Особенности и типы радиационного излучения

В конце XIX в. была открыта естественная радиоактивность некоторых элементов, сопровождающаяся излучением невидимых лучей. Рассмотрим кратко виды и характеристики различных излучений.

vidy-izlucheniy.jpg

Понятие и виды излучения

Как известно в 11 классе, внутренняя энергия вещества может передаваться с помощью контактной теплопередачи, конвекции и излучения.

teploperedacha-konvekciya-izluchenie-e1609727591728.png

Рис. 1. Теплопередача, конвекция, излучение.

Рассмотрим излучение — передачу энергии вещества, которая происходит на расстоянии. В зависимости от массы покоя носителя энергии, излучение можно разделить на:

  • излучение безмассовых фотонов;

Фотонное излучение

Фотоны можно считать чистыми квантами энергии. Они не имеют массы покоя, а это значит, что покоящихся фотонов не бывает: они всегда движутся со скоростью света и несут энергию. Поскольку свойства фотонов сильно меняются в зависимости от их частоты, этот вид излучения делится на:

  • радиоизлучение;
  • ИК-излучение;
  • видимое излучение;
  • УФ-излучение;
  • рентгеновское излучение;
  • γ-излучение.

От начала к концу этого списка у фотонов увеличивается частота и энергия. При этом уменьшаются волновые проявления и нарастают корпускулярные. Если диапазон радиоизлучения демонстрирует практически только свойства волны, то γ-излучение имеет такую малую длину волны, что волновые свойства у него обнаружить очень трудно.

Вследствие этого от начала к концу списка у фотонного излучения уменьшается способность огибания препятствий, но при этом увеличивается проникающая способность.

С большинством из этих видов излучения человек часто имеет дело и находит для них применение в жизни, в первую очередь в качестве источников света.

fizika-147461-shkala-elektromagnitnyh-izlucheniy.jpg

Рис. 2. Шкала электромагнитных излучений.

Радиоактивные виды излучения

С открытием радиоактивности выяснилось, что излучение может осуществляться частицами, имеющими массу. В первую очередь это α- и β- излучения, сопровождающие радиоактивный распад многих тяжелых элементов (при этом также излучаются и γ-кванты).

α-излучение — это поток тяжелых частиц, имеющих атомный вес 4 и заряд 2. То есть фактически каждая α-частица представляет собой ядро гелия.

Система из двух протонов и двух нейтронов оказывается очень устойчивой энергетически, поэтому при распаде тяжелых ядер наиболее «выгодно» отщепление не отдельных протонов и нейтронов, а вот таких систем. Именно поэтому α-радиоактивными являются практически все тяжелые ядра с массовым числом более 208.

β-излучение — это поток быстрых электронов. Такое излучение характерно для ядер с большим избытком нейтронов.

Избыток нейтронов позволяет ядрам быть устойчивыми к кулоновскому отталкиванию, поскольку нейтроны участвуют в сильном взаимодействии, скрепляющем ядро, при этом не участвуют в электромагнитном взаимодействии, разрывающим его. Однако нейтроны являются стабильными только в связке с протонами. Свободный нейтрон нестабилен и распадается на протон, электрон и антинейтрино. Так и происходит в ядрах, в которых существует большой избыток нейтронов.

Также существует и нейтронное излучение. Оно сопровождает спонтанный распад тяжелых ядер, поскольку в тяжелых ядрах имеется избыток нейтронов, который становится «лишним», для осколков. Однако, такое радиоактивное излучение — достаточно редкий процесс.

Можно составить таблицу видов излучений:

fizika-147461-tablica-vidov-izlucheniy.jpg

Рис. 3. Таблица видов излучений.

Что мы узнали?

Излучение — это передача энергии вещества, которая происходит на расстоянии. Наиболее часто оно осуществляется безмассовыми фотонами — квантами энергии. Существует также и радиоактивное излучение, осуществляющееся частицами, имеющими массу покоя.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Передача энергии вещества, осуществляемая на расстоянии, называется:</h3>

    • <label>конвекцией</label>
    • <label>теплопередачей</label>
    • <label>теплоприемом</label>
    • <label>излучением</label>

(новая вкладка)Содержание:

Под «радиацией» понимают любые разновидности излучений, существующих в природе. Радиоволны, солнечный свет, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение – это тоже радиация. Нейтронное, альфа-, бета-, гамма-излучения обладают наибольшей опасностью.

Что такое радиоактивность в физике

Любой атом имеет ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные заряженные частицы — электроны. 

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.

Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью. 

Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.

Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.

В физике существуют такие виды радиоактивного распада:

  • α-распад с выделением α-частицы;

  • β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;

  • γ-распад — излучение атомным ядром кванта ионизирующих лучей;

  • бесконтрольное деление ядра на осколки.

Альфа-излучение

Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия. 

Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.

Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение. 

Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.

Бета-излучение

Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.

Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.

Гамма-излучение

Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра. 

Возникает при:

  • распаде ядра;

  • переходе его из возбужденного состояния в стабильное;

  • взаимодействии ионов;

  • аннигиляции электрона и позитрона.

Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.

Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.

Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.

Нейтронное излучение

Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.

Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.

Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.

Рентгеновское излучение

Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.

Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.

Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.

Какое излучение самое опасное

Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию. 

Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.

Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.

В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.

Еще тесты

Читайте также

Равноускоренное движение — формулы и примеры задач с решениямиУчебные фильмы по физике для школьников — список обучающих и научно-популярных работУдельная теплота сгорания — формула, физический смысл и решение задачИстория изобретения радио — основные принципы работы, виды и значение открытия

11 класс

Пройдите тест по явлению ЭМИ!

Пройдите тест по природе света!

Электродинамика       

             Магнитное поле

                        Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Вихревое поле

                        Сила Ампера. Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель. Сила Лоренца

                        Электромагнитная индукция. Открытие ЭМИ. Магнитный поток

                        Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля

Магнитные свойства вещества

                         Уравнения Максвелла*

             Механические колебания

                        Свободные и вынужденные колебания. Условия возникновения колебаний

                        Динамика колебательного движения. Энергия колебательного движения

                        Сложение гармонических колебаний. Резонанс. Автоколебания

             Электромагнитные колебания

                        Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур

                        Переменный электрический ток. Активное, ёмкостное, индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

                        Электрический резонанс. Мощность в цепи с активным сопротивлением

                        Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. Производство, передача и использование электрической энергии

             Механические волны

                        Механические волны.  Длина волны. Скорость волны. Свойства волн

                        Звуковые волны. Звук. Эффект Допплера

             Электромагнитные волны

                        Электромагнитные волны. Экспериментальное обнаружение и свойства электромагнитных волн

                        Изобретение радио А.С. Поповым. Принцип радиосвязи. Модуляция и детектирование. Простейший детекторный приёмник

                        Распространение радиоволн. Радиолокация. Телевидение. Развитие средств связи

Оптика

             Геометрическая оптика

                        Развитие взглядов на природу света

                        Основные понятия геометрической оптики. Фотометрия

                        Принцип Гюйгенса и Ферма. Закон отражения. Закон преломления света. Полное отражение

                         Плоское зеркало. Сферическое зеркало

                                                                    Задачи на сферическое зеркало

             Линза 

                        Линза. Формула тонкой линзы

                        Построение изображений, даваемой линзой

                        Оптические приборы

             Волновая оптика

                        Скорость света

                        Дисперсия света. Интерференция света

                        Дифракция света. Дифракционная решётка

                        Поляризация света

Основы теории относительности

                        Законы электродинамики и принцип относительности

                        Постулаты теории относительности. Релятивисткой закон сложения скоростей

                        Зависимость массы тела от скорости его движения. Связь между массой и энергией

Основы квантовой физики

             Излучения и спектры

                        Виды излучений. Источники света

                        Спектры и спектральный анализ

                        Инфракрасное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение

                        Шкала электромагнитных излучений

             Световые кванты

                        Физические истоки квантовой теории

                        Теория фотоэффекта. Применение фотоэффекта

                        Фотоны. Давление света. Гипотеза де Бройля

             Атомная физика

                        Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома

                        Квантовые постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору

                        Атом водорода в квантовой механике

                        Вынужденное излучение света. Лазеры

                        Открытие радиоактивности. Альфа-, Бета-, гамма- излучения

                         Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений

                        Радиоактивные превращения

                        Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Изотопы

             Ядерная физика

                        Открытие нейтрона. Состав ядра атома

                        Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер. Ядерные спектры

                        Ядерные реакции. Энергетический выход ядерных реакций

                        Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции. Ядерный реактор

                        Термоядерные реакции. Применение ядерной энергии

                        Получение радиоактивных изотопов и их применение. Биологическое действие радиоактивныхизлучений

             Физика элементарных частиц

                        Стандартная модель элементарных частиц

                        Открытие позитрона. Античастицы

             Современная физическая картина мира

                        Современная физическая картина мира

Строение Вселенной

             Строение Вселенной

                        Солнечная система

                        Звёзды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звёзд

                        Наша галактика и другие галактики

                        Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной

                        Применимость законов физики для объяснения природы космических объектов

                        «Красное смещение» в спектрах галактик

                        Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной

                        Наблюдение солнечных пятен, звёздных скоплений, туманностей и галактик

Медиаматериалы

Магнитное поле

Дисперсия света

Виды излучений и спектры

Загадки спектра

Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение

 

 

Примерные темы проектов

Информация о материале
  • Вы здесь:  
  • Главная
  • 11 класс

Просмотров:12708

Радиационное излучение образуется в результате реакций на уровне атомов. Процесс характеризуется выбросом потока микрочастиц, имеющих заряд: протонов, электронов, фотонов и нейтральных микроэлементов – нейтронов. Они определяют тип радиационного излучения.radiatsiya.jpgИзлучение подразделяется на энергетическое, к нему относятся потоки гамма и рентгеновских частиц, и атомное, в его основе лежит выделение элементов вещества: альфа, бета и гамма-частиц. Классифицируется излучение в зависимости от структуры частиц, расстояния их действия, способности проникать в ткани, клетки и степени воздействия на них, скорости излучения. Практически все типы излучения, за исключением альфа-излучения можно обнаружить с помощью бытового дозиметра радиации.

Альфа-излучение (α)

Альфа-частицы – результат распада нестабильных изотопов атома. Они имеют положительный заряд, состоят из 2-х пар протонов и нейтронов. Частицы образуются в результате распада таких элементов, как радий, уран характеризуются низкой скоростью излучения – 20 000км/с, обладают небольшой проникающей способностью из-за высокой удельной массы. Препятствие небольшой толщины и плотности остановит альфа частицы. Защитой от них может стать даже бумага.sostav-izluchenya.jpg

Низкая проникающая способность альфа частиц, их большой энергетический заряд, обуславливает высокий уровень взаимодействия с клетками организма. Это приводит к мутации, патогенным изменениям тканей. Альфа частицы оседают в организме человека, попадая через повреждения кожи, воду, воздух, оказывают на него длительное воздействие. Поэтому они опасны для живых организмов, вывести их из тканей практически невозможно.

Бета-излучение (β)

Появление бета-частиц обусловлено процессами, происходящими в ядре вещества. Их результат – изменение свойств нейтронов и протонов. В итоге образуется поток частиц с положительным зарядом. Этот тип излучения характеризуется:

  • небольшой дальностью действия – не более 20м;
  • высокой скоростью излучения – 300 000км/с;
  • средней проникающей способностью. От бета частиц защитит металлический лист толщиной более 3мм;
  • средней степенью воздействия на клетки тканей.

Бета-частицы обладают способностью накапливаться в тканях и оказывать на них длительное ионизирующее воздействие. Его результатом становятся тяжелые онкологические заболевания.

Нейтронное излучение

Поток нейтронов образуется в результате техногенной деятельности – работы ректоров, взрывов ядерных боеприпасов. Не имеющие заряда частицы, имеют наибольшую дальность действия по сравнению с другими типами радиационного излучения. Человек получает опасную для жизни дозу излучения на расстоянии 1,3–1,5км от его источника.tipi-izluchenya.jpg

Нейтроны глубоко проникают в ткани, провоцируя мутации, патогенные изменения. Защитой от таких частиц станет вода и другие вещества, где много водорода. Нейтронное излучение является наиболее опасным для человека из-за большого радиуса действия.

Рентгеновское излучение

В результате смены орбит электронов в структуре атома, образуются фотоны или электромагнитное, энергетическое излучение. Оно характеризуется:

  • небольшим радиусом действия – до 100м;
  • высокой скоростью – 300 000км/с;
  • высокой проникающей способностью.

Фотоны оказывают слабое воздействие на клетки, ткани живых организмов, поэтому широко используются в медицине для проведения диагностических исследований.

Гамма излучение (y)

Поток фотонов, образующийся в результате изменения энергетического состояния атомов. Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью, поэтому для защиты от него используется толстый слой металла или бетона. Его дальность действия достигает нескольких сотен метров. Гамма излучение не оказывает серьезного патогенного воздействия на клетки и ткани, менее опасно, чем альфа, бета или нейтронное.

 Дозиметр – функциональные особенности

Прибор позволяет измерить дозу излучения, которую получают организмы за определенный промежуток времени. Не стоит его путать с радиометром, который показывает активность частиц. Он дает представление о радиационном фоне в то время, как дозиметр определяет мощность дозы излучения, что помогает оценить нанесенный человеку ущерб и его возможные последствия.

Используемые источники:

  • https://obrazovaka.ru/fizika/vidy-izlucheniy-tablica.html
  • https://nauka.club/fizika/alfa-beta-gamma-izlucheniya.html
  • https://light-fizika.ru/index.php/11-klass
  • https://ismer.ru/tipy_radiatsionnogo_izlucheniya