магнитном поле. Оно оказалось примерно в два раза меньше, чем у протона. Отсюда следовало, что у альфа-частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.
Затем Резерфорд поместил на пути частиц счётчик Гейгера и с его помощью измерил число частиц, испускаемых радиоактивным препаратом за определённое время. Затем он поставил на место счётчика металлический цилиндр, соединённый с чувствительным электрометром. С помощью электрометра учёный мог измерить заряд частиц, испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время, так как радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем. Зная суммарный заряд альфа-частиц и их число, Резерфорду не составило труда определить заряд одной альфа-частицы. Он оказался равным двум элементарным. Собрав результаты опытов воедино, учёный установил, что на два элементарных заряда альфа-частицы приходится четыре атомные единицы массы. Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия. То есть альфа-частица — это ядро атома гелия, потерявшее два своих электрона.
Следовательно, продуктом распада материнского ядра оказывается элемент, зарядовое число которого на две единицы меньше, а массовое число на четыре единицы меньше, чем у материнского ядра:
В том же году году американцем Казимиром Фаянсом и англичанином Фредериком Содди особенности альфа- и бета-распада были сведены в общее правило — правило смещения:
при α-распаде ядро теряет положительный заряд 2е и масса его убывает примерно на 4 а. е. м. В результате элемент смещается на две клетки к началу Периодической системы. При β−распаде элемент смещается на одну клетку ближе к концу Периодической системы.
Также отметим одну очень важную особенность явления радиоактивности: при всех ядерных превращениях сохраняются массовые и зарядовые числа, а также выполняются все известные законы сохранения.
Что такое гамма-излучение?
Электромагнитное излучение, принцип работы
Ренгеновское излучение, виды, свойства
2. Виды гамма-излучения
Открытие гамма-излучения
Это одно из самых важных открытий в истории физики. В 1865 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил, что некоторые вещества испускают невидимые лучи, которые могут проникать через непрозрачные материалы. Эти лучи были названы рентгеновскими лучами, в честь немецкого физика Рентгена.
Открытие рентгеновских лучей стало настоящим прорывом в науке, поскольку они позволили ученым изучать структуру атомов и молекул. Оно нашло применение в медицине, где они используются для диагностики различных заболеваний.
В 1900 году, когда немецкий физик Макс фон Лауэ обнаружил, что при прохождении рентгеновских лучей через кристаллы, они вызывают рассеяние, которое можно наблюдать с помощью дифракции.
Это открытие привело к пониманию того, что рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами и что существует еще один тип электромагнитного излучения, который не виден глазу, но может быть обнаружен с помощью специальных приборов.
В 1914 году, американский физик Пьер Кюри и его ассистент Гамильтон использовали специальный прибор, называемый гамма-спектрометром, для обнаружения гамма-лучей от радиоактивных источников.
Они обнаружили, что гамма-лучи имеют высокую энергию и обладают высокой проникающей способностью, и что они могут быть использованы для изучения свойств радиоактивных элементов.
Однако, открытие рентгеновских лучей было не единственным достижением в области физики. В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик открыл нейтрон, который является частицей, не имеющей электрического заряда. Нейтроны также играют важную роль в ядерной физике и используются для изучения строения атомных ядер.
Таким образом, открытие гамма-излучения и рентгеновских лучей является одним из ключевых моментов в развитии физики и других наук. Эти открытия позволили ученым лучше понимать структуру материи и использовать их для решения различных задач в науке и технике.
Виды гамма-излучения
Свойства гамма-излучения
Вот несколько основных источников гамма-излучения:
Доза гамма-излучения
Доза гамма-излучения (Гр) – это единица измерения, используемая для выражения количества энергии, поглощенной телом в результате воздействия гамма-излучения. Единица измерения Гр является международной и используется во многих странах мира.
Гр измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для расчета дозы необходимо знать мощность дозы (Вт/кг), продолжительность воздействия излучения (с) и массу тела (кг). Формула для расчета дозы выглядит следующим образом:
D = P * t * m
Например, если человек массой 70 кг находится в зоне с мощностью дозы 1 Вт/кг в течение 1 часа, то его доза будет равна:
D = 1 Вт/кг * 1 ч * 70 кг = 70 Дж/кг = 0,07 Гр
Таким образом, доза гамма-излучения зависит от мощности дозы, продолжительности воздействия и массы тела. При работе с источниками радиоактивного излучения необходимо учитывать дозу и принимать меры для ее снижения.
Применение гамма-излучения
Широкий спектр применения в различных областях, включая медицину, науку, промышленность и безопасность. Ниже представлены некоторые из наиболее распространенных способов использования гамма-излучения:
Это лишь некоторые из множества способов использования гамма-излучения. Оно играет важную роль во многих областях науки и технологий, и его применение продолжает расширяться.