Что такое радиация или радиоактивное излучение? Это комплексный поток субатомных частиц и квантов энергии с определенными параметрами. Есть разные виды распада и от этого зависит какой из вариантов радиоактивного излучения мы будем наблюдать. Но при всём при этом, есть одна прописная истина, которая работает для всего и которая вам известна - свинец является эффективным экраном, который не пропускает ни один из видов радиации.
Как работает свинец? История довольно долгая и мы уйдём от темы статьи, но эти знания необходимы для осознанного выбора другого материала-экрана.
Свинец - очень плотный материал. Плотность его значительно выше, чем у многих других распространенных материалов. Это означает, что в одном и том же объеме свинца содержится гораздо больше атомов, чем в том же объеме менее плотного материала. При этом атомный номер свинца высокий. Это означает, что в его ядре содержится 82 протона и большое количество нейтронов. При попадании радиации на свинцовый лист происходит много интересных эффектов, но все они сводятся к одной ключевой мысли.
Чем больше протонов и нейтронов в ядре, тем сильнее взаимодействие с проходящими заряженными частицами и квантами энергии. Поэтому, высокая плотность и большой вес ядра нам на руку.
А теперь дойдите до крана и включите воду. На удивление, этот материал демонстрирует довольно высокую эффективность в экранировании радиоактивного излучения. Но если сравнить параметры атомов свинца и молекулу воду, то возникает резонный вопрос... Как это вообще работает? Вода и не такая плотная, и масса молекулы не то, чтобы большая.
Да, вы правы, работает это и используется на практике только благодаря одному из важных параметров, который присущ воде. Даже двум, если быть точным. Вода плотная на фоне многих других материалов и дешевая. Можно взять большое количество воды и эффективно заполнить им некоторый отсек, причём добиться абсолютный герметичности. Этот приём активно используется в научной деятельности. При этом можно использовать негласное соотношение для гамма-лучей - 1 см свинца, эквивалентен 11 см воды.
Механизм взаимодействия воды с радиацией аналогичен ситуации со свинцом, которую мы свели к двум строчкам. Частицы встречают атомы вещества на своем пути и взаимодействуют с ними, испытывая поглощение, рассеивание или изменение параметров.
Впрочем, кое в чём вода превосходит свойства свинца. Вода гораздо более эффективна для экранирования нейтронного излучения. Нейтроны лучше всего замедляются легкими ядрами, такими как ядра водорода в воде. Замедленные нейтроны затем могут быть поглощены другими материалами (например, бором, который часто добавляют в воду или бетон для нейтронной защиты). Свинец имеет тяжелые ядра и не так эффективен для замедления нейтронов. Ему некуда их присоединять. Ну и это свойство воды было активно использовано.
Вы видели, как работает детектор нейтрино? Это огромный подземный бассейн, заполненный водой и множество сканеров вокруг него. Нейтрино попадают в воду и инициируют вспышки. Вспышки детектируются и считаются подтверждением существования нейтрино. Заметьте, именно вода используется в этом случае.
Так что вода демонстрирует интересный свойства ещё и в этом. Вы наверняка уже заметили, что вода - она и универсальный растворитель, и имеет аномалию плотности, и вот ещё эффективна для экранирования. Впрочем, есть и другие свойства, которые я обязательно разберу на канале! Так что не забывайте подписаться, чтобы не пропустить.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!