Перед созданием этой статьи я естественно ознакомился со множеством других статей и видео на эту тему. Везде все рассказывают и показывают ну очень интересно. Даже самому слаборазбирающемуся человеку, ни разу не сталкивавшемуся с радиацией в своей жизни, прочитав эти статьи или просмотрев эти видео, станет понятно процентов на 70, что же это за физическое явление.
Но я, как человек более или менее разбирающийся в сути дела, в каждом видео или статье, то и дело подмечал недостатки или неполное изложение материала. Поэтому собрав воедино общую картину, решил создать собственную познавательную статью о радиации (в скором времени и видео), которая учитывала бы ошибки, недочёты и недосказанность всех существующих источников информации. С этой статьи вообще бы стоило начать всё изучение радиоактивных мест и самого явления. Но тем не менее, как есть!
Радиация - это ионизирующее излучение. То есть такое излучение, которое способно придавать заряд атомам и молекулам, нарушая их равновесие между ядром и движущимися вокруг него электронами. Другими словами радиация - это поток заряженных частиц и квантов энергии, влияющих своим действием на атомы и молекулы веществ, ионизируя их.
Из школьных курсов физики и химии вы знаете, что все вещества состоят из молекул. А молекулы состоят из атомов. Атомы, из ядра, и движущихся по своим орбитам, электронов. Причём движение электронов происходит вокруг ядра. Наглядным примером строения атома, является наша солнечная система, где солнце - это ядро атома, а движущиеся планеты вокруг солнца - это электроны.
Только у электронов, в отличие от планет, траектория их движения описывает сферу, или восьмёрку, или двойную восьмёрку и так далее.
Строение атома и молекул из атомов - это образования весьма стабильные у большинства элементов в периодической таблице Дмитрия Ивановича Менделеева.
Но есть элементы, атомы которых, находятся в нестабильном состоянии, или ещё говорят в возбуждённом. Эти элементы стараются прийти в стабильное состояние. Но для этого им нужно избавиться от лишнего. Сбросить балласт, если можно так выразиться. И ядро атома или атом избавляется от него, испуская заряженные частицы и выпуская пар в виде энергии. Тем самым, в результате разных видов распада ядер атомов нестабильных элементов образуются новые элементы. Которые в свою очередь могут быть радиоактивными или стабильными. Такие элементы, образовавшиеся в результате распада, называются - дочерние продукты распада (ДПР).
Радиоактивность - самопроизвольный распад ядер некоторых элементов, сопровождающийся испусканием заряженных (редко нейтральных) частиц и энергии в виде гамма-квантов.
Чувствуете, я хожу вокруг, да около? Не сердитесь, так оно есть.
Давайте лучше разберёмся, что же может сбрасывать ядро атома, как ненужное? Но для этого вспомним, из чего же оно состоит?
Ядро атома состоит из протонов (с положительным зарядом) и нейтронов (не имеющих вообще никакого заряда, но имеющих массу). Общее число протонов и нейтронов называется - нуклонами. Количество протонов в ядре определяет химический элемент в таблице Менделеева, а количество нейтронов их изотопы. Так нуклоны вместе и живут в ядре, правда в стабильном. В нестабильном (или в возбуждённом) ядре нейтронов или протонов излишек, который мешает жить ядру спокойно. Поэтому ядро избавляется от них двумя основными видами радиоактивного распада - альфа и бета. Все вы их знаете или когда-то слышали про них.
Вот ведь хитрое ядро атома, как-будто имеет свой разум и знает, ведь, что нужно делать!
Рассмотрим первый вид радиоактивного распада - это Альфа-распад и Альфа-излучение.
При альфа-распаде ядро атома испускает альфа-частицы, которые по своему составу похожи на ядра атома гелия и заряжены положительно. Состоят из двух протонов и двух нейтронов. Частицы большие и очень тяжёлые, с огромной энергией и способностью к ионизации, но малой проникающей способностью. Даже в такой среде, как воздух, пробег альфа-частиц не превышает 3-8 сантиметров от поверхности излучения. Альфа-распад происходит у разных элементов либо с сопровождением характеристического гамма-излучения (пример распад америция 241), либо без такового (пример распад плутония 238). Теряя энергию на возбуждение или ионизацию атомов веществ или газов, альфа-частица остаётся в воздухе или в другом веществе в виде свободной частицы, присоединяет себе 1 или 2 электрона и становится гелием.
Альфа-излучение легко задерживается листом бумаги. И внешнее его излучение малоопасно при малых дозах (за исключением случая радиационной аварии или радиационного загрязнения). Но при попадании альфа-активного вещества внутрь человека (например, с воздухом в лёгкие или с едой в желудок и пищеварительный тракт, в открытые раны) оно способно нанести непоправимый ущерб здоровью даже при малых дозах облучения, вплоть до летального исхода. Кожа человека готова к любым механическим воздействиям, в том числе и лучевым, конечно в определённой степени. Но вот слизистые оболочки вообще никак не готовы к повреждению такого плана. Поэтому ущерб здоровью человека от альфа-излучения огромен, при определённых условиях. Вглубь живой ткани или иных веществ альфа-частички проникают слабо, но из-за их размеров и энергии, площадной ущерб биологической ткани будет существенным и намного большим, чем от других видов радиоактивного излучения.
Так же будут получать свой ущерб или дозу другие вещества и материалы, находящиеся в поле действия данного вида излучения. Но они нас интересуют в меньшей степени.
Для измерения потока альфа-частиц применяют дозиметры-радиометры, или радиометры, с очень чувствительными счётчиками Гейгера-Мюллера, например, такие как Радекс РД 1008, Радиаскан 701, РУП 1, МКС и т.д., либо применяют поисковые сцинтилляторы или спектрометры для спектрального анализа.
Единица измерения альфа-потока представлена в виде выражения а-частиц/см² × мин. Единица альфа-активности радионуклида - Беккерель (Бк), либо Кюри (Ки).
Далеко не в каждой книге или видео рассказывают про единицу измерения альфа-излучения или альфа-потока. В обычной жизни поток альфа-частиц, или норма, не должна превышать 5 альфа-частиц/см² × мин. А за счёт погрешности измерений некоторых дозиметров-радиометров в принципе равна нулю. Это связано с тем, что вещества альфа-излучатели, точнее их атомы и частички рапределены равномерно в окружающей нас среде, предметах и в нас самих.
Второй вид радиоактивного распада - это бета-распад, и связанное с этим бета-излучение.
Существует несколько видов радиоактивного бета-распада:
Первый вид - это позитронный бета (плюс+) распад;
Второй вид - это электронный бета (минус-) распад;
Третий вид - это к-захват электрона;
При позитронном бета (плюс+) распаде , протон в ядре, превращаясь в нейтрон, испускает позитрон и нейтрино. И элемент перемещается по таблице Менделеева на одну клетку влево.
При электронном бета минус-распаде, нейтрон в ядре, превращаясь в протон, испускает электрон и антинейтрино. И элемент перемещается по таблице Менделеева на одну клетку вправо.
К - захват. Этот вид распада характерен для атомов элементов с большим количеством протонов в ядре. При этом распаде, ядро атома захватывает ближайший к нему электрон с к-орбитали. При взаимодействии падающего электрона с протоном ядра получается нейтрон и моноэнергитичное нейтрино. Свободное место на к-орбитали электрона занимают другие электроны, находящиеся на более высоких орбиталях. Происходит их лавинообразное смещение. При этом, энергия этих переходов редко испускается в виде характеристического гамма-излучения. Чаще всего передаётся ядру, а ядро, эту энергию, передаёт электрону, находящемуся на последней внешней орбите, и тот просто вылетает из атома.
Тем не менее, при любом виде бета-распада дозиметр (дозиметр-радиометр) или сцинтилляционный аппарат регистрирует только заряженные частицы, (то есть позитроны и электроны) и ведут подсчёт бета-потока.
Бета-частички намного меньше альфа-частиц, поэтому проникающая способность бета-излучения в различные вещества гораздо выше, по сравнению с альфа-излучением. К примеру, проникающая способность бета-излучения в коже составляет 1-2 сантиметра. При этом пробег бета-частиц в воздухе, от поверхности излучения до любой точки в пространстве может составлять от 2 сантиметров до 8 метров. В зависимости от энергии, полученной от ядра, или атома, при бета-распаде.
Если альфа-излучение действует практически только на поверхности, то бета-излучение ещё и в глубь. Бета-частички, при одноимённом распаде, так же имеют скорость приблизительно равную скорости света. Поэтому, так же, как и в случае с альфа-излучением, бета-частицы сталкиваясь с молекулами и атомами различных веществ, на почти световых скоростях, при поглощении энергии частицы веществом, будут возбуждать и повышать его температуру. Или, выбивая электроны с орбит атомов веществ, будут ионизировать их.
Бета-распад, так же может сопровождаться, в некоторых случаях, образованием характеристического гамма-излучения, но не всегда. Пример образование гамма-излучения, при бета-распаде, хорошо иллюстрирует распад цезия 137.
Распад стронция 90, это пример бета-распада, без испускания гамма-излучения.
После того, как бета-частичка растратит свою энергию на ионизацию или возбуждение вещества, она остаётся в нём, как свободная частица. И её могут захватить различные атомы на свою орбиту.
Для измерения потока бета-частиц используют, дозиметры-радиометры, или радиометры, с различными счётчиками Гейгера-Мюллера, как газоразрядные типа СБМ-20, так и слюдяные торцевые, и высокочувствительные сцинтилляторы и спектрометры, для определения вещества-излучателя (Припять РКС, Стора-ТУ, ИМД, ДП-5, Радиаскан 701, Радекс и т.д.).
Единица измерения бета-потока представлена в виде выражения: бета-частиц/см² × мин. (либо в секунду). Если измеряется бета-активность радионуклида, то единица измерения Беккерель или Кюри. (Бк или Ки). В нашей обычной жизни норма по бета-излучению не должна превышать 10-15 бета-частиц/ сантиметр квадратный × минуту. Это обуславливается тем, что в земле, камнях, деревьях и в нас находятся, равномерно распределённые радиоактивные элементы бета-излучатели. Их больше чем альфа-излучателей, поэтому и норма такова.
Ну и наконец третий вид излучения. Он стоит особняком от первых двух. Гамма-распад и гамма-излучение. Происходит этот вид распада в основном при реакциях деления, а в природе в чистом виде не встречается. При этом в окружающую среду испускается энергия ядра в виде жёсткого электромагнитного излучения, которое и было названо гамма-лучами. Но так же гамма-излучение испускается атомами или их ядрами при различных энергетических переходах и превращениях. Тогда оно называется характеристическим гамма-излучением. Как рассматривалось выше, оно сопровождает альфа- и бета-распад.
Норма радиационного фона находится в пределах от 8 до 12 мкР/ч (0,08-0,12 мкЗв/ч) и не должна превышать 20 мкР/ч (0,20 мкЗв/ч).
Гамма-излучение - это электромагнитная волна короткой длины и высокой частоты. Поэтому гамма-фотоны, или гамма-кванты, проявляют свойства элементарных частиц, хотя по сути ими не являются. Ну, а так как, гамма-лучи не частицы, а электромагнитные волны, то так же, как и электромагнитные волны других длин и частот, обладают высокой проникающей способностью в любые вещества. При этом поглощение энергии атомами веществ и (или) их ионизация проходит на всём пути пробега одного гамма-луча. Гамма-излучение воздействует на вещества в основном разрушая связи между атомами и молекулами (электронами и ядром атома). Ввиду чего появляются свободные радикалы и ионы, способные принести вред организму.
Стоит заострить внимание на проникающей способности гамма-излучения, или пробега в веществах. Она ограничивается энергией, полученной при гамма-распаде от ядра (например, при цепной реакции деления), или при переходе атома или электронов ядра с одного энергетического уровня на другой (на стабильный). Гамма-фотоны или гамма-кванты легко проникают через все вещества, передавая энергию атомам, ионизируя их, либо переводя в возбуждённое состояние на всём пути прохождения. По площади, поглощение энергии и ионизация вещества проходят ещё меньше, чем у бета-излучения. Зато в глубину проникновения гамма-излучение действует, практически, без ограничения. Ограничение по проникновению в вещества составляет лишь толщина и свойства материала, подверженного гамма-излучению, и энергия самого гамма-излучения.
Применительно к биологической ткани гамма-излучение действует так же, как описано чуть ранее. А при больших мощностях доз (порядка десятков рентген в час), будет повышаться температура облучаемого участка тела. В результате чего, клетки, либо отмирают через определённое время, либо работают неправильно, тем самым нанося вред организму.
Тут стоит отметить, что у любого живого организма существует механизм защиты и восстановления от любого вида радиоактивного излучения. Этот механизм нарабатывался веками, а то и тысячелетиями. Потому, как все мы живём под постоянным воздействием различных радиоактивных излучений.
Радиоактивное излучение действует по-разному на живые организмы в зависимости от сложности строения их тел. Меньше всего чувствуют вред от радиации простейшие живые организмы - бактерии и вирусы. Но чем сложнее устроен организм, тем пагубнее влияние радиоактивного излучения. Вреднее всего, в этом плане, сказывается действие радиации на здоровье человека. Потому как мы - высокоорганизованные живые организмы. Но и тут не стоит унывать, как я уже говорил, наш организм способен справиться с последствиями радиоактивного облучения в известных допустимых дозах. Есть, конечно, степени облучения, не поддающиеся лечению, либо частично поддающиеся. Организм медленно умрёт, либо восстановится не в полном объёме, с гарантированной инвалидностью (См. статью "Радиофобия. Лучевая болезнь." ссылка https://zen.yandex.ru/media/grpm/radiofobiia-luchevaia-bolezn-5d4b59b56f5f6f00adeaa7b3 - примечание Автора). Но в малых дозах, радиоактивное излучение даже способствует мобилизации иммунитета и регенерационных процессов. Только в этом случае, относительно полезная дозовая нагрузка на человека строго индивидуальна. Поэтому усреднённую повышенную дозу сложно вычислить для всех. Вот никто и не берётся. Хотя у специалистов есть, вполне конкретные, наблюдения в этом вопросе. С открытием в начале ХХ века радиации и радиоактивных материалов, их стали применять практически везде. Причём, между радиоактивностью и чудом, разницы особенно не видели. Активные изотопы радия и тория добавляли в иглы, светящиеся приборы, зубную пасту, косметику, лекарства, биологически активные добавки, минеральные воды, посуду и многое другое.
Тогда ещё никто не знал про теневую сторону этого явления.
Приборы для измерения мощности дозы гамма- и рентгеновского излучения это любые дозиметры, индикаторы радиоактивности, дозиметры-радиометры, радиометры, рентгенметры, сцинтилляторы и спектрометры. Единицы измерения мощности дозы гамма- и рентгеновского излучения: Рентген в час, Рад в час, Грей в час, Зиверт в час, БЭР в час. Единица активности гамма-излучения всё та же, Беккерель (Бк) или Кюри (Ки).
Почему столько много единиц измерения у гамма-излучения и какие единицы измерения дозы, вы узнаете из следующей статьи.
