Альфа, Бета, Гамма излучения

Федеральное агенство по образованию РФ

Тольяттинский государственный университет 

Кафедра: «Управление  промышленной и экологической безопасностью» 
 
 
 

Доклад

Тема: «Альфа, Бета, Гамма излучения» 
 
 
 
 
 
 
 

Студент: Жуков М.В.

Группа:   БТП-301

Преподаватель: Шапорева И.Л. 
 

г.Тольятти, 2010 
 

А́льфа-части́ца (α-частица), положительно заряженная частица, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия-4 (4He2+). Образуется при альфа-распаде ядер. При этом ядро может перейти в возбуждённое состояние, избыток энергии удаляется при выделении гамма-излучения. Однако вероятность перехода ядра при альфа-распаде на возбуждённый уровень, как правило, сильно подавлена, что связано с экспоненциальным уменьшением вероятности альфа-распада при уменьшении кинетической энергии излучаемых альфа-частиц. Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции; в первой искусственно вызванной ядерной реакции (Э. Резерфорд, 1919, превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы. Поток альфа-частиц называют альфа-лучами.

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную  кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ. При движении альфа-частицы  в веществе она создаёт сильную  ионизацию и в результате очень  быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада, не хватает даже для преодоления  мёртвого слоя кожи, поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Однако проникновение альфа-активных радионуклидов внутрь тела, когда облучению подвергаются непосредственно ткани организма, весьма опасно для здоровья. Опасно для здоровья также внешнее облучение высокоэнергичными альфа-частицами, источником которых является ускоритель.

Альфа-частицы образуются также в результате ядерных реакций. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут  образоваться две альфа-частицы: 6Li+d → α+α. Альфа-частицы составляют существенную часть первичных космических  лучей; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия (из звёздных атмосфер и межзвёздного газа), некоторые  возникли в результате ядерных реакций  скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы  высоких энергий могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц.

Масса альфа-частицы  составляет 6,644656×10−27 кг, что эквивалентно энергии 3,72738 ГэВ.

Детектируются альфа-частицы  с помощью кремниевых pin-диодов и соответствующей усилительной электроники, а также с помощью трековых детекторов.

Бета-частица (β-частица), заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада. Поток бета-частиц называется бета-лучи или бета-излучение.

Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β−), положительно заряженные — позитронами (β+).

Свойства

Энергии бета-частиц распределены непрерывно от нуля до некоторой  максимальной энергии, зависящей от распадающегося изотопа; эта максимальная энергия лежит в диапазоне  от 2,5 кэВ (для рения-187) до десятков МэВ (для короткоживущих ядер, далёких  от линии бета-стабильности). 

Бета-лучи под действием  электрического и магнитного полей  отклоняются от прямолинейного направления. Скорость частиц в бета-лучах близка к скорости света. Бета-лучи способны ионизировать газы, вызывать химические реакции, люминесценцию, действовать на фотопластинки.

Радиоактивность

Значительные дозы внешнего бета-излучения могут вызвать лучевые ожоги кожи и привести к лучевой болезни. Ещё более опасно внутреннее облучение от бета-активных радионуклидов, попавших внутрь организма. Бета-излучение имеет значительно меньшую проникающую способность, чем гамма-излучение (однако на порядок большую, чем альфа-излучение). Слой любого вещества с поверхностной плотностью порядка 1 г/см2 (например, несколько миллиметров алюминия или несколько метров воздуха) практически полностью поглощает бета-частицы с энергией около 1 МэВ.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5×10−3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. Очевидно, физически кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Гамма-излучение  испускается при переходах между  возбуждёнными состояниями атомных  ядер (см. Изомерный переход, энергии  таких гамма-квантов лежат в  диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и  позитрона, распаде нейтрального пиона  и т.д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных  и электрических полях (см. Синхротронное  излучение).

Открыто Полем Виллардом в 1900 году при изучении излучения радия.

Физические  свойства

Гамма-лучи, в отличие  от α-лучей и β-лучей, не отклоняются электрическими и магнитными полями, характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

Фотоэффект (гамма-квант  поглощается электроном атомной  оболочки, передавая ему всю энергию  и ионизируя атом).

Комптоновское рассеяние (гамма-квант рассеивается на электроне, передавая ему часть своей  энергии).

Рождение электрон-позитронных  пар (в поле ядра гамма-квант с  энергией не ниже 2mec2=1,022 МэВ превращается в электрон и позитрон).

Фотоядерные процессы (при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра). 

Использование

Области применения гамма-излучения:

Гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами.

Консервирование пищевых  продуктов.

Стерилизация медицинских  материалов и оборудования.

Лучевая терапия.

Уровнемеры.

Гамма-каротаж в  геологии.

Гамма-высотомер, измерение  расстояния до поверхности при приземлении  спускаемых космических аппаратов.

Гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов  для увеличения срока хранения 

Детектирование

Зарегистрировать  гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газовых, полупроводниковых и т. д.). 

Биологические эффекты

Облучение гамма-квантами, в зависимости от дозы и продолжительности, может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором. 
 

Защита

Защитой от гамма-излучения  может служить слой вещества. Эффективность  защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).