Людина постійно перебуває під впливом різноманітних зовнішніх чинників. Одні з них є видимими, наприклад, погодні умови, і рівень їх впливу можна контролювати. Інші ж не видно людському оку і звуться випромінювань. Кожен повинен знати види випромінювання, їх роль та сфери застосування.

Деякі види випромінювання може зустріти повсюдно. Яскравим прикладом є радіохвилі. Вони є коливання електромагнітної природи, які здатні розподілятися у просторі зі швидкістю світла. Такі хвилі несуть у собі енергію від генераторів.

Джерела радіохвиль можна розділити на дві групи.

1. Природні, до них відносяться блискавки та астрономічні одиниці.
2. Штучні, тобто створені людиною. Вони включають випромінювачі з змінним струмом. Це можуть бути прилади радіозв'язку, мовлення, комп'ютери та навігаційні системи.

Шкіра людини здатна брати в облогу на своїй поверхні цей вид хвиль, тому є ряд негативних наслідків їх впливу на людину. Радіохвильове випромінювання здатне уповільнити діяльність мозкових структур, а також викликати мутації генетично.

Для осіб, у яких встановлений кардіостимулятор, така дія смертельно небезпечна. У цих приладів є чіткий максимально допустимий рівень випромінювання, підйом вище за нього вносить дисбаланс в роботу системи стимулятора і веде до його поломки.

Всі впливи радіохвиль на організм були вивчені лише на тваринах, прямого доказу їх негативного впливу на людину немає, але способи захисту вчені все ж таки шукають. Як таких ефективних способівпоки немає. Єдине, що можна порадити, то це триматися подалі від небезпечних приладів. Оскільки побутові прилади, включені в мережу, теж створюють навколо себе радіохвильове поле, просто необхідно відключати живлення пристроїв, якими людина не користується в даний момент.

Випромінювання інфрачервоного спектру

Усі види випромінювання тим чи іншим чином пов'язані між собою. Деякі їх видно людському оку. Інфрачервоне випромінювання примикає до частини спектру, яку око людини може вловити. Воно не тільки освітлює поверхню, а й здатне її нагрівати.

Основним природним джерелом ІЧ-променів є сонце.Людиною створені штучні випромінювачі, за допомогою яких досягається необхідний тепловий ефект.

Тепер потрібно розібратися, наскільки корисним чи шкідливим є такий вид випромінювання для людини. Практично все довгохвильове випромінювання інфрачервоного спектру поглинається верхніми шарами шкіри, тому не тільки безпечно, але й здатне підвищити імунітет та посилити відновлювальні процеси у тканинах.

Що стосується коротких хвиль, то вони можуть глибоко йти в тканини і викликати перегрів органів. Так званий тепловий удар є наслідком дії коротких інфрачервоних хвиль. Симптоми цієї патології відомі майже всім:

• поява кружляння в голові;
• почуття нудоти;
• зростання пульсу;
• порушення зору, що характеризуються потемнінням в очах.

Як уберегти себе від небезпечного впливу? Потрібно дотримуватися техніки безпеки, користуючись теплозахисним одягом і екранами. Застосування короткохвильових обігрівачів має бути чітко дозовано, нагрівальний елемент повинен бути прикритий теплоізолюючим матеріалом, за допомогою якого досягається випромінювання м'яких довгих хвиль.

Якщо замислитись, всі види випромінювання здатні проникати в тканини. Але саме рентгенівське випромінювання дало можливість використовувати цю властивість практично в медицині.

Якщо порівняти промені рентгенівського походження з променями світла, перші мають дуже велику довжину, що дозволяє їм проникати навіть через непрозорі матеріали. Такі промені не здатні відбиватися та заломлюватись. Даний вид спектру має м'яку та жорстку складову. М'яка складається з довгих хвиль, здатних повністю поглинатися тканинами людини.Таким чином, постійна дія довгих хвиль призводить до пошкодження клітин та мутації ДНК.

Є низка структур, які здатні пропустити через себе рентгенівські промені. До них відноситься, наприклад, кісткова тканина та метали. Виходячи з цього і виробляються знімки кісток людини з метою діагностики їхньої цілісності.

В даний час створені прилади, що дозволяють не тільки робити фіксований знімок, наприклад, кінцівки, але і спостерігати за змінами, що відбуваються з нею, «онлайн». Ці пристрої допомагають лікарю виконати оперативне втручання на кістках під контролем зору, не виробляючи широких травматичних розрізів. За допомогою таких пристроїв можна досліджувати біомеханіку суглобів.

Що стосується негативного впливу рентгенівських променів, то тривалий контакт з ними може призвести до розвитку променевої хвороби, яка проявляється рядом ознак:

• порушення неврологічного характеру;
• дерматити;
• зниження імунітету;
• пригнічення нормального кровотворення;
• розвиток онкологічної патології;
• безпліддя.

Щоб захистити себе від страшних наслідків, при контакті з цим видом випромінювання потрібно використовувати щити, що екранують, і накладки з матеріалів, що не пропускають промені.

Цей вид променів люди звикли називати просто - світло. Цей вид випромінювання здатний поглинатися об'єктом впливу, частково проходячи через нього і відбиваючись частково. Такі властивості широко застосовуються в науці та техніці, особливо при виготовленні оптичних приладів.

Усі джерела оптичного випромінювання поділяються кілька груп.

1. Теплові, що мають суцільний спектр. Тепло в них виділяється за рахунок струму чи процесу горіння. Це можуть бути електричні та галогенні лампи розжарювання, а також піротехнічні вироби та електроосвітлювальні прилади.
2. Люмінесцентні гази, що містять потоки фотонів. Такими джерелами є енергозберігаючі прилади та катодолюмінесцентні пристрої. Що стосується радіо- та хемілюмінесцентних джерел, то в них потоки збуджуються за рахунок продуктів радіоактивного розпаду та хімічних реакцій відповідно.
3. Плазмові, чиї характеристики залежать від температури та тиску плазми, що утворюється в них. Це можуть бути газорозрядні, ртутні трубчасті та ксенонові лампи. Не винятком є ​​і спектральні джерела, і навіть прилади імпульсного характеру.

Оптичне випромінювання на організм людини діє в комплексі з ультрафіолетовим, що провокує вироблення меланіну в шкірі. Таким чином, позитивний ефект триває доти, доки не буде досягнуто граничного значення впливу, за межами якого знаходиться ризик опіків та шкірної онкопатології.

Найвідомішим і найширше застосовуваним випромінюванням, вплив якого можна зустріти повсюдно, є ультрафіолетове випромінювання. Дане випромінювання має два спектри, один із яких доходить до землі та бере участь у всіх процесах на землі. Другий затримується шаром озону та не проходить через нього. Шар озону знешкоджує цей спектр, виконуючи тим самим захисну роль.Руйнування озонового шару небезпечне проникненням шкідливих променів на поверхню землі.

Природне джерело цього виду випромінювання – Сонце. Штучних джерел придумано безліч:

• Еритемні лампи, що активізують вироблення вітаміну Д у шарах шкіри та допомагають лікуванню рахіту.
• Солярії, що не тільки дозволяють позасмагати, а й мають лікувальний ефект для людей з патологіями, спричиненими нестачею сонячного світла.
• Лазерні випромінювачі, що використовуються в біотехнологіях, медицині та електроніці.

Що стосується впливу на організм людини, то воно подвійне. З одного боку, нестача ультрафіолету може спричинити різні хвороби. Дозоване навантаження таким випромінюванням допомагає імунітету, роботі м'язів та легень, а також запобігає гіпоксії.

Усі види впливів поділяються на чотири групи:

• здатність вбивати бактерій;
• зняття запалення;
• відновлення пошкоджених тканин;
• зменшення болю.

До негативних впливів ультрафіолету можна віднести здатність провокувати рак шкіри при тривалому впливі. Меланома шкіри украй злоякісний вид пухлини. Такий діагноз майже на 100 відсотків означає майбутню смерть.

Що стосується органу зору, то надмірна дія променів ультрафіолетового спектру пошкоджує сітківку, рогівку та оболонки ока. Таким чином, використовувати цей вид випромінювання потрібно в міру.Якщо за певних обставин доводиться довго контактувати з джерелом ультрафіолетових променів, необхідно захистити очі окулярами, а шкіру спеціальними кремами або одягом.

Це так звані космічні промені, що несуть у собі ядра атомів радіоактивних речовин та елементів. Потік гамма-випромінювання має дуже велику енергію і здатний швидко проникати у клітини організму, іонізуючи їх вміст. Зруйновані клітинні елементи діють як отрути, розкладаючись та отруюючи весь організм. До процесу обов'язково залучається ядро ​​клітин, що веде до мутацій у геномі. Здорові клітини руйнуються, але в їх місці утворюються мутантні, не здатні повною мірою забезпечити організм усім необхідним.

Це випромінювання небезпечне тим, що людина його не відчуває. Наслідки впливу виявляються не відразу, а мають віддалену дію. Насамперед страждають клітини кровотворної системи, волосся, статевих органів та лімфоїдної системи.

Радіація дуже небезпечна розвитком променевої хвороби, але навіть такому спектру знайшли корисне застосування:

• за його допомогою стерилізують продукти, обладнання та інструменти медичного призначення;
• вимір глибини підземних свердловин;
• вимір довжини шляху космічних апаратів;
• вплив на рослини для виявлення продуктивних сортів;
• у медицині таке випромінювання застосовується щодо променевої терапії у лікуванні онкології.

На закінчення слід зазначити, що це види променів успішно застосовуються людиною і є необхідними.Завдяки їм існують рослини, тварини та люди. Захист від надмірного впливу має бути пріоритетним правилом під час роботи.

Моноенергетичне іонізуюче випромінювання- іонізуюче випромінювання, що складається з фотонів однакової енергії або частинок одного виду з однаковою кінетичною енергією.

Змішане іонізуюче випромінювання- іонізуюче випромінювання, що складається з частинок різного виду або частинок і фотонів.

Спрямоване іонізуюче випромінюванняіонізуюче випромінювання з виділеним напрямом поширення.

Природний фон випромінювання- іонізуюче випромінювання, що створюється космічним випромінюванням та випромінюванням природно розподілених природних радіоактивних речовин (на поверхні Землі, у приземній атмосфері, у продуктах харчування, воді, в організмі людини та ін.).

Фон - іонізуюче випромінювання, що складається з природного фону та іонізуючих випромінювань сторонніх джерел.

Космічне випромінювання- іонізуюче випромінювання, що складається з первинного випромінювання, що надходить з космічного простору, та вторинного випромінювання, що виникає в результаті взаємодії первинного випромінювання з атмосферою.

Вузький пучок випромінювання- така геометрія випромінювання, за якої детектор реєструє лише нерозсіяне випромінювання джерела.

Широкий пучок випромінювання- така геометрія випромінювання, при якій детектор реєструє нерозсіяне та розсіяне випромінювання джерела.

Поле іонізуючого випромінювання- просторово-часовий розподіл іонізуючого випромінювання в середовищі, що розглядається.

Потік іонізуючих частинок (фотонів)- Відношення числа іонізуючих частинок (фотонів) dN, що проходять через дану поверхню за інтервал часу dt, до цього інтервалу: F = dN/dt.

Потік енергії частинок- відношення енергії частинок, що падають, до інтервалу часу Ψ=dЕ/dt.

Щільність потоку іонізуючих частинок (фотонів)- Відношення потоку іонізуючих частинок (фотонів) dF

що проникають в об'єм елементарної сфери, до площі центрального поперечного перерізу dS цієї сфери: = dF/dS = d 2 N/dtdS. (Щільність потоку енергії частинок визначається аналогічно).

Флюєнс (перенесення) іонізуючих частинок (фотонів)- Відношення числа іонізуючих частинок (фотонів) dN, що проникають в об'єм елементарної сфери, до площі центрального поперечного перерізу dS цієї сфери: Ф = dN/dS.

Енергетичний спектр іонізуючих частинок- розподіл іонізуючих частинок з їхньої енергії. Ефективна енергія фотонного випромінювання- енергія фотонів такого моноенергетичного фотонного

випромінювання, відносне ослаблення якого в поглиначі певного складу та певної товщини те ж саме, що і аналізованого немоноенергетичного фотонного випромінювання.

Гранична енергія спектруβ-випромінювання - найбільша енергія β-часток у безперервному енергетичному спектрі β-випромінювання даного радіонукліду.

Альбедо випромінювання- Відношення числа частинок (фотонів), що відбиваються від межі розділу двох середовищ, до частинок (фотонів), що падають на поверхню розділу.

Запізнювальне випромінювання: частинки, випромінювані продуктами розпаду, на відміну частинок (нейтронів і гамма - променів), що виникають у момент поділу.

Іонізація в газах:відрив від атома чи молекули газу одного чи кількох електронів. В результаті іонізації в газі виникають вільні носії заряду (електрони та іони) і він набуває здатності проводити електричний струм.

Термін «випромінювання» охоплює діапазон електромагнітних хвиль, включаючи видимий спектр, інфрачервону та ультрафіолетову області, а також радіохвилі, електричний струм та іонізуюче випромінювання. Вся несхожість цих явищ зумовлена ​​лише частотою (довжиною хвилі) випромінювання. Іонізуюче випромінювання може становити небезпеку здоров'ю людини. І онізіруюче випромінювання(радіація) - вид випромінювання, який змінює фізичний стан атомів або атомних ядер, перетворюючи їх на електрично заряджені іони або продукти ядерних реакцій. За певних обставин присутність таких іонів чи продуктів ядерних реакцій у тканинах організму може змінювати перебіг процесів у клітинах і молекулах, а за накопиченні цих подій може порушити перебіг біологічних реакцій в організмі, тобто. представляти небезпеку для здоров'я людини.

2. ВИДИ ВИПРОМІНЮВАНЬ

Розрізняють корпускулярне випромінювання, що складається з часток з відмінною від нуля масою, і електромагнітне (фотонне) випромінювання.

2.1. Корпускулярне випромінювання

До корпускулярного іонізуючого випромінювання відносять альфа-випромінювання, електронне, протонне, нейтронне та мезонне випромінювання. Корпускулярне випромінювання, що складається з потоку заряджених частинок (α-, β-часток, протонів, електронів), кінетична енергія яких є достатньою для іонізації атомів при

зіткненні, відноситься до класу безпосередньо іонізуючого випромінювання. Нейтрони та інші елементарні частинки безпосередньо не виробляють іонізацію, але в процесі взаємодії із середовищем вивільняють заряджені частинки (електрони, протони), здатні іонізувати атоми та молекули середовища, через яке проходять.

Відповідно, корпускулярне випромінювання, що складається з потоку незаряджених частинок, називають опосередковано іонізуючим випромінюванням.

Рис.1. Схема розпаду 212 Bi.

2.1.1 Альфа-випромінювання

Альфа частинки (α - частинки) - ядра атома гелію, що випускаються при α - розпаді деякими радіоактивними атомами. α - частка складається з двох протонів та двох нейтронів.

Альфа випромінювання - потік ядер атомів гелію (позитивно заряджених і

щодо важких частинок).

Природне альфа-випромінювання як наслідок радіоактивного розпаду ядра, притаманно нестійких ядер важких елементів, починаючи з атомного номера понад 83, тобто. для природних радіонуклідів рядів урану, і торію, а також для отриманих штучним шляхом трансуранових елементів.

Типова схема α-розпаду природного радіонукліду представлена ​​на Рис.1, а енергетичний спектр α-часток, що утворюються при розпаді радіонукліду – на

Рис.2.

Рис.2 Енергетичний спектр α-часток

Можливість α-розпаду пов'язана з тим, що маса (а, отже, і сумарна енергія іонів) α-радіоактивного ядра більша за суму мас α-частки і утворюється після α-розпаду дочірнього ядра. Надлишок енергії вихідного (материнського) ядра звільняється у формі кінетичної енергії α-частки та віддачі дочірнього ядра. α-частки є позитивно заряджені ядра гелію - 2 Не4 і вилітають з ядра зі швидкістю 15-20 тис. км/сек. На своєму шляху вони виробляють сильну іонізацію середовища,

вириваючи електрони з орбіт атомів.

Пробіг α-частинок у повітрі близько 5-8 см, у воді – 30-50 мікрон, у металах – 10-20 мікрон. При іонізації - променями спостерігаються хімічні зміни речовини, і порушується кристалічна структура твердих тіл. Оскільки між α-частинкою та ядром існує електростатичне відштовхування, ймовірність ядерних реакцій під дією α-частинок природних радіонуклідів (максимальна енергія 8,78 МеВ у 214 Ро) дуже мала, і спостерігається лише на легких ядрах (Li, Ве, В, С , N, Na, Al) з утворенням радіоактивних ізотопів та вільних нейтронів.

2.1.2 Протонне випромінювання

Протонне випромінювання- Випромінювання, що утворюється в процесі мимовільного розпаду нейтроннодефіцитних атомних ядер або як вихідний пучок іонного прискорювача (наприклад, синхрофазоторону).

2.1.3 Нейтронне випромінювання

Нейтронне випромінювання -потік нейтронів, які перетворюють свою енергію на пружні та непружні взаємодії з ядрами атомів. При непружних взаємодіях виникає вторинне випромінювання, яке може складатися як із заряджених частинок, так і з гамма-квантів (гамма-випромінювання). При пружних взаємодіях можлива нормальна іонізація речовини.

Джерелами нейтронного випромінювання є: радіонукліди, що спонтанно діляться; спеціально виготовлені радіонуклідні джерела нейтронів; прискорювачі електронів, протонів, іонів; ядерні реактори; космічне випромінювання.

З погляду біологічногоНейтрони утворюються в ядерних реакціях (у ядерних реакторах та інших промислових і лабораторних установках, і навіть при ядерних вибухах).

Нейтрони не мають електричного заряду. Умовно нейтрони залежно від кінетичної енергії поділяються на швидкі (до 10 МеВ), надшвидкі, проміжні, повільні та теплові. Нейтронне випромінювання має велику проникаючу здатність. Повільні та теплові нейтрони вступають у ядерні реакції, в результаті можуть утворюватися стабільні або радіоактивні ізотопи.

Вільний нейтрон - це нестабільна, електрично нейтральна частка з наступними

властивостями:

	Заряд (e – заряд електрона)			qn = (-0,4 ± 1,1) · 10-21 е
					939,56533 ± 0,00004 МеВ,
	в атомних одиницях			1,00866491578 ± 0,00000000055 а.о.м.
	Різниця мас нейтрону та протону			mn-mp = 1,2933318 ± 0,0000005 МеВ,
	в атомних одиницях			0,0013884489 ± 0,0000000006 а.о.м.
	Час життя			tn = 885,4±0,9stat±0,4syst з
	Магнітний момент			mn = -1,9130427 ± 0,0000005 mN
	Електричний дипольний момент			dn< 0,63·10-25 e ·см (CL=90%)
	Електрична поляризованість
				an = (	)·10-3 Фм 3

Ці властивості нейтрона дозволяють використовувати його, з одного боку, як об'єкт, що вивчається і, з іншого боку, як інструмент, за допомогою якого ведуться дослідження. У першому випадку досліджуються унікальні властивості нейтрону, що є актуальним і дає можливість найбільш надійно та точно визначити фундаментальні параметри електрослабкої взаємодії і, тим самим підтвердити або спростувати Стандартну модель. Наявність магнітного моменту у нейтрона свідчить про його складної структурі, тобто. його "неелементарності". У другому випадку взаємодія неполяризованих та поляризованих нейтронів різних енергій з ядрами дозволяє їх використовувати у фізиці ядра та елементарних частинок. Вивчення ефектів порушення просторової парності та інваріантності щодо обігу часу в різних процесах – від нейтронної оптики до розподілу ядер нейтронами – це далеко не повний перелік найбільш актуальних зараз напрямків досліджень.

Той факт, що реакторні нейтрони теплових енергій мають довжини хвиль, які можна порівняти з міжатомними відстанями в речовині, робить їх незамінним інструментом для дослідження конденсованих середовищ. Взаємодія нейтронів з атомами є порівняно слабким, що дозволяє нейтронам досить глибоко проникати в речовину - у цьому їхня суттєва перевага в порівнянні з рентгенівськими і - променями, а також пучками заряджених частинок. через наявність маси нейтрони при тому ж імпульсі (отже, при тій же довжині хвилі) мають значно меншу енергію, ніж рентгенівські і γ - промені, і ця енергія виявляється порівнянною з енергією теплових коливань атомів і молекул в речовині, що дає можливість вивчати як усереднену статичну атомну структуру речовини, а й динамічні процеси, що у ньому відбуваються. Наявність магнітного моменту у нейтронів дозволяє використовувати їх для вивчення магнітної структури та магнітних збуджень речовини, що дуже важливо для розуміння властивостей та природи магнетизму матеріалів.

Розсіювання нейтронів атомами обумовлено, в основному, ядерними силами, отже перерізи їх когерентного розсіювання ніяк не пов'язані з атомним номером (на відміну від рентгенівських та γ-променів). Тому опромінення матеріалів нейтронами дозволяє розрізняти положення атомів легень (водень, кисень та ін.) елементів, ідентифікація яких майже неможлива з використанням рентгенівських та γ-променів. Тому нейтрони успішно застосовуються щодо біологічних об'єктів, в матеріалознавстві, у медицині та інших областях. Крім того, відмінність у перерізах розсіювання нейтронів у різних ізотопів дозволяє не тільки відрізняти у матеріалі елементи з близькими атомними номерами, а й досліджувати їхній ізотопний склад. Наявність ізотопів з негативною амплітудою когерентного розсіювання дає унікальну можливість контрастування досліджуваних середовищ, що також часто використовують у біології та медицині.

Когерентне розсіювання- розсіювання випромінювання із збереженням частоти та з фазою, що відрізняється на π від фази первинного випромінювання. Розсіяна хвиля може інтерферувати з падаючою хвилею або іншими когерентно розсіяними хвилями.

Випромінювання, в самому загальному вигляді, можна уявити як виникнення та поширення хвиль, що призводить до обурення поля. Поширення енергії виражається у вигляді електромагнітного, іонізуючого, гравітаційного випромінювань та випромінювання по Хокінгу. Електромагнітні хвилі – це обурення електромагнітного поля. Вони бувають радіохвильовими, інфрачервоними (теплове випромінювання), терагерцевими, ультрафіолетовими, рентгенівськими та видимими (оптичними). Електромагнітна хвиля має властивість поширюватися у будь-яких середовищах. Характеристиками електромагнітного випромінювання є частота, поляризація та довжина. Найбільш професійно та глибоко природу електромагнітного випромінювання вивчає наука квантова електродинаміка. Вона дозволила підтвердити ряд теорій, які широко використовуються у різних галузях знань. Особливості електромагнітних хвиль: взаємна перпендикулярність трьох векторів - хвильового та напруженості електричного поля та магнітного поля; хвилі є поперечними, а вектора напруженості в них здійснюють коливання перпендикулярно до напряму її поширення.

Теплове випромінювання виникає за рахунок внутрішньої енергії самого тіла. Теплове випромінювання – це випромінювання суцільного спектру, максимум якого відповідає температурі тіла. Якщо випромінювання та речовина термодинамічні, випромінювання – рівноважне. Це визначає закон Планка. Але на практиці термодинамічна рівновага не дотримується. Так гарячому тілу властиво остигати, а холоднішому, навпаки, нагріватися. Ця взаємодія визначена в законі Кірхгофа. Таким чином, тіла мають поглинаючу здатність і відбиваючу здатність. Іонізуюче випромінювання - це мікрочастинки та поля, що мають здатність іонізувати речовину. До нього відносять: рентген та радіоактивне випромінювання з альфа, бета та гамма променями. При цьому ренгенівське випромінювання та гамма-промені є короткохвильовими. А бета та альфа частинки є потоками частинок. Існують природні та штучні джерела іонізації. У природі це: розпад радіонуклідів, промені космосу, термоядерна реакція на Сонце. Штучні це: випромінювання рентгенівського апарату, ядерні реактори та штучні радіонукліди. У побуті використовуються спеціальні датчики та дозиметри радіоактивного випромінювання. Усім відомий Лічильник Гейгера здатний ідентифікувати коректно лише гамма-промені. У науці використовуються сцинтилятори, які відмінно поділяють промені за енергіями.

Гравітаційним вважається випромінювання, в якому обурення просторово-тимчасового поля відбувається зі швидкістю світла. У загальній теорії відносності гравітаційне випромінювання обумовлено рівняннями Ейнштейна. Що характерно, гравітація притаманна будь-якій матерії, яка рухається прискорено. Але велику амплітуду гравітаційної хвилі може надати тільки випромінювати великої маси. Зазвичай гравітаційні хвилі дуже слабкі. Прилад, здатний зареєструвати їх, - це детектор. Випромінювання Хокінга ж є швидше гіпотетичну можливість випускати частинки чорною діркою. Ці процеси вивчає квантова фізика. Відповідно до цієї теорії чорна діра лише поглинає матерію до певного моменту. При обліку квантових моментів виходить, що вона здатна випромінювати елементарні частки.

Навігація за статтею:

Радіація та види радіоактивних випромінювань, склад радіоактивного (іонізуючого) випромінювання та його основні характеристики. Дія радіації на речовину.

Що таке радіація

Для початку дамо визначення, що таке радіація:

У процесі розпаду речовини або її синтезу відбувається викид елементів атома (протонів, нейтронів, електронів, фотонів), інакше можна сказати відбувається випромінюванняцих елементів. Подібне випромінювання називають - іонізуюче випромінюванняабо що частіше зустрічається радіоактивне випромінювання, або ще простіше радіація . До іонізуючих випромінювань відноситься також рентгенівське і гамма випромінювання.

Радіація - це процес випромінювання речовиною заряджених елементарних частинок, як електронів, протонів, нейтронів, атомів гелію або фотонів і мюонів. Від того, який елемент випромінюється залежить вид радіації.

Іонізація- це процес утворення позитивно чи негативно заряджених іонів чи вільних електронів із нейтрально заряджених атомів чи молекул.

Радіоактивне (іонізуюче) випромінюванняможна розділити на кілька типів, залежно від виду елементів, з якого воно складається. Різні видивипромінювання викликані різними мікрочастинками і тому мають різну енергетичну дію на речовину, різну здатність проникати крізь неї і як наслідок різною біологічною дією радіації.

Альфа, бета та нейтронне випромінювання- це випромінювання, що з різних частинок атомів.

Гамма та рентгенівське випромінювання- Це випромінювання енергії.

Альфа випромінювання

• випромінюються: два протони і два нейтрони
• проникаюча здатність: низька
• опромінення від джерела: до 10 см
• швидкість випромінювання: 20 000 км/с
• іонізація: 30 000 пар іонів на 1 см пробігу
• висока

Альфа (α) випромінювання виникає при розпаді нестабільних ізотопівелементів.

Альфа випромінювання- це випромінювання важких, позитивно заряджених альфа частинок, якими є ядра атомів гелію (два нейтрони і два протони). Альфа частки випромінюються при розпаді складніших ядер, наприклад, при розпаді атомів урану, радію, торію.

Альфа частки мають велику масу і випромінюються з відносно невисокою швидкістю в середньому 20 тис. км/с, що приблизно в 15 разів менше швидкості світла. Оскільки альфа частинки дуже важкі, то при контакті з речовиною, частинки стикаються з молекулами цієї речовини, починають з ними взаємодіяти, втрачаючи свою енергію і тому здатність даних частинок, що проникає, не велика і їх здатний затримати навіть простий аркуш паперу.

Проте альфа частки несуть у собі велику енергію і за взаємодії з речовиною викликають його значну іонізацію. А в клітинах живого організму, крім іонізації, альфа-випромінювання руйнує тканини, що призводить до різних пошкоджень живих клітин.

З усіх видів радіаційного випромінювання, альфа випромінювання має найменшу проникаючу здатність, але наслідки опромінення живих тканин даним видом радіації найбільш важкі та значні в порівнянні з іншими видами випромінювання.

Опромінення радіацією у вигляді альфа-випромінювання може статися при попаданні радіоактивних елементів усередину організму, наприклад, з повітрям, водою або їжею, а також через порізи або поранення. Потрапляючи в організм, дані радіоактивні елементи розносяться струмом крові організмом, накопичуються в тканинах і органах, надаючи на них потужний енергетичний вплив. Оскільки деякі види радіоактивних ізотопів, що випромінюють альфа-радіацію, мають тривалий термін життя, то потрапляючи всередину організму, вони здатні викликати в клітинах серйозні зміни і призвести до переродження тканин та мутацій.

Радіоактивні ізотопи фактично не виводяться з організму самостійно, тому потрапляючи всередину організму, вони опромінюватимуть тканини зсередини протягом багатьох років, поки не призведуть до серйозних змін. Організм людини не здатний нейтралізувати, переробити, засвоїти або утилізувати більшість радіоактивних ізотопів, що потрапили всередину організму.

Нейтронне випромінювання

• випромінюються: нейтрони
• проникаюча здатність: висока
• опромінення від джерела: кілометри
• швидкість випромінювання: 40 000 км/с
• іонізація: від 3000 до 5000 пар іонів на 1 см пробігу
• біологічна дія радіації: висока

Нейтронне випромінювання- це техногенне випромінювання, що виникають у різних ядерних реакторах та при атомних вибухах. Також нейтронна радіація випромінюється зірками, у яких йдуть активні термоядерні реакції.

Не володіючи зарядом, нейтронне випромінювання зіштовхуючись з речовиною, слабко взаємодіє з елементами атомів на атомному рівні, тому має високу проникаючу здатність. Зупинити нейтронне випромінювання можна за допомогою матеріалів з високим вмістом водню, наприклад ємністю з водою. Також нейтронне випромінювання погано проникає через поліетилен.

Нейтронне випромінювання при проходженні через біологічні тканини, завдає клітинам серйозної шкоди, оскільки має значну масу і вищу швидкість ніж альфа випромінювання.

Бета випромінювання

• випромінюються: електрони чи позитрони
• проникаюча здатність: середня
• опромінення від джерела: до 20 м
• швидкість випромінювання: 300 000 км/с
• іонізація: від 40 до 150 пар іонів на 1 см пробігу
• біологічна дія радіації: середня

Бета (β) випромінюваннявиникає при перетворенні одного елемента на інший, при цьому процеси відбуваються в самому ядрі атома речовини зі зміною властивостей протонів і нейтронів.

При бета-випромінюванні відбувається перетворення нейтрону в протон або протона в нейтрон, при цьому перетворенні відбувається випромінювання електрона або позитрона (античастка електрона), залежно від виду перетворення. Швидкість випромінюваних елементів наближається до швидкості світла і дорівнює 300 000 км/с. Елементи, що випромінюються при цьому, називаються бета частинки.

Маючи спочатку високу швидкістьвипромінювання і малі розміри випромінюваних елементів, бета-випромінювання має більш високу проникаючу здатність ніж альфа-випромінювання, але має в сотні разів меншу здатність іонізувати речовину в порівнянні з альфа-випромінюванням.

Бета радіація з легкістю проникає крізь одяг і частково крізь живі тканини, але при проходженні через щільніші структури речовини, наприклад, через метал, починає з ним інтенсивніше взаємодіяти і втрачає більшу частину своєї енергії передаючи її елементам речовини. Металевий лист в кілька міліметрів може повністю зупинити випромінювання бета.

Якщо альфа-радіація становить небезпеку тільки при безпосередньому контакті з радіоактивним ізотопом, то бета-випромінювання в залежності від його інтенсивності вже може завдати істотної шкоди живому організму на відстані кілька десятків метрів від джерела радіації.

Якщо радіоактивний ізотоп, що випромінює бета-випромінювання, потрапляє всередину живого організму, він накопичується в тканинах і органах, надаючи на них енергетичний вплив, призводячи до змін у структурі тканин і з часом спричиняючи суттєві ушкодження.

Деякі радіоактивні ізотопи з бета-випромінюванням мають тривалий період розпаду, тобто потрапляючи в організм, вони будуть опромінювати його роками, поки не призведуть до переродження тканин і як наслідок до раку.

Гамма випромінювання

• випромінюються: енергія у вигляді фотонів
• проникаюча здатність: висока
• опромінення від джерела: до сотень метрів
• швидкість випромінювання: 300 000 км/с
• іонізація:
• біологічна дія радіації: низька

Гамма (γ) випромінювання- це енергетичне електромагнітне випромінювання як фотонів.

Гама радіація супроводжує процес розпаду атомів речовини і проявляється у вигляді випромінюваної електромагнітної енергії у вигляді фотонів, що вивільняються за зміни енергетичного стану ядра атома. Гамма промені випромінюються ядром зі швидкістю світла.

Коли відбувається радіоактивний розпад атома, з одних речовин утворюються інші. Атом новостворених речовин перебувають у енергетично нестабільному (збудженому) стані. Впливають один на одного, нейтрони та протони в ядрі приходять до стану, коли сили взаємодії врівноважуються, а надлишки енергії викидаються атомом у вигляді гама випромінювання

Гамма випромінювання має високу проникаючу здатність і легко проникає крізь одяг, живі тканини, трохи складніше через щільні структури речовини типу металу. Щоб зупинити гамма випромінювання, знадобиться значна товщина сталі або бетону. Але при цьому гамма випромінювання в сто разів слабше впливає на речовину, ніж бета-випромінювання і десятки тисяч разів слабше, ніж альфа-випромінювання.

Основна небезпека гама випромінювання - це його здатність долати значні відстані та впливати на живі організми за кілька сотень метрів від джерела гама випромінювання.

Рентгенівське випромінювання

• випромінюються: енергія у вигляді фотонів
• проникаюча здатність: висока
• опромінення від джерела: до сотень метрів
• швидкість випромінювання: 300 000 км/с
• іонізація: від 3 до 5 пар іонів на 1 см пробігу
• біологічна дія радіації: низька

Рентгенівське випромінювання- це енергетичне електромагнітне випромінювання як фотонів, що виникають під час переходу електрона всередині атома з однієї орбіти в іншу.

Рентгенівське випромінювання подібне до дії з гамма випромінюванням, але має меншу проникаючу здатність, тому що має більшу довжину хвилі.

Розглянувши різні види радіоактивного випромінювання, видно, що поняття радіація включає в себе зовсім різні види випромінювання, які мають різний вплив на речовину і живі тканини, від прямого бомбардування елементарними частинками (альфа, бета і нейтронне випромінювання) до енергетичного впливу у вигляді гамма та рентгенівського лікування.

Кожне із розглянутих випромінювань небезпечне!

Порівняльна таблиця з характеристиками різних видів радіації

характеристика	Вид радіації
	Альфа випромінювання	Нейтронне випромінювання	Бета випромінювання	Гамма випромінювання	Рентгенівське випромінювання
випромінюються	два протони і два нейтрони	нейтрони	електрони чи позитрони	енергія у вигляді фотонів	енергія у вигляді фотонів
проникаюча здатність	низька	висока	середня	висока	висока
опромінення від джерела	до 10 см	кілометри	до 20 м	сотні метрів	сотні метрів
швидкість випромінювання	20 000 км/с	40 000 км/с	300 000 км/с	300 000 км/с	300 000 км/с
іонізація, пара на 1 см пробігу	30 000	від 3000 до 5000	від 40 до 150	від 3 до 5	від 3 до 5
біологічна дія радіації	висока	висока	середня	низька	низька

Як видно з таблиці, залежно від виду радіації, випромінювання при одній і тій же інтенсивності, наприклад в 0.1 Рентген, буде мати різну руйнівну дію на клітини живого організму. Для врахування цієї відмінності був введений коефіцієнт k, що відображає ступінь впливу радіоактивного випромінювання на живі об'єкти.

Коефіцієнт k
Вид випромінювання та діапазон енергій	Ваговий множник
Фотонивсіх енергій (гама випромінювання)	1
Електрони та мюонивсіх енергій (бета-випромінювання)	1
Нейтрони з енергією < 10 КэВ (нейтронное излучение)	5
Нейтронивід 10 до 100 Кев (нейтронне випромінювання)	10
Нейтронивід 100 КэВ до 2 МеВ (нейтронне випромінювання)	20
Нейтронивід 2 МеВ до 20 МеВ (нейтронне випромінювання)	10
Нейтрони> 20 МеВ (нейтронне випромінювання)	5
Протониз енергій > 2 МеВ (крім протонів віддачі)	5
Альфа-частки, уламки поділу та інші важкі ядра (альфа випромінювання)	20

Чим вищий "коефіцієнт k" тим небезпечніша дія певного виду радиції для тканин живого організму.

Відео:

Вам добре відомо, що основним джерелом тепла Землі є Сонце. Яким чином передається тепло від Сонця? Адже Земля перебуває від нього з відривом 15 10 7 км. Весь цей простір за межами нашої атмосфери містить дуже розріджену речовину.

Як відомо, у вакуумі перенесення енергії шляхом теплопровідності неможливе. Не може відбуватися і за рахунок конвекції. Отже, є ще один вид теплопередачі.

Вивчимо цей вид теплопередачі за допомогою досвіду.

З'єднаємо рідинний манометр за допомогою гумової трубки з теплоприймачем (рис. 12).

Якщо до темної поверхні теплоприймача піднести шматок металу, нагрітий до високої температури, рівень рідини в коліні манометра, з'єднаному з теплоприймачем, знизиться (рис. 12, а). Очевидно, повітря в теплоприймачі нагрілося і розширилося. Швидке нагрівання повітря в теплоприймачі можна пояснити лише передачею енергії від нагрітого тіла.

Мал. 12. Передача енергії шляхом випромінювання

Енергія у разі передавалася не теплопровідністю. Адже між нагрітим тілом та теплоприймачем знаходилося повітря – поганий провідник тепла. Конвекція тут також може спостерігатися, оскільки тепло-приймач перебуває поруч із нагрітим тілом, а чи не над ним. Отже, у разі передача енергії відбувається шляхомвипромінювання.

Передача енергії випромінюванням відрізняється з інших видів теплопередачі. Вона може здійснюватися у повному вакуумі.

Випромінюють енергію всі тіла: і сильно нагріті, і слабко, наприклад, тіло людини, піч, електрична лампочка та ін Але чим вище температура тіла, тим більше енергії передає воно шляхом випромінювання. У цьому енергія частково поглинається оточуючими тілами, а частково відбивається. При поглинанні енергії тіла нагріваються по-різному, залежно стану поверхні.

Якщо повернути теплоприймач до нагрітого металевого тіла спочатку темною, а потім світлою стороною, то стовпчик рідини в коліні манометра, з'єднаному з теплоприймачем, у першому випадку (мал. 12, а) знизиться, а в другому (рис. 12, б) підвищиться. Це показує, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію, ніж ті, що мають світлу поверхню.

У той же час тіла з темною поверхнею охолоджуються швидше шляхом випромінювання, ніж тіла зі світлою поверхнею. Наприклад, у світлому чайнику гаряча вода довше зберігає високу температуруніж у темному.

Здатність тіл по-різному поглинати енергію випромінювання використовується практично. Так, поверхня повітряних метеозондів, крила літаків фарбують сріблястою фарбою, щоб вони не нагрівалися сонцем. Якщо ж, навпаки, необхідно використовувати сонячну енергію, наприклад, у приладах, встановлених на штучних супутниках Землі, ці частини приладів забарвлюють у темний колір.

Запитання

1. Як досвід показати передачу енергії випромінюванням?
2. Які тіла кращі, а які гірше поглинають енергію випромінювання?
3. Як враховує людина практично різну здатність тіл поглинати енергію випромінювання?

Вправа 5

1. Влітку повітря в будівлі нагрівається, отримуючи енергію у різний спосіб: через стіни, через відкрите вікно, в яке входить тепле повітря, через скло, яке пропускає сонячну енергію. З яким видом теплопередачі ми маємо справу у кожному випадку?
2. Наведіть приклади, що свідчать, що тіла з темною поверхнею сильніше нагріваються випромінюванням, ніж зі світлою.
3. Чому можна стверджувати, що від Сонця до Землі енергія не може передаватися конвекцією та теплопровідністю? Яким чином вона передається?

Завдання

За допомогою вуличного термометра виміряйте температуру спочатку на сонячній стороні будинку, а потім на тіньовій. Поясніть, чому розрізняються показання термометра.

Це цікаво...

Термос. Часто буває необхідно зберегти їжу гарячою чи холодною. Щоб перешкодити тілу охолодитись або нагрітися, потрібно зменшити теплопередачу. У цьому прагнуть зробити те щоб енергія не передавалася жодним видом теплопередачі: теплопровідністю, конвекцією, випромінюванням. З цією метою використовують термос (рис. 13).

Мал. 13. Влаштування термоса

Він складається із скляної посудини 4 з подвійними стінками. Внутрішня поверхня стінок покрита блискучим металевим шаром, а з простору між стінками судини викачано повітря. Позбавлений повітря простір між стінками майже проводить тепло. Металевий шар, відбиваючи, перешкоджає передачі енергії випромінюванням. Щоб захистити скло від пошкоджень, термос поміщають у спеціальний металевий або пластмасовий футляр 3. Посудину закупорюється пробкою 2, а зверху нагвинчується ковпачок 1.

Теплопередача та рослинний світ . У природі та житті людини рослинний світ грає виключно важливу роль. Життя всього живого на Землі неможливе без води та повітря.

У шарах повітря, що прилягають до Землі, та ґрунті постійно відбувається зміна температури. Грунт нагрівається вдень, тому що поглинає енергію. Вночі, навпаки, вона охолоджується – віддає енергію. На теплообмін між ґрунтом та повітрям впливає наявність рослинності, а також погода. Ґрунт, покритий рослинністю, погано прогрівається випромінюванням. Сильне охолодження ґрунту спостерігається також у ясні, безхмарні ночі. Випромінювання від ґрунту вільно йде у простір. Провесною в такі ночі спостерігаються заморозки. Під час хмарності зменшується втрата енергії ґрунту шляхом випромінювання. Хмари є екраном.

Для підвищення температури ґрунту та запобігання посадкам від заморозків використовують теплиці. Скляні рами або виготовлені із плівки добре пропускають сонячне випромінювання (видиме). Вдень ґрунт нагрівається. Вночі невидиме випромінювання ґрунту скло або плівка пропускають гірше. Ґрунт не замерзає. Теплиці перешкоджають також руху теплого повітря нагору - конвекції.

Внаслідок цього температура в теплицях вища, ніж у навколишньому просторі.