36.14. Дозиметричні одиниці

Ядерне випромінювання (-, - і -промені, протони, нейтрони), взаємодіючи з електронами атомів або ядрами, може чинити різноманітні впливи на речовину. Заряджені частинки та -кванти, взаємодіючи з електронами, можуть іонізувати атоми або збуджувати їх, а також збуджувати або руйнувати молекули. Ці явища істотно впливають на хід багатьох хімічних реакцій і можуть стимулювати такі реакції, які не проходять у звичайних умовах. Ті ж дії побічно можуть робити й нейтрони, які після захоплення їх ядрами породжують -промені. Вплив ядерних випромінювань на хімічні процеси вивчають у ядерній хімії.

У живих організмах хімічні зміни, викликані ядерними випромінюваннями, можуть приводити до різних фізіологічних порушень, а також до мутацій. Ці питання розглядаються в радіаційній біології та медицині.

У твердих тілах ядерні випромінювання можуть вибивати атоми з їхніх рівноважних положень у кристалічній решітці, приводячи до появи численних дефектів, що істотно впливають на міцність, електропровідність і інші властивості твердих тел. Ці явища досліджують у радіаційній фізиці твердого тіла.

Взаємодію ядерного випромінювання з речовиною характеризують дозою іонізуючого випромінювання.

Дозою випромінювання називають відношення поглиненої енергії до маси опромінюваної речовини. Одиниця дози випромінювання — грей (Гр) — доза випромінювання, при якій опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія випромінювання 1 Дж. Позасистемна одиниця дози випромінювання — 1 рад (1 рад =0,01 Гр).

Потужність дози випромінювання - це доза, віднесена до одиниці часу; одиницею потужності випромінювання служить грей за секунду (Гр/с).

Експозиційна доза випромінювання являє собою енергетичну характеристику рентгенівського або -випромінювання, оцінювану по ефекті іонізації сухого повітря. Одиницею її служить кулон на кілограм (Кл/кг) — це еквівалентна доза рентгенівського або -випромінювання, при якій в 1 кг повітря утворюється заряд якого-небудь знака, рівний 1 Кл. Використається також позасистемна одиниця рентген (Р) — 1 Р=2,5810^{‑ 4} Кл/кг.

За одиницю потужності експозиційної дози взято ампер на кілограм (А/кг) — потужність електромагнітного випромінювання, при якому за час 1с експозиційна доза зростає на 1 Кл/кг. Застосовують також позастемні одиниці: рентген у секунду (1 Р/с = 2.58  10^-4 А/кг), рентген за хвилину (1Р/хв = 4.3  10^-6 А/кг), рентген за годину (1Р/год = 7.17  10^-8 А/кг).

Еквівалентну (або біологічну) дозу випромінювання оцінюють за її біологічним впливом. Вона дорівнює добутку дози випромінювання на коефіцієнт якості К, що характеризує відносний біологічний вплив даного типу випромінювання. Для рентгенівського й - випромінювань К=1, для теплових нейтронів К=3, для нейтронів з енергією 0.5 МеВ К=10. Одиниця еквівалентної дози – Дж/кг. Застосовують також позасистемну одиницю – біологічний еквівалент рентгена (бер), 1 бер = 0.01 Дж/кг.

37. Елементарні частинки

37.1. Фундаментальні взаємодії

У сучасній фізиці під елементарними частинками розуміють велику групу найдрібніших матеріальних частинок, у яку не входять такі складні утворення, як атоми й атомні ядра (за винятком протона). Елементарні частинки в точному значенні цього слова означають первинні, далі неподільні частинки, з яких складається матерія. Однак, хоча у всіх спостережувані дотепер явищах кожна з них поводиться як єдине ціле, більшість із них (зокрема протон і нейтрон) є складеними системами.

Приведемо різні структурні рівні будови матерії, обумовлені характерними масштабами, тобто типовими розмірами досліджуваних об'єктів і відстанями між ними.

Всі процеси, у яких беруть участь елементарні частинки (пружне розсіювання електронів на ядрах, протонах і інших електронах, взаємоперетворення частинок і їх розпад тощо обумовлені взаємодіями між ними.

У сучасній фізиці все різноманіття взаємодій між частинками зводиться до чотирьох фундаментальних видів: сильному, електромагнітному, слабкому та гравітаційному.

Сильна взаємодія забезпечує зв'язок нуклонів у ядрі і відповідальна за протікання багатьох процесів з характерним часом  10^-24…10^-23 с. Цей вид взаємодії належить до короткодіючих – найбільша відстань, на якому проявляється сильна взаємодія (радіус дії R) становить приблизно 10^-15 м, тому воно відіграє істотну роль лише в мікросвіті.

Електромагнітна взаємодія характеризує процеси, обумовлені наявністю в ряду елементарних частинок електричного заряду. Характерні часи протікання електромагнітних процесів  10^-20 с. Ця взаємодія має нескінченний радіус (R=) і порівняно велику інтенсивність, завдяки чому активно проявляється на всіх трьох масштабних рівнях: у мегасвіті, макросвіті та мікросвіті. Зокрема, електромагнітна взаємодія зумовлює сили між ядрами та електронами, і саме вона відповідальна за існування атомів і молекул. До електромагнітної взаємодії зводяться всі звичайні сили, крім сил ваги: сили пружності, тертя, поверхневого натягу тощо. Ними визначаються агрегатні стани речовини та хімічні перетворення, магнітні й оптичні явища.

Слабка взаємодія властива всім частинкам, крім фотонів. Вона відповідальна за всі види -розпаду ядер, за багато типів перетворень елементарних частинок. Слабка взаємодія, як і сильна, короткодіюча (R10^-18 м), але зі значно більшим характерним часом ( 10^-10 с).

Гравітаційна взаємодія властива всім тілам Всесвіту, проявляючись у вигляді сил всесвітнього тяжіння. Ці сили відіграють першорядну роль у верхньому структурному рівні матерії – мегасвіті, зумовлюючи існування зірок, планетних систем, галактик тощо. У фізиці елементарних частинок гравітаційна взаємодія не грає скільки-небудь помітної ролі на відстанях R10^-18 м, доступних для досліджень за допомогою прискорювачів заряджених частинок. Передбачається, що гравітаційна взаємодія стає істотною на відстанях R10^-35 м

Інтенсивність даної взаємодії визначається значенням деякого безрозмірного параметра (константи зв'язку). Для сильної, електромагнітної, слабкої та гравітаційної взаємодії протонів при енергії  10⁹ еВ ці параметри відносяться як 1:10^-2:10^-10:10^-38.