B излучение это
Излучение часто классифицируется как ионизирующее или неионизирующее в зависимости от энергии излучаемых частиц. Большая часть ионизирующего излучения исходит от радиоактивных материалов и космоса космических лучей и, как таковая, естественным образом присутствует в окружающей среде, поскольку большинство камней и почвы содержат небольшие концентрации радиоактивных материалов. При этом в работе используется дозиметр бета излучения, который позволяет отслеживать количество частиц и их безопасность для человека. Фотон недостаточно энергичны, чтобы отделить электроны от атомов или молекул и, следовательно, вызвать их ионизацию. Она может привести к нарушению метаболизма в клетке и в дальнейшем к её смерти.
Оставьте свой телефон и наши специалисты проконсультируют вас по измерению радиации. Защита от b-излучения необходима потому, что оно может оказывать негативное влияние на организм человека. Так оно может стать причиной ожогов кожи и глаз.
Попадая внутрь организма, оно провоцирует отмирание клеток и отравление организма токсичными веществами. Так как у этого вида излучения средняя проникающая способность, то для его воздействия на организм даже не нужно непосредственного контакта с источником излучения. Это особенно опасно, ведь чем больше интенсивность и дольше идет воздействие на организм, тем более серьезные последствия для человека. На самом деле организм человека уже привык к воздействию этих частиц, так как они встречаются в природе, хотя и не в чистом виде.
Есть и способы, которые позволяют обезопасить себя от такого негативного влияния. Чаще всего они используются теми, кто работает с такого рода излучениями. Также важно проводить измерение бета излучения, чтобы значения оставались в пределах допустимых.
Если же облучение произошло, то немедленно необходимо добраться до безопасной зоны, тщательно вымыться и сменить одежду. Лучше всего обратиться к специалисту, чтобы пройти обследования даже если нет заметных симптомов.
Закажите бесплатную консультацию эколога. Средние потери энергии электроном при прохождении слоя простого вещества, можно выразить следующей формулой, открытой Ландау [5] :.
Однако, применять эту формулу к реальным бета-частицам стоит с осторожностью, потому что она описывает монохромный пучок электронов, а в естественном их пучке всегда существуют электроны различных энергий, которые будут тормозиться с разной скоростью. При взаимодействии с ядром электроны могут однократно или многократно рассеиваться в кулоновском поле ядра.
Особенностью бета-частиц является то, что, из-за малой массы, при рассеянии их импульс может сильно меняться, что приводит к тормозному излучению. Для высокоэнергетических электронов такое излучение является более значимым каналом потери энергии [6].
Излучённые гамма-кванты могут, в свою очередь, также выбивать электроны, что приводит к образованию каскадов электронов в веществе. Энергия бета-частиц, при которой потери на излучение уравниваются с ионизационными потерями называется критической энергией. В зависимости от вещества, критическая энергия может принимать значения от 83 МэВ воздух до 7 МэВ свинец — таким образом, поскольку энергия частиц, образующихся при бета-распаде, редко превышает 5 МэВ, этот канал не является основным.
Благодаря рассеянию на ядрах, бета-частицы сильно меняют направление своего движения: средний угол отклонения бета-частицы пропорционален квадратному корню из толщины пройденного слоя вещества, а при достаточно толстом слое, говорить о направлении движения электронов уже нельзя, а их перемещение больше напоминает диффузию [5]. Поскольку скорости бета-частиц, как правило, близки к скорости света, при попадании в прозрачную среду они движутся быстрее, чем свет в этой среде, что приводит к возникновению черенковского излучения.
Такое излучение характерно, например, для ядерных реакторов, использующих воду в качестве замедлителя нейтронов. Этот явление называется обратным рассеянием.
Часть частиц, отразившихся на большие углы после падения на поверхность вещества называется коэффициентом обратного рассеяния.
Этот коэффициент качественно зависит от атомного номера вещества, энергии падающих частиц и толщины слоя вещества следующим образом [5] :. Основным способом детектирования бета-частиц является измерение создаваемой ими ионизации [5]. Для детектирования частиц сравнительно небольших энергий наиболее распространены газонаполненные счётчики такие как счетчик Гейгера — Мюллера или твёрдотельные счётчики. Для детектирования электронов более высоких энергий используются счётчики, фиксирующие черенковское излучения , создаваемого быстрыми частицами.
Бета-частицы используются в медицине — облучение электронами, образующимися при бета-распаде. Бета-терапия является разновидностью лучевой терапии , и используется для лечения опухолей и других патологических изменений в тканях.
Существует несколько форм бета-терапии: излучающие аппликаторы могут прикладываться к пораженным участкам тела, или же растворы, содержащие в себе излучающие изотопы могут вводиться внутриполостно [8]. С помощью явления обратного рассеяния можно очень точно определять толщину тонких слоёв вещества, таких как бумага — до некоторого значения, количество отраженных электронов возрастает пропорционально толщине слоя вещества.
Также, такие измерения можно проводить, замерив долю бета-частиц, поглощённых веществом [9]. С помощью обратного рассеяния можно, также, измерять толщину покрытия, не повреждая его [5].
Поскольку бета-частицы вызывают свечение при попадании на поверхность, покрытую люминофором , они используются для создания очень долговечных источников освещения: для этого небольшое количество излучающего изотопа например, трития наносят на поверхность, которая будет служить источником света, и дополнительно покрывают люминофором.
Бета-частицы, излучаемые изотопом, заставляют поверхность светиться в течение десятков лет. Таким образом часто подсвечиваются стрелки часов и других приборов [10]. Бета-частицы хорошо задерживаются одеждой, поэтому опасность представляют, в первую очередь, при попадании на кожу или внутрь организма. Так, после чернобыльской катастрофы люди получали бета-ожоги ног, потому что ходили босиком [7].
Основным фактором влияния бета-излучения на организм является создаваемая им ионизация. Она может привести к нарушению метаболизма в клетке и в дальнейшем к её смерти. Ионизация происходит, когда электрон вырывается или «выбивается» из электронной оболочки атома, таким образом что оставляет атом с чистым положительным зарядом.
Поскольку живые клетки и, что более важно, ДНК в этих клетках могут быть повреждены этой ионизацией, считается, что воздействие ионизирующего излучения увеличивает риск развития рака. Таким образом, «ионизирующее излучение» несколько искусственно отделено от излучения частиц и электромагнитного излучения просто из-за его огромного потенциала для биологического повреждения.
В то время как отдельная клетка состоит из триллионов атомов, только небольшая их часть будет ионизирована при низкой или средней мощности излучения. Вероятность того, что ионизирующее излучение вызовет рак, зависит от поглощенной дозы облучения и зависит от тенденции к повреждению от типа излучения и чувствительности облученного организма или ткани эффективная доза. Если источником ионизирующего излучения является радиоактивный материал или ядерный процесс, такой как деление или синтез ядер, то необходимо рассмотреть вопрос об излучении частиц.
Излучение частиц представляет собой излучение субатомной частицы, ускоренной ядерными реакциями до релятивистских скоростей. Из-за их импульсов они вполне способны выбивать электроны и ионизировать материалы, но, поскольку большинство из них имеют электрический заряд, они не обладают проникающей способностью ионизирующего излучения.
Исключение составляют нейтральные частицы; смотри ниже. Существует несколько видов этих частиц, но большинство из них — это альфа-частицы , бета-частицы , нейтроны и протоны. Грубо говоря, фотоны и частицы с энергией выше примерно 10 электрон-вольт эВ — ионизирущие некоторые авторитеты используют энергию 33 эВ, соответствующую энергии ионизации для воды. Излучение частиц от радиоактивного материала или космических лучей почти всегда несет достаточно энергии для ионизации.
Большая часть ионизирующего излучения исходит от радиоактивных материалов и космоса космических лучей и, как таковая, естественным образом присутствует в окружающей среде, поскольку большинство камней и почвы содержат небольшие концентрации радиоактивных материалов. Поскольку это излучение невидимо и не может быть непосредственно обнаружено человеческими чувствами, такие приборы, как счетчики Гейгера , обычно требуются для обнаружения его присутствия.
В некоторых случаях это может привести к вторичной эмиссии видимого света при его взаимодействии с веществом, как в случае черенковского излучения и радиолюминесценции.
Ионизирующее излучение имеет множество практических применений в медицине, исследованиях и строительстве, но представляет опасность для здоровья при неправильном использовании. Воздействие радиации приводит к повреждению живой ткани; высокие дозы приводят к острой лучевой болезни с ожогами кожи, выпадением волос, органической недостаточности и смертью, в то время как любая доза может привести к увеличению вероятности рака и генетическим повреждениям ; особой формы рака, рака щитовидной железы , часто возникает, когда ядерное оружие и реакторы являются источником излучения из-за биологической активности радиоактивного продукта деления йода , йода [4].
Тем не менее расчет точного риска и вероятности образования рака в клетках, вызванного ионизирующим излучением, до сих пор не совсем понятен, и в настоящее время оценки неточно определяются по популяционным данным основанных на атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и из последующих событий ядерных аварий, таких как чернобыльская катастрофа , Авария на АЭС Фукусима Фукусимская катастрофа.
Международная комиссия по радиологической защите заявляет, что «Комиссия осведомлена о неопределенности и недостаточной точности моделей и значений параметров», «Коллективная эффективная доза не предназначена в качестве инструмента для оценки эпидемиологического риска, и её нецелесообразно использовать в прогнозах риска» и, «в частности, следует избегать расчета числа случаев смерти от рака на основе коллективных эффективных доз из простых индивидуальных доз» [5].
Ультрафиолет с длиной волны от 10 нм до нм ионизирует молекулы воздуха, в результате чего он сильно поглощается воздухом и озоном O 3 в частности. Поэтому ионизирующее ультрафиолетовое излучение не проникает в атмосферу Земли в значительной степени и иногда называется вакуумным ультрафиолетом. Хотя эта часть УФ-спектра и присутствует в космосе, она не имеет биологического значения, поскольку не достигает живых организмов на Земле. Этот так называемый озоновый слой начинается примерно на высоте 32 км от поверхности и простирается в высоту.
Часть ультрафиолетового спектра, который достигает земли часть, которая обладает энергией выше 3,1 эВ, что соответствует длины волны менее нм не ионизирует, но все ещё биологически опасен из-за способности отдельных фотонов этой энергии вызывать электронное возбуждение в биологических молекулах и, таким образом, повреждать их посредством нежелательных реакций. Примером является образование димеров пиримидина в ДНК, которое начинается на длинах волн меньше нм 3,4 эВ , что значительно ниже энергии ионизации.
Это свойство дает ультрафиолетовому спектру некоторые характеристики ионизирующего излучения в биологических системах без реальной ионизации. Напротив, видимый свет и длинноволновое электромагнитное излучение, такое как инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны, состоят из фотонов со слишком малой энергией, чтобы вызвать повреждающее молекулярное возбуждение, и, таким образом, это излучение намного менее опасно на единицу энергии.
Когда рентгеновский фотон сталкивается с атомом, атом может поглощать энергию фотона и поднять электрон на более высокий уровень или, если фотон очень энергичен, он может полностью выбить электрон из атома, вызывая ионизацию атома.
Как правило, более крупные атомы с большей вероятностью поглощают рентгеновский фотон, поскольку они имеют большие различия в энергии между электронами на разных уровнях.
Мягкие ткани в организме человека состоят из атомов меньшего размера, чем атом кальция, из которых состоит кость, следовательно, существует контраст в поглощении рентгеновских лучей. Рентгеновские аппараты специально разработаны для использования разницы в абсорбции кости и мягких тканей, что позволяет врачам исследовать структуру человеческого тела.
Рентгеновские лучи также полностью поглощаются толщиной земной атмосферы, что приводит к предотвращению попадания солнечного излучения в рентгеновских лучах, меньшего по количеству, чем ультрафиолетовое излучение, но тем не менее мощного, к поверхности. Гамма-излучение — это ядерный процесс, который происходит, чтобы избавить нестабильное ядро от избыточной энергии после большинства ядерных реакций. Как альфа, так и бета частицы имеют электрический заряд и массу, и, таким образом, вполне вероятно, что они взаимодействуют с другими атомами на своем пути.
Гамма-излучение, однако, состоит из фотонов, которые не имеют ни массы, ни электрического заряда и, как следствие, проникают через вещество гораздо глубже, чем альфа- или бета-излучение. Гамма-лучи могут быть остановлены достаточно толстым или плотным слоем материала, где тормозная способность материала в данной области частот зависит в основном но не полностью от общей массы на пути излучения, независимо от того, обладает ли материал высокой или низкой плотностью.
Атмосфера поглощает все гамма-лучи, приближающиеся к Земле из космоса. Даже воздух способен поглощать гамма-лучи, вдвое уменьшая энергию таких волн, проходя в среднем м.
Альфа-частицы — это ядра гелий-4 два протона и два нейтрона. Они сильно взаимодействуют с веществом благодаря своим зарядам и общей массе, и с их обычными скоростями проникают лишь на несколько сантиметров воздуха или несколько миллиметров материала низкой плотности например, тонкую слюдяную пластину, специально помещают в некоторые трубки Гейгера, чтобы не задерживать их и позволить детектировать. Это означает, что альфа-частицы от обычного альфа-распада не проникают во внешние слои мертвых клеток кожи и не вызывают повреждения живых тканей глубже.
Однако они представляют опасность только для космонавтов, поскольку они отклоняются магнитным полем Земли и затем останавливаются её атмосферой.
Альфа-излучение опасно, когда альфа-излучающие радиоизотопы попадают в организм, вдыхаются или проглатываются. Это приближает радиоизотоп достаточно близко к чувствительной живой ткани, чтобы альфа-излучение могло повредить клетки.
На единицу энергии альфа-частицы как минимум в 20 раз более эффективны при повреждении клеток, чем гамма- и рентгеновские лучи. Смотрите относительную биологическую эффективность для обсуждения этого эффекта. Примерами очень ядовитых альфа-излучателей являются все изотопы радия , радона и полония , из-за количества распадов, которые происходят в этих материалах с коротким периодом полураспада.
Это более проникающее, чем альфа-излучение, но менее, чем гамма. Бета-излучение от радиоактивного распада может быть остановлено с помощью нескольких сантиметров пластика или нескольких миллиметров металла. Оно возникает, когда нейтрон распадается на протон в ядре, высвобождая бета-частицу и антинейтрино. Бета-излучение от линейного ускорителя гораздо более энергетичное и проникающее, чем естественное бета-излучение.
Иногда оно используется терапевтически, а именно в лучевой терапии для лечения поверхностных опухолей. Когда позитрон замедляется до скоростей, аналогичных скоростям электронов в материале, позитрон аннигилирует с электроном, высвобождая при этом процессе два гамма-фотона с энергией кэВ.
Эти два гамма-фотона будут путешествовать в приблизительно противоположных направлениях. Гамма-излучение от аннигиляции позитронов состоит из фотонов высокой энергии, и также является ионизирующим. Нейтроны классифицируются в соответствии с их скоростью или энергией. Нейтронное излучение состоит из свободных нейтронов. Эти нейтроны могут испускаться во время самопроизвольного или индуцированного ядерного деления. Нейтроны — это редкие частицы излучения; они производятся в больших количествах только там, где активны реакции деления или синтеза цепной реакции ; это происходит в течение примерно 10 микросекунд при термоядерном взрыве или постоянно внутри работающего ядерного реактора; производство нейтронов в реакторе практически сразу прекращается, когда масса ядерного топлива становится некритической.
Нейтроны — это единственный тип ионизирующего излучения, которое может сделать другие объекты или материалы радиоактивными. Этот процесс, называемый нейтронной активацией, и является основным методом, используемым для производства радиоактивных источников для медицинских, научных и промышленных целей. Даже сравнительно низкоэнергетические тепловые нейтроны вызывают активацию нейтронов фактически, они вызывают её более эффективно чем быстрые.
Нейтроны не ионизируют атомы так же, как заряженные частицы, такие как протоны и электроны путем возбуждения электрона , потому что нейтроны не имеют заряда. Именно благодаря их поглощению ядрами, которые затем становятся нестабильными, они вызывают ионизацию. Следовательно, нейтроны считаются «косвенно ионизирующими». Даже нейтроны без значительной кинетической энергии косвенно ионизируют вещество и, таким образом, представляют значительную радиационную опасность. Не все материалы способны к нейтронной активации; например, в воде наиболее распространенные изотопы присутствующих атомов обоих типов водород и кислород захватывают нейтроны и становятся тяжелее, но остаются относительно стабильными формами этих атомов.
Только поглощение более чем одного нейтрона — статистически редкое явление — может активировать атом водорода, в то время как кислород требует двух дополнительных поглощений. Таким образом, вода обладает очень слабой способностью к активации. Соли натрия как в морской воде , с другой стороны, должны поглощать только один нейтрон, чтобы стать Na, который является очень интенсивным источником бета-распада, с периодом полураспада 15 часов.
Кроме того, высокоэнергетические высокоскоростные нейтроны обладают способностью непосредственно ионизировать атомы. Один механизм, посредством которого нейтроны высокой энергии ионизируют атомы, состоит в том, чтобы ударить ядро атома и выбить атом из молекулы, оставляя один или несколько электронов позади, разрушая химическую связь. Это приводит к образованию химических свободных радикалов.
Кроме того, нейтроны очень высокой энергии могут вызывать ионизирующее излучение в результате «расщепления нейтронов» или выбивания, при котором нейтроны вызывают выброс протонов высоких энергий из атомных ядер особенно ядер водорода при ударе. Последний процесс передает большую часть энергии нейтрона протону, так же, как один бильярдный шар ударяется о другой. Заряженные протоны и другие продукты таких реакций вызывают прямую ионизацию.
Нейтроны высокой энергии обладают высокой проникающей способностью и могут путешествовать на большие расстояния в воздухе сотни или даже тысячи метров и умеренные расстояния несколько метров в обычных твердых телах.
Как правило, они требуют экранирования веществом, обогащенного водородом, такого как бетон или вода, чтобы блокировать их пробег на расстояниях менее метра. Обычный источник нейтронного излучения находится внутри ядерного реактора , где в качестве эффективного экранирования используется слой воды толщиной в несколько метров. Существует два источника частиц высокой энергии, попадающих в атмосферу Земли из космоса: Солнце и дальний космос.
Солнце непрерывно испускает частицы, в первую очередь свободные протоны в солнечном ветре и иногда значительно увеличивает поток с выбросами корональной массы. Частицы из дальнего космоса меж- и внегалактические встречаются гораздо реже, но имеют гораздо более высокие энергии.
