Каков заряд гамма излучения. Тестирование онлайн

Миф 03. Самый опасный вид радиации – гамма-излучение

Со школьных времен у многих сложилось впечатление: по-настоящему опасно именно гамма-излучение. Образуясь при ядерной вспышке, гамма-лучи пролетают многие километры, пронизывают людей насквозь и приводят к лучевой болезни. Именно для защиты от гамма-излучений ядерный реактор окружают бетонной толщей, а небольшие источники излучений прячут в свинцовые контейнеры. Всё это так. Но не имеет прямого отношения к опасности излучений для человека.

Почему? Потому что в этом случае речь идёт о совсем другом свойстве излучений - об их проникающей способности. Да, у гамма-излучений такая способность много выше, чем у альфа- и бета- лучей. Но опасность излучений определяется не проникающей способностью, а дозой. Позднее мы вернемся к нашим гамма-лучам, а пока попробуем понять, что такое доза.

Рассмотрим на бытовом примере. Человек выпил 250 граммов водки. Это что - доза? Нет, это порция, которая содержит 100 граммов спирта. А доза рассчитывается с учетом массы тела человека. Если он весит 100 кг, то в нашем примере доза будет равна 1 грамму алкоголя на 1 килограмм массы тела. Если же человек весит 50 кг, то доза будет равна 2 грамма на килограмм, то есть в два раза больше. Видите, как удобно сравнивать? Уже ясно, что на второго человека приём той же порции окажет более сильное действие. А от одинаковой дозы и последствия будут соразмерные.

Подобным образом оценивают и воздействие ионизирующих излучений на человека. Самая простая характеристика - так называемая поглощённая доза. Как её определяют? В два этапа. Сначала измеряют или рассчитывают - нет, не граммы спирта, а количество энергии, которое поглотило тело (человек или отдельный орган) в результате облучения. А потом эту поглощённую энергию делят на массу тела.

В чём измеряют энергию? Правильно, в джоулях (Дж). А массу? В килограммах. Выходит, что поглощённая доза будет измеряться в джоулях на килограмм: Дж/кг. Но когда речь идёт о радиации, «джоуль на килограмм» получает специальное имя, в честь известного учёного. Может быть, слышали - «грей» (Гр)? Возможно, вам знакомо слово «рад» - в радах измеряли поглощённую дозу прежде, до введения грея. Один рад в сто раз меньше грея, так относится копейка к рублю:1 Гр = 100 рад. А ещё раньше использовали общеизвестную единицу - рентген. Рентгенами оценивали не энергию, а ионизирующую способность излучения.

Не будем забивать голову, для простоты отметим, что рентген примерно равен раду. Обратите внимание на три важные детали.

Во-первых, доза - это дробь. И в числителе стоит вовсе не количество альфа-частиц или гамма-квантов, поглощённых телом. В числителе дроби - энергия. Значение имеет именно энергия ионизирующих излучений. Например, гамма-излучение может быть, как жёстким, так и мягким: жёсткое излучение (см. правый край шкалы на рис. 2.2) обладает высокой энергией, а мягкое (поближе к ультрафиолету) несёт меньшую энергию. Важен не только калибр пули. Выстрел из винтовки - одно дело, а той же пулей из рогатки - совсем другое.

Во-вторых, нас интересует не вся энергия излучения, а лишь та часть, что поглотилась облучённым телом. Энергия излучения, прошедшая сквозь тело, в дозу не входит.

пИ, в-третьих, в знаменателе дроби стоит масса. Но уже не масса радионуклида, как при расчёте удельной активности, а масса облучаемого тела - мишени. Ах, да, ещё используют какие-то зиверты. Но прежде, чем вы окончательно запутаетесь, хочу немного вдохновить вас. Правда, не всех, а лишь мужскую часть читателей.

Попробуем понять: а зачем нам, мужикам, нужно разбираться во всех этих греях и беккерелях? Представьте, вы знакомитесь с шикарной женщиной. Без больших денег удивить её трудно (я же понимаю: вряд ли эту книгу читает олигарх). Но мы поступаем так. Плавно переводим разговор на тему о радиации и небрежно вставляем типа: «Так… плотность загрязнения территории там была… м-м-м… 10 кюри на квадратный километр. Тогда эти чернобыльцы получали (тут надо потереть лоб указательным пальцем) среднюю дозу около 100 миллигрей. Больше нормы, но не опасно». Всё! Она в экстазе - она ваша!

А вот женщинам демонстрировать продвинутость в разговоре с мужчинами не рекомендуется: это оскорбление мужского достоинства. А если серьёзно, то пока не разберёмся в основах, - не сможем иметь самостоятельное мнение. И придётся нам принимать на веру мнение чужое. А потому - вперёд!

Вернёмся к нашим зивертам. Они-то зачем понадобились, греев нам мало? Оказывается, поглощённая доза учитывает не всё: она не учитывает различную способность разных видов излучений повреждать ткани живых организмов.Часто путают разные вещи: проникающую способность разных видов излучений и их повреждающее действие.

Да, у гамма-излучения высокая проникающая способность, от него труднее защититься. Но мы хотим сравнить повреждающее действие разных излучений при одинаковой поглощённой дозе. Например, когда полностью защититься не получается, и человек-таки набирает свои греи, - вот в этом случае альфа-излучение куда опаснее. Потому, что тяжёлые и заряженные альфа-частицы, попадая в живую клетку, тормозятся резко и гасят свою энергию на коротком участке пути. Альфа-частицы можно сравнить не просто с крупнокалиберными - а даже с разрывными пулями. Поэтому степень биологического повреждения при одинаковой поглощённой дозе для альфа-излучения будет выше.

Подчеркнём еще раз: один грей альфа-излучения опаснее, чем один грей бета- или гамма-излучения. Другое дело, что получить большую поглощённую дозу от бета- или гамма-излучения проще: достаточно находиться рядом с источником излучения (например, с изотопами стронция-90 или цезия-137). А от альфа-излучения способен защитить даже слой воздуха между вами и источником, например, урановым слитком.

Альфа-излучение становится опасным только при попадании радионуклида внутрь организма. Именно при внутреннем облучении и проявляется его повышенная опасность.

Если вы дышите радиоактивным радоном, или вы случайно выпьете урановый раствор (лучше не надо) - вот тогда полученный грей окажется зловредней, чем грей от стронция либо цезия.

Итак, не все ионизирующие излучения одинаково опасны. Но как это учесть? Для этой цели применяют поправочный коэффициент по отношению к принимаемому за стандарт гамма-излучению. Такой коэффициент носит сложное название - взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения. Запоминать его нет надобности.

Считается, что повреждающее действие бета- и гамма-излучения при равной их дозе одинаково: для бета-излучения коэффициент равен единице. А вот для альфа-излучения поправочный коэффициент равен двадцати .

Дозу, рассчитанную с учётом взвешивающего коэффициента, называют уже не поглощённой, а эквивалентной, - её-то и измеряют в зивертах (Зв).

Итак, мы имеем простую формулу:

Поглощенная доза * Коэффициент = Эквивалентная доза

Для бета- и гамма-излучения получаем:

1 Гр х 1 = 1 Зв , один грей равен одному зиверту.

А для коварного альфа-излучения имеем:

1 Гр х 20 = 20 Зв.

Каждый грей альфа-излучения в двадцать раз опаснее, чем гамма- или бета-излучения (кажется, я начинаю повторяться). Если же доза выражена в зивертах, её опасность для живых организмов - независимо от вида излучения - будет одинакова. Потому такую дозу и называют эквивалентной. Это понятие более удобное, чем поглощённая доза.

До введения зиверта эквивалентную дозу рассчитывали в бэрах. Расшифровывается бэр просто: биологический эквивалент рентгена. Сегодня бэры, как и рады, ушли в прошлое, но в научной литературе пока встречаются. Знайте, что соотношение зиверта и бэра такое же, как грея и рада:

1 Зв = 100 бэр.

Кстати, один зиверт - доза большая, можно сказать: аварийная. Такая доза может привести к острой лучевой болезни. Для небольших доз более удобная единица - миллизиверт (мЗв), одна тысячная часть зиверта. Для ясности: один миллизиверт - это средний природный фон без радона.

Итак, мы знаем две разновидности дозы: поглощённую и эквивалентную. Обе выражаются в джоулях на килограмм. Но совпадают они не всегда. Поглощённую дозу можно измерить. Эквивалентная доза больше скажет о последствиях облучения, но измерить её нельзя. Но можно рассчитать из поглощённой дозы.

А теперь самое главное. Дозой, прежде всего величиной дозы, определяется опасность радиации. И тут надо иметь в виду одну важную вещь: происхождение радиации значения не имеет. Для организма без разницы, откуда вы набрали дозу: от Солнца, из рентгеновского аппарата, на радоновом курорте, от ближайшей АЭС или в результате чернобыльской аварии, - всё равно. Главное - сколько этих самых миллизивертов.

Читатели, вы ещё не заснули? Потерпите немного: тяжело в учении - легко в бою. Чтобы новый материал легче переварился, взгляните на схему.

Рис. 3.1 Схема воздействия ионизирующих излучений на облучаемое тело

Из азбуки радиационной безопасности осталось уточнить ещё одно понятие - мощность дозы. Помните школьный курс физики? В каких единицах измеряется мощность? Нет, в лошадиных силах по традиции измеряют лишь мощность автомобильных двигателей. А в остальных случаях используют ватты. А чем мощность (ватт) отличается от энергии (джоуль)? Правильно. Мощность - это энергия, отнесенная к интервалу времени, то есть ватт - это джоуль в секунду.

В радиации то же самое. Если вы слышите: природный радиоактивный фон составляет семь микрорентген в час, то речь идёт именно о мощности дозы. А в современных дозиметрических приборах мощность дозы выражается в микрогреях в час.

Подведём итоги. Миф о самом опасном виде радиации - гамма- излучении - объясняется путаницей: смотря что понимать под опасностью. У гамма-излучения максимальная проникающая способность, от него труднее защититься. Но при одинаковой поглощённой дозе наиболее опасно альфа-излучение.

Опасность ионизирующих излучений определяется дозой, поглощённой мишенью. Доза может выражаться в двух единицах: греях и зивертах. Если доза выражена в зивертах, её последствия не зависят от вида излучения.

Литература

1. Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009: санитарно- эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 100 с.

Please enable JavaScript to view the

 Теория: Радиоактивность - изменение состава атомного ядра.

Альфа излучение - поток ядер гелия (поток положительно заряженных частиц)
При альфа излучении массовое число уменьшается на 4, а зарядовое уменьшается на 2.
Правило смещения: при альфа излучении элемент смещается на две клетки к началу таблицы Менделеева.

бета излучение - поток электронов (поток отрицательно заряженных частиц)
При бета излучении массовое число не меняется, зарядовое увеличивается на 1.
Правило смещения: при бета излучении элемент смещается на одну клетку к концу таблицы Менделеева.

гамма излучение - электромагнитная волна высокой частоты и проникающей способностью.

При попадании α и β частиц в магнитное поле на них действует сила, отклоняющая их в сторону. Масса альфа частиц больше чем масса бета частиц, поэтому они отклоняются слабее. Направление силы находится по . γ лучи не откланяются.

Периодом полураспада называется промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных ядер. Но закон полураспада справедлив только для большого числа атомов. Так как невозможно предугадать когда распадется отдельно взятое ядро, но для большого числа частиц этот закон справедлив.


При испускании γ-кванта
1) массовое и зарядовое числа ядра не изменяются
2) массовое и зарядовое числа ядра увеличиваются
3) массовое число ядра не изменяется, зарядовое число ядра увеличивается
4) массовое число ядра увеличивается, зарядовое число ядра не изменяется
Решение: гамма излучение это электромагнитная волна, оно не влияет на состав атомного ядра, массовое и зарядовое числа ядра не изменяются.
Ответ: 1
Задание огэ по физике (фипи): Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией β-распада?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение: бета распад сопровождается испусканием электронов ни в одной из реакций нет электрона.
Ответ: 4
Задание огэ по физике (фипи): Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией β-распада?
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение: бета распад сопровождается испусканием электронов , в обеих реакциях образуется электрон..
Ответ: 3

Задание огэ по физике (фипи): Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите, изотоп какого элемента образуется в результате альфа-распада висмута.

1) изотоп свинца
2) изотоп таллия
3) изотоп полония
4) изотоп астатина
Решение: в результате альфа-распада порядковый номер элемента уменьшится на 2, из висмута (Z=83) элемент превратиться в изотоп таллия (Z=81)
Ответ: 2

Задание огэ по физике (фипи): Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите, изотоп какого элемента образуется в результате электронного бета-распада висмута.

1) изотоп свинца
2) изотоп таллия
3) изотоп полония
4) изотоп астатина
Решение: в результате бета-распада порядковый номер элемента увеличится на 1, из висмута (Z=83) элемент превратиться в изотоп полония (Z=84)
Ответ: 3

Задание огэ по физике (фипи): Контейнер с радиоактивным веществом помещают в магнитное поле, в результате чего пучок радиоактивного излучения распадается на три компоненты (см. рисунок).

Компонента (3) соответствует
1) гамма-излучению
2) альфа-излучению
3) бета-излучению
4) нейтронному излучению
Решение: воспользуемся правилом левой руки, поток частиц направлен вверх, четыре пальца направим вверх. Линии магнитного поля направлены в плоскость экрана (от нас), линии магнитного поля направляем в ладонь, отогнутый на 90 o большой палец показывает, что положительно заряженные частицы отклоняются влево. Компонента (3) отклонилась вправо, следовательно эти частицы отрицательно заряжены. Бета-излучение это поток отрицательно заряженных частиц.
2 способ: Компонента (3) отклоняется сильнее чем компонента (1), значит у (3) масса меньше. У электрона масса меньше чем у ядра гелия, значит компонента (3) это поток электронов (гамма-излучение)
Ответ: 3

Задание огэ по физике (фипи): Периодом полураспада называется промежуток времени, в течение которого распадается половина исходного числа радиоактивных ядер. На рисунке представлен график изменения количества N радиоактивных ядер с течением времени t.

Согласно графику период полураспада равен
1) 10 с
2) 20 с
3) 30 с
4) 40 с
Решение: В момент времени t 1 = 20 секунд было N 1 = 40·10 6 радиоактивных ядер, половина радиоактивных ядер N 2 = 20·10 6 распалась к моменту времени t 2 = 40 секунд, следовательно период полураспада T = t 2 - t 1 = 40 - 20 = 20 c, из графика видно, что за каждые 20 секунд распадается половина оставшихся атомов.
Ответ: 2
Задание огэ по физике 2017: При альфа-распаде ядра его зарядовое число
1) уменьшается на 2 еденицы
2) уменьшается на 4 еденицы
3) увеличивается на 2 еденицы
4) увеличивается на 4 еденицы
Решение: При альфа-распаде ядра его зарядовое число уменьшается на 2 единицы, т.к. вылетает ядро гелия с зарядом +2е.
Ответ: 1
Задание огэ по физике (фипи): 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) положительный и равный по модулю элементарному заряду
2) положительный и равный по модулю двум элементарным зарядам
3) отрицательный и равный по модулю элементарному заряду
4) бета-частицы не имеют заряда
Решение: бета-излучение это поток электронов, заряд электрона отрицателен и равен по модулю элементарному заряду.
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакцией α-распада?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение: При альфа-распаде образуются ядра гелия , из двух реакций только во второй образуется ядро гелия.
Ответ: 2
Задание огэ по физике (фипи): Радиоактивный препарат помещён в магнитное поле. В этом поле могут отклониться
А. α-лучи.
Б. β-лучи.
Правильным ответом является
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
Решение: движущаяся заряженная частица попадая в магнитное поле отклоняется, α-лучи и β-лучи имеют заряд, следовательно, они будут отклонятся в магнитном поле.
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Какие виды радиоактивного излучения, проходящего через сильное магнитное поле, не отклоняются?
1) альфа-излучение
2) бета-излучение
3) гамма-излучение
4) альфа-излучение и бета-излучение
Решение: движущаяся заряженная частица попадая в магнитное поле отклоняется, гамма-лучи не имеют заряда, поэтому в магнитном поле они не отклоняются.
Ответ: 3
Задание огэ по физике (фипи): Естественная радиоактивность элемента
1) зависит от температуры окружающей среды
2) зависит от атмосферного давления
3) зависит от химического соединения, в состав которого входит радиоактивный элемент
4) не зависит от перечисленных факторов
Ответ: 4
Задание огэ по физике (фипи): Используя фрагмент Периодической системы химических элементов, представленный на рисунке, определите состав ядра фтора с массовым числом 19.

1) 9 протонов, 10 нейтронов
2) 10 протонов, 9 нейтронов
3) 9 протонов, 19 нейтронов
4) 19 протонов, 9 нейтронов
Решение: число протонов равно порядковому номеру элемента, у фтора 9 протонов, что бы найти число нейтронов из массового числа вычтем зарядовое 19-9=10.
Ответ: 1
Задание огэ по физике (фипи): Какое из трех типов излучения – α, β или γ – обладает наименьшей проникающей способностью?
1) α
2) β
3) γ

Решение: из трех видов излучений, самые крупные это α-частицы, ядра гелия крупнее чем электроны и гамма кванты, следовательно, им труднее пройти через препятствие.
Ответ: 1
Какое из трех типов излучения – α, β или γ – обладает наибольшей проникающей способностью?
1) α
2) β
3) γ
4) проникающая способность всех типов излучения одинакова

4.3.1. Общие сведения
об атомных ядрах. Изотопы

В состав атомных ядер входят два вида элементарных частиц - протоны и нейтроны. Протон имеет положительный заряд, по величине равный заряду электрона, и массу покоя m p = 1,6726·10 -27 кг. Нейтрон заряда не имеет, его масса немного больше массы протона: m n = 1,6749·10 -27 кг. Общее название этих частиц - нуклоны.

Заряд атомного ядра любого химического элемента, выраженный в элементарных зарядах, равен атомному номеру Z этого элемента в Периодической системе Д. Менделеева. Заряд ядра слагается из зарядов протонов, следовательно, число протонов в атомном ядре равно атомному номеру элемента.

Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. Поэтому сумма чисел протонов и нейтронов должна быть равна массовому числу атома:

(4.3.1)

Число нейтронов в ядре равно разности между массовым числом и порядковым номером элемента.

Атомы, ядра которых имеют одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называются изотопами. Все изотопы одного химического элемента имеют одинаковое строение электронных оболочек и, следовательно, одинаковые химические свойства.

Устойчивость атомных ядер большинства элементов говорит о том, что ядерные силы исключительно велики: они должны превышать значительные силы кулоновского электростатического отталкивания, существующие между протонами в ядре. Ядерные силы проявляются только на очень малых расстояниях 10 -13 см. При некотором увеличении расстояния между нуклонами ядерные силы уменьшаются до нуля, и кулоновские силы разрушают ядро.

Ядерные силы - это силы особого рода, отличающиеся по своей природе от электрических и гравитационных.

Наиболее устойчивы ядра легких элементов, состоящие из приблизительно одинакового числа нейтронов и протонов. У самых тяжелых элементов (расположенных в Периодической системе после висмута), ядра которых состоят из большого числа нуклонов с преобладанием нейтронов, ядерные силы уже не обеспечивают устойчивости ядра. Такие ядра самопроизвольно распадаются, превращаясь в ядра более легких элементов. Это явление называется естественной радиоактивностью.

4.3.2. Естественная радиоактивность.
Альфа-, бета-, гамма -излучения.

Естественная радиоактивность была обнаружена Анри Беккерелем в 1896 г. в солях урана. Было найдено, что невидимые лучи вызывают люминесценцию, ионизируют газы, проникают сквозь непрозрачные преграды, засвечивая фотопластинки. Естественная радиоактивность свойственна не только урану, но и многим другим тяжелым элементам - актинию, полонию, радию, торию и др. Такие элементы были названы радиоактивными.

В состав радиоактивного излучения входят три различных вида: альфа-, бета-, гамма -излучения.

Альфа-лучи отклоняются электрическими и магнитными полями (Рис. 4.3.1) и представляют собой поток атомных ядер гелия (альфа-частицы).

Рис. 4.3.1. Влияние магнитного поля (направлено перпендикулярно
плоскости чертежа к наблюдателю) на радиоактивные излучения

Каждая альфа-частица имеет заряд +2е и обладает массовым числом 4. Альфа-частицы вылетают из ядер радиоактивных элементов со скоростями от 14000 до 20000 км/c, что соответствует энергиям от 4 до 9 МэВ.

Пролетая сквозь вещество, альфа-частица ионизирует его атомы, действуя на них своим электрическим полем, т.е. выбивает электроны из атомов вещества. Израсходовав энергию на ионизацию, альфа-частица замедляется и захватывает два электрона из числа свободных в веществе, превращаясь в атом газа гелия. Путь, проходимый альфа-частицей в веществе (до остановки), называется ее пробегом или проникающей способностью, а число пар ионов, созданных в процессе пробега, называется ее ионизирующей способностью. Чем больше ионизирующая способность, тем меньше пробег частицы в веществе.

Пробег альфа-частиц в воздухе при нормальных условиях составляет 3-9 см, а их ионизирующая способность составляет 100000-250000 пар ионов (в среднем 30000 пар ионов на 1 см пробега). Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и небольшой проникающей способностью.

Альфа-лучи полностью поглощаются слоем алюминия толщиной 0,06 см или слоем биологической ткани толщиной 0,12 см.

Бета-лучи отклоняются электрическими и магнитными полями; представляют собой поток быстрых электронов и называются β-частицами. Их масса в 7360 раз меньше массы α-частицы. Средняя скорость β-частиц составляет около 160000 км/c. Из следует, что β-частицы отклоняются магнитным полем в сторону, противоположную отклонению α-частиц, что объясняется противоположностью заряда.

В отличие от альфа-лучей, β-излучение содержит частицы со всевозможными значениями энергии (всевозможными значениями скорости). Ядра одного и того же радиоактивного элемента выбрасывают β-частицы и со скоростью, близкой к нулю, и со скоростью, близкой к скорости света. Энергия β-частиц лежит в пределах от сотых долей до нескольких МэВ.

Поскольку β-частица имеет весьма малую массу, большую скорость, и ее заряд в два раза меньше, чем у α-частицы, ее ионизирующая способность примерно в 100 раз меньше, в пробег во столько же раз больше, чем у α-частицы. Пробег β-частицы высокой энергии достигает в воздухе 40 см, в алюминии - 2 см, в биологической ткани - 6 см.

Гамма-лучи представляют собой поток фотонов, имеющих очень высокую частоту, порядка 1020 Гц, что соответствует длине волны порядка 10 -12 м. Энергия γ-квантов имеет значение около 1 МэВ.

Являясь жестким электромагнитным излучением, γ-лучи по своим свойствам походят на характеристическое рентгеновское излучение. Они не отклоняются электрическими и магнитными полями, распространяются со скоростью света, при прохождении через кристаллы испытывают дифракцию. В отличие от рентгеновского излучения, γ-лучи испускаются атомным ядром.

Ионизирующая способность невелика; в воздухе она имеет порядок 100 пар ионов (в среднем 1-2 пары ионов на 1 см пробега). γ-лучи - одно из самых проникающих излучений. Наиболее жесткие γ-лучи проходят через слой свинца 5 см или через слой воздуха толщиной несколько сотен метров; проникают насквозь через тело человека.

4.3.3. Законы альфа- и бета- распада

Радиоактивные излучения возникают в результате распада радиоактивных элементов. Очевидно, что атомы излучающего элемента должны превращаться в атомы другого химического элемента.

При испускании β-частицы заряд ядра увеличивается на единицу, а масса практически не изменяется. Следовательно, по мере β-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент с атомным номером, на единицу большим, и с тем же массовым числом.

При β-распаде элемент смещается в Периодической системе на один номер вправо без изменения массового числа.

Схема β-распада:

Например,

При испускании α-частицы заряд ядра уменьшается на две единицы, а массовое число - на 4 единицы. Следовательно,

При α-распаде элемент смещается в периодической системе на два номера влево с уменьшением массового числа на четыре единицы:

Например,

Правила (4.3.2) и (4.3.4) называются законами смещения .

Радиоактивный распад ведет к постепенному уменьшению числа атомов радиоактивного элемента. Он носит случайный характер в том смысле, что нельзя предсказать, какой именно атом и когда распадется. Можно говорить только о вероятности такого распада.

Число атомов, распадающихся за некоторое время, оказалось пропорциональным общему числу атомов и времни:

где λ - коэффициент пропорциональности, называемый постоянной распада данного элемента. Знак "минус" указывает на уменьшение атомов радиоактивного элемента со временем.

Интегрируя (4.3.6), получим:

где N 0 - число атомов элемента в начальный момент времени.

Соотношение (4.3.7) называется законом радиоактивного распада (Рис. 4.3.2).

Рис. 4.3.2. Кривая радиоактивного распада

Для характеристики быстроты распада вводится понятие периода полураспада Т:

Периодом полураспада называется время, в течение которого количество атомов исходного элемента уменьшается вдвое.

Из (4.3.7) следует, что, если е -λТ = ½, то выполняется:

Величина, обратная постоянной распада, называется средним временем жизни радиоактивного атома:

Следовательно, Т = τln2, откуда τ = Т/ ln2 = 1,44T, т.е. среднее время жизни приблизительно в полтора раза больше периода полураспада.

Период полураспада урана - 4,5·10 9 лет, полония - 1,5·10 -4 с.

Число атомных распадов, совершающихся в радиоактивном элементе за 1 с, называется активностью этого элемента:

Можно показать, что выполняется:

Таким образом, активность элемента пропорциональна его количеству и обратно пропорциональна периоду полураспада. За единицу активности принята активность 1 г радия (1 Кюри):

1 Ku = 3,7·10 10 расп/c.

Продукт радиоактивного распада может быть сам радиоактивным. Поэтому процесс радиоактивного распада проходит ряд промежуточных стадий, образуя цепочку радиоактивных элементов, заканчивающуюся стабильным элементом. Такая цепочка элементов называется радиоактивным семейством.

Единицей активности является Беккерель (Бк) это ;

Наиболее употребительная единица активности Кюри (Ки)

Или мКи - милликюри 10 -3 Ки, мкКи - микро кюри 10 -6 Ки. Есть ещё внесистемная единица активности Резерфорд (Pд) 1Рд= 10 6 Бк = 10 6 с -1 . Для характеристики активности единицы массы радиоактивного источника вводят величину, называемую удельной массовой активностью и равную отношению активности изотопа к его массе. Удельная массовая активность выражается в Беккерелях на килограмм (Бк/кг) или Ки/кг, Ки/г или Ки/л.

4.3.4. Позитронный распад β + , электронный захват и внутренняя конверсия

, где ν - частица нейтрино, Q - количество теплоты. При этом распаде дочерний элемент смещается влево на одну клетку в таблице Менделеева.

Позитрон - это частица, имеющая заряд как у электрона, но положительный

.

Например, распад изотопа фосфора:

При электронном захвате происходит захват ядром одного из электронов, с внутренней оболочки атома. В результате протон атома превращается в нейтрон.

Дочерний элемент смещается влево в таблице Менделеева

При электронном захвате протон превращается в нейтрон

.

Например:

При распаде могут идти и α и β распады

Возможны случаи когда, ядро атомов, находясь в возбуждённом состояние, часть своей энергии передает электронам на внутренних слоях (K, L, M). В результате электрон вырывается за пределы атома. Такие электроны называют электронами внутренней конверсии . Следовательно, испускание электронов конверсии обусловлено непосредственным электромагнитным взаимодействием ядра с электронами оболочки. Конверсионные электроны имеют линейчатый спектр энергии в отличие о электронов бета -распада, дающих сплошной спектр. После того как произошла внутренняя конверсия, в электронной оболочке атома появляется "вакантное" место вырванного электрона конверсии. Один из электронов с более отдаленных слоев (с более высоких энергетических уровней) осуществляет квантовый переход на "вакантное" место с испусканием характеристического рентгеновского излучения.

4.3.5. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.

Заряженные частицы и γ - фотоны, распространяясь в веществе, взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате изменяется состояние вещества и частиц.

Основным механизмом потерь энергии заряженных частиц (α и β) при прохождении через вещество, является ионизационное торможение. Кинетическая энергия частиц расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Это количественно оценивается следующими параметрами: линейной плотностью ионизации i, линейной тормозной способностью вещества S, средним линейным пробегом.

Под линейной плотностью ионизации i понимают отношение числа dn ионов одного знака, образованных заряженной ионизирующей частицей на элементарном пути dl: . Линейной тормозной способностью вещества S называют отношение энергии dE теряемой заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути dl в веществе к длине этого пути: . Средним линейным пробегом заряженной ионизирующей частицы R является среднее значение расстояния между началом и концом пробега заряженной частицы в данном веществе.

Для α частиц линейная плотность ионизации в воздухе составляет , линейная тормозная способность α частиц в воздухе . Средний линейный пробег для α частиц в воздухе несколько см., а в живом организме (10-100 мкм), её путь прямолинеен и изменяет направление движения только при соударениях с ядрами встречных атомов.

Для β частиц в воздухе, а линейная тормозная способность β частиц в воздухе . Для β частиц R средний линейный пробег в воздухе 25 метров, а в живом организме до 1 см.

Кроме ионизации и возбуждения, β частицы вызывают другие процессы:

1. Взаимодействуя с электрическим полем ядра, заряженная частица тормозится и излучает тормозное рентгеновское излучение, спектр, которого показан на рис.4.3.3

2. Если электрон движется в среде со скоростью, превышающей скорость распространения света в этой среде, то возникает характерное Черенковское излучение (излучение Черенкова -Вавилова).

3. При попадании β + -частицы в вещество с большей вероятностью происходит такое взаимодействие ее с электронами, в результате которого вместо пары электрон -позитрон образуются два гамма фотона. Этот процесс, схема которого показана на рис.4.3.4, называют аннигиляцией. Энергия каждого γ - фотона, возникающая при аннигиляции, должна быть не меньше энергии покоя электрона или позитрона, т.е. не менее 0,51 МэВ.

4.3.6. Взаимодействие гамма - излучения с веществом.

При радиоактивном распаде, ядра испускают гамма - кванты с энергией в пределах от нескольких кэВ до нескольких МэВ. Гамма - кванты при прохождении через вещество теряют энергию практически за счет трёх эффектов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффект), комптоновского рассеивания (комптон- эффект), образования электронно-позитронных пар (образование пар). Величина каждого эффекта зависит от атомного номера поглощающего материала и энергии фотона.

Фотоэлектрическое поглощение.

Выполняется при условии: hν³ А и, где А и - работа ионизации атома (схема фотоэффекта показана на рис.4.3.5). Энергия гамма кванта, рассчитывается по формуле и не превышает 50 кэВ Гамма - квант, сталкиваясь с электроном чаще К-слоя в атомах облучаемого вещества, полностью передаёт свою энергию, сам исчезает, а электрон приобретает кинетическую энергию, равную энергии гамма кванта минус энергия связи электрона в атоме. На освободившиеся место перескакивает электрон с l - слоя на k - слой электрон m - слоя на l слой и т.д. При переходе происходит испускание квантов света hν, создающих характеристическое рентгеновское излучение. Спектр характеристического рентгеновского излучения показан на рис. 4.3.6.

В воздухе и в биологических тканях фотоэффект составляет 50%, если энергия γ - квантов порядком 60КэВ. При Eγ=120 кэВ он составляет 10%, а начиная с 200 кэВ этот процесс уже не наблюдается. В этом случае гамма - излучение ослабляется за счёт комптоновского рассеивания.

Комптоновский эффект.

Выполняется при условии hν>>A и.

γ - кванты сталкиваясь с внешними валентными электронами передают только часть энергии. После соударения с ними γ - кванты изменяют направление движения и рассеиваются. Электроны, отрываясь от ядра, приобретают значительную кинетическую энергию и производят ионизацию вещества (вторичная ионизация). Схема комптоновского эффекта показана на рис.4.3.7.

Из-за комптон эффекта происходит ослабление γ - излучения. Этот эффект значителен в воздухе и в биологическом веществе при 200 КэВ

Энергетический баланс для комптон эффекта , где

Кинетическая энергия электрона, hν ’ - образовавшийся новый рассеянный γ -гамма квант света. Таким образом, в результате комптон-эффекта, интенсивность гамма- излучения ослабляется за счет того, что гамма- кванты, взаимодействуя с электронами среды, рассеиваются в различных направлениях и уходят за пределы первичного пучка, а также за счет передачи электронам части своей энергии.

Образование пар.

Гамма - кванты с энергией E³ 1,02 МэВ, проходя через вещество, превращаются под действием сильного электрического поля вблизи ядра атома в пару "электрон-позитрон". В данном случае происходит преобразование одной формы материи - гамма-излучения в другую - в частицы вещества. Образование такой пары частиц возможно только при энергиях γ -квантов, не меньших, чем энергия, эквивалентная массе обеих частиц - электрона и позитрона. Поскольку массы электрона и позитрона одинаковы, то для образования их без сообщения им дополнительной кинетической энергии, энергия γ-кванта должна удовлетворять соотношению взаимосвязи массы и энергии:

Если энергия γ-квантов больше 1,022 МэВ, то избыток её передаётся частицам. Тогда кинетическая энергия образующихся частиц E k равна разности между энергией фотона Eγ и удвоенной энергией покоя электрона:

Образовавшаяся электронно-позитронная пара в дальнейшем исчезает (аннигилирует), превращаясь в два вторичных γ-кванта с энергией, равной энергетическому эквиваленту массы покоя частиц - 0,511 МэВ. Вторичные γ -кванты способны вызвать лишь комптон-эффект и в конечном счете фотоэффект, т.е. теряют энергию только при соударении с электронами. Вероятность процесса образования пар увеличивается с увеличением энергии γ -квантов и плотности поглотителя. Схема образования пар показана на рисунке 4.3.8. Гамма-лучи высоких энергий (более 8 МэВ) могут взаимодействовать с ядрами атомов (ядерный эффект). Вероятность такого эффекта весьма мала, и этот вид взаимодействия практически не ослабляет излучений в веществе.

4.3.7. Закон ослабления гамма -излучения веществом

Пучок гамма лучей поглощается непрерывно с увеличением толщины поглотителя; его интенсивность не обращается в нуль ни при каких толщинах поглотителя. Это значит, что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток гамма-лучей, а можно только ослабить его интенсивность на любое заданное число раз.

На рис. 4.3.9 показана зависимость ослабления гамма-излучения от толщины поглотителя. Механизм ослабления гамма- излучения показан рис.10. Последовательно проходят три вида рассеяния гамма- кванта атомом вещества. Вначале идет процесс образования пар, затем комптоновское рассеяние и фотоэлектрическое поглощения. При последнем взаимодействии с веществом энергия гамма кванта становится меньше работы ионизации атома и слабый гамма- квант встречаясь с атомом вещества просто рассеивается. Последний процесс называется когерентным рассеянием.

Закон ослабления пучка γ- лучей имеет следующий вид I=I о e -μd , где I-интенсивность прошедших γ-лучей через вещество, толщиной d; I о - интенсивность падающего пучка гамма -лучей; μ- линейный коэффициент ослабления .

Линейный коэффициент ослабления является суммарным коэффициентом, который учитывает ослабления пучка гамма- лучей за счет трех первых процессов. Таким образом, μ= μ ф + μ к + μ п. Поскольку величина μ зависит от энергии поступающих гамма- квантов и от материала поглотителя, то ее можно выразить через отношение μ/ρ, где ρ - плотность вещества. В этом случае коэффициент μ будет носить название массового коэффициента ослабления и уже не будет зависеть от плотности материала.

Закон ослабления может быть выражен через слой половинного ослабления (Δ1/2). Толщина поглотителя, после прохождения которого интенсивность излучения ослабляется вдвое, называется слоем половинного ослабления Δ1/2 измеряется в единицах поверхностной плотность (мг/см 2) и зависит от энергии излучения и плотности поглотителя. Между линейным коэффициентом ослабления и слоем половинного ослабления существует следующая взаимосвязь: .

Зная слой половинного ослабления, можно довольно легко определить, какой нужно взять поглотитель, чтобы ослабить излучение в данное число раз.

Например, один слой Δ1/2 уменьшает интенсивность излучения в 2 раза, два слоя - в 4 раза, три слоя - в 8 раз и т.д., n слоев - в 2 n раз. Следовательно, чтобы ослабить излучение, например, в 512 раз, надо взять столько слоев

Δ1/2n, чтобы 2 n =512. В нашем случае n=9, т.е. 9 слоев половинного ослабления уменьшают интенсивность излучения в 512 раз.

4.3.8. Методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений.

Радиоактивное излучение не воспринимается органами чувств. Эти излучения могут быть обнаружены при помощи специальных приборов. В практике наиболее часто встречаются ионизационные детекторы излучений, которые измеряют непосредственные эффекты взаимодействия излучения с веществом - ионизацию газовой среды (ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера -Мюллера, а также коронные и искровые счетчики). Другие методы предусматривают измерение вторичных эффектов, обусловленных ионизацией, -фотографический, люминесцентный, химический, калориметрический и др.

1. Ионизационные детекторы излучения

Ионизационные детекторы излучения - камера, заполненная воздухом или газом с электродами для создания электрического поля (рис. 4.3.10). При отсутствии U напряжения между электродами в цепи тока нет, так как газ, это хороший изолятор. При попадание заряженных (α, β) частиц в газ образуются ионные пары, и газ становится проводником электрического поля. В начале, когда U=0 на электродах все ионы, созданные начальной ионизацией, полностью рекомбинируются в нейтральные молекулы. При возрастании напряжения, ионы приобретают направленное действие: положительные собираются на катоде, а отрицательные на аноде. В цепи возникает ионизационный ток, который может быть зарегистрирован прибором.

Величина ионизационного тока служит мерой количества излучения. На рисунке 4.3.11 показана зависимость силы ионизационного тока от напряжения, приложенного к электродам детектора. Такая зависимость называется вольт- амперной характеристикой ионизационного детектора. На участке 1 существует два процесса: образование заряженных частиц- ионов и рекомбинация ионов. С ростом напряжения процесс рекомбинации уменьшается, и все образующиеся ионы достигают электроды - 2 участок.

Величина тока на 2 участке зависит только от ионизационной способности, влетающих заряженных частиц. Так α - частица, образованная большим ионизирующим действием, соответствует верхняя кривая. Область 2 называется областью ионизационной камеры.

На 3 участке, сила ионизационного тока вновь начинает возрастать, т.к. положительные ионы, а особенно отрицательные ионы приобретают значительное ускорение а, следовательно, и энергию, чтобы самим производить ионизацию вследствие соударения с атомами или молекулами газа. Этот процесс называется вторичная ионизация. На участке 3 существует строгая пропорциональность между числом первично образованных ионов и общей суммой ионов, участвующих в создании ионизирующего тока. Эта область называется областью пропорциональности. В этом режиме работают пропорциональные счетчики. Для этого в область вводят коэффициент газового усиления Кгу - отношение общей суммы ионов n участвующих в создании ионизационного тока к числу первично образовавших ионов n 0 . Кгу=n/ n 0. Для участка 3 Кгу достигает 10 3 - 10 4 .

На участке 4 строгая пропорциональность между числом первично-образованных ионов и силой ионизационного тока нарушается. Поэтому её называют областью ограниченной пропорциональности.

На участке 5 при ещё больших напряжениях, сила нарастающего тока уже не зависит от числа первично образовавших ионов. Коэффициент газового усиления достигает 10 8 - 10 10 и при появлении в камере детектора хотя бы одной ядерной частицы происходит вспышка самостоятельного газового разряда, которая охватывает всю камеру. Этот участок называется областью Гейгера. Счетчики, работающие в этой области, называются счетчиками Гейгера- Мюллера.

В области 6 при большом напряжении в детекторе наблюдается постоянный непрерывный разряд и детектор выходит из строя.

2. Пропорциональные счетчики

Пропорциональные счетчики работают на участке 3. Наличие пропорциональности усиления в счетчиках, позволяет определить энергию ядерных частиц и изучить их природу. Обычно пропорциональный счетчик делают в виде цилиндра, вдоль оси которого натягивают металлическую нить - анод (рис. 4.3.12). Проводящее покрытие внутренней поверхности цилиндра служит катодом. При таком устройстве все электрическое поле сосредоточено около нити и его максимальное значение оказывается тем выше, чем меньше радиус нити (рис. 4.3.13).

Пропорциональные счетчики изготовляют и торцевого типа (рис.4.3.14). Чтобы обеспечить проникновение в полость счетчика альфа- частиц, входное слюдяное окно делают очень тонким (4-10)мкм. Наполняют счетчик смесью неона с аргоном почто до уровня атмосферного давления. Есть счетчики открытые, рабочая полость которых сообщается с внешним воздухом. Такие счетчики работают при атмосферном давлении, они допускают непрерывное протекание или циркуляцию наполняющего их газа и поэтому их часто используют для регистрации активности газовых проб.

Счетчики Гейгера-Мюллера (Г-М) конструктивно мало чем отличаются от пропорциональных счетчиков цилиндрического и торцевого типа. Основное отличие его состоит в том, что внутренний объем счетчика (Г-М) наполнен инертным газом при пониженном давлении, а работа осуществляется в области Гейгера, т.е. в режиме самостоятельного газового разряда. По принципу работы счетчики (Г-М) делятся на самогасящие и несамогасящие. При попадании ядерной частицы в несамогасящий счетчик происходит первичная ионизация газовой среды. Положительные ионы движутся к катоду, а электроны к аноду. При этом под действием высокого напряжения электроны разгоняются с большим ускорением и производят вторичную ионизацию. Новые образовавшие ионы также приобретают достаточно большую скорость, производят ионизацию и выбивают электроны из катода. Эти электроны еще более увеличивают лавинный эффект. В результате весь счетчик охватывается разрядом. Кгу может достигать 10 8 - 10 10 .

Если во время быстро нарастающей вторичной ионизации в несамогасящий счетчик проникает следующая ядерная частица, то она не будет зарегистрирована счетной установкой. Для обнаружения второй ядерной частицы необходимо "погасить" процесс ионизации от первой, что можно достичь либо включением в электрическую цепь высокого сопротивления, либо введением в счетчик органических паров. Такие варианты используют в самогасящих счетчиках. Обычно применяют пары многоатомных спиртов в соотношении 90% аргона и 10% паров спирта. Органическая добавка обеспечивает нейтрализацию положительных ионов аргона путем отдачи слабосвязанных электронов. Следовательно, молекулы многоатомного газа (спирта) приостанавливают вторичную ионизацию, и счетчик становится готовым регистрировать следующую частицу.

3. Характеристики счетчика

Мертвое время - это время в течение которого счетчик не может зарегистрировать попавшую в него частицу (квант). Мертвое время самогасящих счетчиков составляет 10 -4 с.

Разрешающая способность счетчика - это максимальное число частиц, которое может зарегистрировать счетчик за одну секунду и рассчитывается как величина обратная мертвому времени. Чем меньше мертвое время, тем больше разрешающая способность счетчика. Несамогасящие счетчики способны раздельно регистрировать не более 10 2 - 10 3 имп/с, самогасящие -до 10 4 имп/с.

Эффективность счетчика - это процентное отношение числа зарегистрированных счетчиком импульсов к общему числу частиц (квантов), попавших за тот же отрезок времени в рабочий объем счетчика. Эффективность определяют путем измерения излучения радиоактивных препаратов с известной активностью (эталона).

Счетная характеристика выражает зависимость скорости счета (числа имп/мин) от напряжения, приложенного к счетчику. Область напряжений, в которой устанавливается постоянство скорости счета в единицу времени называется "плато счетчика". Чем больше протяженность и меньше наклон плато, тем лучше счетчик (рис.4.3.15).

В самогасящих счетчиках протяженность плато 200-300 В, наклон 3-5%.

Сцинтилляционный (люминесцентный) метод регистрации излучений.

При переходе атомов из возбужденного состояния или из ионизированного состояния в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляции), которая может быть зарегистрирована, например, преобразуя энергию света в электрический сигнал с помощью фотоэлектрического умножителя (ФЭУ). Схема устройства сцинтилляционного счетчика показана на рисунке 4.3.16.

Под действием светового импульса, возникшего в сцинтилляторе, из фотокатода за счет фотоэффекта выбиваются электроны, которые собираются электрическим полем и направляются на первый динод, ускоряясь до энергии, достаточной для выбивания вторичных электронов из следующего динода и т.д. Таким образом, лавина электронов возрастает от катода к аноду; происходит преобразование очень слабых световых вспышек, возникающих в сцинтилляторе, в регистрируемые электрические импульсы.

Сцинтилляционные счетчики обладают более высокой эффективностью счета (до 100%) и разрешающей способностью 10 -5 при регистрации альфа частиц и 10 -8 при регистрации бета частиц, по сравнению с газоразрядными счетчиками.

Полупроводниковые детекторы (ППД) ионизирующих излучений представляют собой твердотельную ионизационную камеру, в которой роль носителей электрического заряда выполняют электроны и дырки. Под действием ионизирующего излучения в ППД образуется электрический ток. По величине тока определяют величину ионизирующего излучения.

Фотографический метод основан на определении степени почернения фотоэмульсии под действием ионизирующего излучения. Степень почернения фотоэмульсии фотопластинки пропорциональна дозе излучения. На этом принципе основан дозиметрический фото контроль (ИФК) для лиц, работающих с бета- и гамма- излучением.

Химические методы основаны на регистрации тех или иных изменений, возникающих под влиянием излучений. Например, изменение цвета, выделение газов, осаждение коллоидных растворов и т.д. Степень изменения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Широкое распространение получил ферросульфатный и цериевый дозиметры, основанный на окислении под воздействием излучений двухвалентного иона железа в трехвалентный. В цериевом дозиметре определяют концентрацию церия до и после облучения.

Калориметрический метод основан на измерении с помощью специальных калориметров тепловой энергии, выделяющейся при поглощении энергии излучения в веществе.

Приборы для измерения излучений и их назначение.

Приборы для измерения ионизирующего излучения можно условно разделить на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно- физических исследований.

Радиометры - это приборы с газоразрядными, сцинтилляционными счетчиками и другими детекторами, предназначенные для измерения активности радиоактивных препаратов и источников излучения, для определения плотности потока или интенсивности ионизирующих частиц и квантов, поверхностной радиоактивности предметов, удельной активности аэрозолей, газов и жидкостей.

Дозиметры (рентгенометры ) - приборы, измеряющие экспозиционную и поглощенную дозы излучения или соответствующие мощности доз. Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистрируемого (измерительного) устройства.

По принципу действия дозиметры можно разделить на две группы. Первую группы составляют дозиметры, измеряющие мощность дозы в рентгенах в единицу времени, так называемые измерители мощности дозы. Ко второй группе относят интегрирующие дозиметры, измеряющие дозу излучения за какой-либо промежуток времени. Детектором излучения в измерителях мощности дозы могут быть ионизационные камеры, газоразрядный или сцинтилляционный счетчик. В качестве детектора в интегрирующих приборах обычно применяют ионизационные камеры.

В ядрах одного и того же элемента число нейтронов может быть различным, а число протонов всегда одно и то же. Такие ядра называются изотопами . Например, в ядрах водорода всегда 1 протон, а число нейтронов может быть 0, 1, 2, 3, 4, 6.

Радиоактивность

Радиоактивность - явление самопроизвольного превращения неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента. При этом испускаются частицы, обладающие большой проникающей способностью.

Например, радиоактивный элемент радий превращается в другой химический элемент - радон с выделением гелия.

В 1899 г. Э. Резерфорд провел опыт, в результате которого было обнаружено, что радиоактивное излучение неоднородно. Существуют три различные частицы с разными зарядами. Альфа-частица - положительно заряженная (лишенный электронов атом гелия), бета-частица - отрицательно заряженная (электрон), и нейтральная гамма-частица (фотон).

Три вида излучения обладают разной проникающей способностью. Самые поникающие - гамма-лучи. Они легко проходят через вещество. Чтобы их остановить нужна свинцовая пластина толщиной 5 см, либо 30 см бетона, либо 60 см грунта.

Ядерные реакции

Альфа-распад

Пример:
где - альфа-излучение - ядра гелия.

Этот распад наблюдается для тяжелых ядер с А>200. При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки ближе к ее началу, чем исходный.

Бета-распад

Пример:
где - бета-излучение - электроны.

При бета-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным.

Гамма-излучение

Испускание гамма-излучения не приводит к превращениям элементов.

В ходе ядерной реакции суммарный электрический заряд и число нуклонов сохраняются. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические (с поглощением энергии) и экзотермические (с выделением энергии). Если сумма масс исходного ядра и частиц, больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то энергия выделяется, и наоборот.

Открытие протона: