Общие сведения о радиации

1.1. Исторические сведения о радиации

В 1896 г. французский ученый Анри Беккерель положил несколько* фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то обнаружил на них следы каких-то излучений. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри. В 1898 г. она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один-радием, поскольку по-латыни это слово означает "испускающий лучи".

А. Беккерель одним из первых столкнулся с самым неприятным свойством радиоактивного излучения: а именно о его воздействии на ткани живого организма. А. Беккерель положил пробирку с радием в карман и в результате получил ожог кожи. Мария Кюри умерла от лейкемии (разновидности рака) возможно, в результате многолетней работы с радиоактивными веществами без защиты. По крайней мере, 336 человек, работавших с радиоактивными веществами в то время, умерли в результате облучения. Несмотря на это, небольшая группа талантливых и большей частью молодых людей направила свои усилия на разгадку излучения, стремясь проникнуть в тайны материи. Результатам их поисков суждено было воплотиться в 1945 г. в атомную бомбу.

Атомные бомбы были сброшены в 1945 г. на два японских города Хиросиму и Нагасаки. Хотя эта бомбардировка, возможно, приблизила окончание войны и тем самым спасла многие жизни, однако многих ученых, в том числе Эйнштейна, мучило чувство вины за колоссальные человеческие жертвы, вызванные атомной бомбардировкой японских городов.

Но практическим воплощением их поисков явилось также создание в 1954 г. в Советском Союзе и в 1956 г. в Великобритании первых промыш­ленных атомных станций.

Основным объектом исследования ученых стал сам атом - его строение. Первую модель -так называемый "пудинг с изюмом" - предложил англий­ский ученый Дж. Дж. Томсон (1856-1940 гг.). В этой модели отрицательно заряженные зерна были погружены в некую твердую субстанцию. Затем физик Эрнест Резерфорд (1 871-1937 гг.), уроженец Новой Зеландии, предло-

жил модель, в которой отрицательно заряженные частицы - электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Эту модель усовер­шенствовал датский физик Нильс Бор (1885-1962 гг.) предположивший, что электроны движутся только по вполне определенным орбитам. В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик (1891 -1974 гг.) создал новую модель. Будучи во многих отношениях сходной с предыдущими, она была более точной в отношении ядра атома, которое теперь предполагалось состоящим из частиц, называемых нейтронами и протонами. Современные ученые иногда пользу­ются моделью электронных облаков. Каждое облако - это часть пространства, где нахождение электрона наиболее вероятно.

1.2. Ионизирующее излучение

Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и тоже число протонов, но число нейтронов в них может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу "нуклидов".

Некоторые нуклиды стабильны, т.е. в отсутствие внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов не стабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. Если бы в атоме не было нейтронов, он бы развалился. Поскольку все протоны имеют одинаковый положительный заряд, они взаимно отталкиваются. Одно из назначений нейтронов - удерживать протоны на месте. Чем больше в ядре протонов, тем сильнее их электрический заряд и тем большее число нейтронов требуется, чтобы удержать их вместе. Поэтому ядра с относительно большим количеством нейтронов часто распадаются, испуская ионизирующее излу­чение (радиацию), т.е. становятся радиоактивными.

Неустойчивые атомы пытаются сохранить равновесие разными способами. Некоторые из них в попытке обрести устойчивость идут на потерю массы. Ядро иногда выбрасывает сгусток из двух протонов и двух нейтронов. Эта группа из четырех субатомных частиц называется альфа-частицей. В каче­стве примера возьмем атом урана-238, в результате испускания альфа-частицы он превращается в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Альфа-частица ничем не отличается от ядра атома гелия

- газа, который легче воздуха. Если альфа-частицы скапливаются, они могут притянуть электроны с атомов ближайшего вещества и образовать гелий.

Торий-234 тоже не стабилен, его превращение происходит, однако не так, как в предыдущем случае: один из его нейтронов превращается в протон.

Установлено, что при распаде нейтрона образуется несколько частиц, в том числе протон и электрон. Если в неустойчивом атоме происходит распад нейтрона, то вновь образовавшийся протон остается в ядре, а электрон выбрасывается наружу. Испущенный электрон называют бета-частицей. Это электрон с большой энергией, он движется почти со скоростью света.

Таким образом, торий-234 превращается в протактиний-234, в ядре которого содержится 91 протон и 143 нейтрона. В этом случае общее число субатомных частиц в ядре остается неизменным, а число протонов увели­чивается на единицу. Такой распад называют бета'-распадом.

Кроме того, в ядре один из протонов может превратиться в нейтрон, такой распад называют электронным бета+-распадом.

В некоторых случаях радиоактивные превращения происходят без вылета из ядра частиц - за счет захвата радиоактивным ядром электрона с элект­ронной оболочки атома. В результате один из протонов ядра превращается в нейтрон. Такой процесс называется к-захватом, так как происходит захват электрона с к-оболочки. Очевидно, что при к-захвате вновь образованное ядро, так же как и при позитронном бета+-распаде, будет иметь порядковый номер на единиц}' больше и то же массовое число.

Когда ядро радиоактивного атома уже выбросило альфа- или бета-частицу, оно часто все еще содержит слишком много энергии, чтобы быть устойчивым. В попытке прийти в равновесие атом может испускать некоторую часть этой энергии в форме высокоэнергетического излучения. Оно называется гамма-излучением. Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам I такой нуклид -радионуклидом.

Все радионуклиды не стабильны, однако некоторые из них более стабильны, чем другие. Например, протактиний-234 распадается почти 1 моментально, а уран-238 - очень медленно.

Активность радионуклида

Активность-мера радиоактивности (А) – отношение числа спонтанных (самопроизвольных) ядерных превращений, происходящих в источнике за интервал времени, к этому интервалу.