Під радіоактивністю розуміють здатність атомних ядер розпадатися з випусканням певних частинок. Радіоактивний розпад стає можливим тоді, коли він йде з виділенням енергії. Цей процес характеризується часом життя ізотопу, типом випромінювання та енергіями частинок, що випускаються.
Що таке радіоактивність
За радіоактивністю у фізиці розуміють нестійкість ядер ряду атомів, яка проявляється в їх природній здатності мимоволі розпадатися. Цей процес супроводжується випусканням іонізуючого випромінювання, яке називають радіацією. Енергія частинок іонізуючого випромінювання може бути дуже велика. За допомогою хімічних реакцій радіацію викликати не можна.
Радіоактивні речовини і технічні установки (прискорювачі, реактори, обладнання для рентгенівських маніпуляцій) є джерелами радіації. Сама радіація існує тільки до моменту поглинання в речовині.
Радіоактивність вимірюється в бекерелях (Бк). Нерідко використовують іншу одиницю - кюрі (Кі). Активність джерела радіації характеризується числом розпадів на секунду.
Мірою іонізуючого впливу випромінювання на речовину є експозиційна доза, найчастіше вона вимірюється в рентгенах (Р). Один рентген - дуже велика величина. Тому на практиці найчастіше використовують мільйонні або тисячні частки рентгена. Випромінювання в критичних дозах цілком може стати причиною променевої хвороби.
З поняттям радіоактивності тісно пов 'язане поняття періоду напіврозпаду. Так називають час, за який число радіоактивних ядер зменшується вдвічі. Кожен радіонуклід (вид радіоактивного атома) має свій період напіврозпаду. Він може бути дорівнює секундам або мільярдам років. Для цілей наукових досліджень важливий той принцип, що період напіврозпаду однієї і тієї ж радіоактивної речовини постійний. Змінити його не вийде.
Загальна інформація про радіацію. Види радіоактивності
При синтезі речовини або її розпаді йде викид складових атом елементів: нейтронів, протонів, електронів, фотонів. Кажуть при цьому, що відбувається випромінювання таких елементів. Подібне випромінювання називають іонізуючим (радіоактивним). Інша назва цього явища - радіація.
Під радіацією розуміють процес, при якому речовиною випромінюються елементарні заряджені частинки. Вид радіації визначається тими елементами, які випромінюються.
Іонізацією називають процес утворення заряджених іонів або електронів з нейтральних молекул або атомів.
Радіоактивне випромінювання ділять на кілька видів, які викликаються різними за своєю природою мікрочастинками. Частинки речовини, що беруть участь у випромінюванні, мають різний енергетичний вплив, різну проникаючу здатність. Різною буде і біологічні дія радіації.
Коли говорять про види радіоактивності, під ними розуміють види радіації. До них у науці відносять такі групи:
- альфа-випромінювання;
- бета-випромінювання;
- нейтронне випромінювання;
- гамма-випромінювання;
- рентгенівське випромінювання.
Альфа-випромінювання
Цей вид радіації виникає в разі розпаду ізотопів елементів, що не відрізняються стабільністю. Так називають випромінювання важких і позитивно заряджених альфа-частинок. Ними є ядра атомів гелію. Альфа-частинки можуть виходити при розпаді складних ядер атомів:
- торія;
- урану;
- Радія.
Альфа-частинки відрізняє велика маса. Швидкість випромінювання цього виду відносно невисока: вона в 15 разів нижче швидкості світла. При контакті з речовиною важкі альфа-частинки входять у зіткнення з його молекулами. Відбувається взаємодія. Однак частинки втрачають енергію, тому їх проникаюча здатність дуже мала. Затримати альфа-частинки може простий аркуш паперу.
І все ж при взаємодії з речовиною альфа-частинки викликають його іонізацію. Якщо мова йде про клітини живого організму, що альфа-випромінювання здатне їх пошкоджувати, руйнуючи при цьому тканини.
Альфа-випромінювання володіє найменшою серед інших видів іонізуючого випромінювання проникаючою здатністю. Однак наслідки впливу таких частинок на живу тканину вважають найважчими.
Отримати дозу радіації даного виду живий організм може, якщо радіоактивні елементи потраплять всередину організму з їжею, повітрям, водою, через поранення або порізи. Коли радіоактивні елементи проникають всередину організму, вони за допомогою кровотоку розносяться по всіх його частинах, накопичуються в тканинах.
Певні види радіоактивних ізотопів можуть існувати тривалий час. Тому при потраплянні в організм вони можуть викликати в клітинних структурах дуже серйозні зміни - аж до повного переродження тканин.
Радіоактивні ізотопи не можуть вийти з організму самі. Нейтралізувати, засвоїти, переробити або утилізувати такі ізотопи організм не в змозі.
Нейтронне випромінювання
Так називається техногенне випромінювання, яке виникає при атомних вибухах або в ядерних реакторах. Нейтронне випромінювання не володіє зарядом: Стикаючись з речовиною, вона дуже слабо взаємодіє з частинами атома. Проникаюча здатність цього виду радіації висока. Зупинити його можуть матеріали, в яких багато водню. Це може бути, зокрема, ємність з водою. Нейтронне випромінювання також насилу проникає через поліетилен.
При проходженні крізь біологічні тканини нейтронне випромінювання здатне завдати клітинним структурам дуже серйозної шкоди. Воно володіє істотною масою, швидкість його набагато вище, ніж у альфа-випромінювання.
Бета-випромінювання
Воно виникає в момент перетворення одного елемента в інший. Процеси при цьому йдуть в самому ядрі атома, що призводить до змін у властивостях нейтронів і протонів. При цьому нейтрон перетворюється на протон або протон на нейтрон. Процес супроводжується випромінюванням позитрона або електрону. Швидкість бета-випромінювання близька до швидкості світла. Елементи, які випромінюються речовиною, носять назву бета-частинок.
За рахунок високої швидкості і малих розмірів випромінюваних частинок бета-випромінювання має високу проникаючу здатність. Однак його здатність іонізувати речовину в кілька разів менша, ніж у альфа-випромінювання.
Бета-випромінювання без будь-яких зусиль проникає крізь одяг і в деякій мірі - через живі тканини. Але якщо частинки зустрічають на своєму шляху щільні структури речовини (наприклад, метал), вони починають з ним взаємодіяти. При цьому бета-частинки втрачають частину своєї енергії. Повністю зупинити таке випромінювання здатен металевий лист товщиною в кілька міліметрів.
Альфа-випромінювання небезпечне лише при безпосередньому контакті з радіоактивним ізотопом. А ось бета-випромінювання може завдати шкоди організму на відстані в кілька десятків метрів від джерела випромінювання. Коли радіоактивний ізотоп виявляється всередині організму, він має тенденцію до накопичення в органах і тканинах, пошкоджуючи їх і викликаючи істотні зміни.
Окремі радіоактивні ізотопи бета-випромінювання мають тривалий період розпаду: потрапивши в організм, вони цілком можуть опромінювати його протягом ряду років. Наслідком цього може бути рак.
Гамма-випромінювання
Так називають енергетичне випромінювання електромагнітного типу, коли речовина випускає фотони. Дане випромінювання супроводжує розпад атомів речовини. Гамма-випромінювання проявляється у вигляді електромагнітної енергії (фотонів), яка вивільняється в ході зміни стану ядра атома. Гамма-випромінювання має швидкість, рівну швидкості світла.
Коли йде радіоактивний розпад атома, з однієї речовини утворюється інша. Атоми отриманих речовин енергетично нестабільні, вони знаходяться в так званому збудженому стані. Коли нейтрони і протони впливають один на одного, протони і нейтрони приходять до стану, при якому сили взаємодії стають врівноваженими. Надлишки енергії атом викидає у вигляді гамма-випромінювання.
Проникаюча здатність його велика: гамма-випромінювання без зусиль проникає крізь одяг і живі тканини. Але через метал йому пройти набагато складніше. Зупинити такий вид радіації може товстий шар бетону або сталі.
Головна небезпека гамма-випромінювання в тому, що воно здатне долати дуже великі відстані, надаючи при цьому сильний вплив на організм за сотні метрів від джерела випромінювання.
Рентгенівське випромінювання
Під ним розуміють електромагнітне випромінювання, що має вигляд фотонів. Рентгенівське випромінювання виникає в разі переходу електрона з однієї атомної орбіти на іншу. За своїми характеристиками таке випромінювання подібне до гамма-випромінювання. Але проникаюча здатність його не така велика, адже довжина хвилі в цьому випадку більша.
Одним із джерел рентгенівського випромінювання є Сонце; однак атмосфера планети дає достатній захист від цього впливу.