








Частицы и излучение, испускаемые при радиоактивном распаде несут достаточно энергии для того, чтобы выбить электрон из вещества, через которое они проходят. Другими словами, это излучение классифицируется как ионизирующее излучение (ионизирующее излучение – это любая частица или электромагнитное излучение, которые имеют достаточную энергию для выбивания электронов из атомов, молекул или ионов). Хотя основным источником ионизирующего излучения является радиоактивный распад, существуют и другие источники, подробное обсуждение которых проводится в разделе 5 этого модуля.
Следует отметить, что эффекты, вызванные ионизирующим излучением от любого источника, являются предметом особого рассмотрения для тела человека, в котором оно может взаимодействовать с биологическими клетками и могут вызвать повреждение тканей и органов.
Энергия ионизирующего излучения измеряется в электронвольтах (эВ). 1 эВ это энергия, которую приобретает электрон при прохождении разности потенциала в 1 вольт и равна 1.6 x 10-19 Дж. На практике, энергия ионизирующего излучения обычно дается в единицах производных от электронвольта, таких как килоэлектронвольт (кэВ или 103 эВ) или мегаэлектронвольт (МэВ или 106 эВ).
Как уже было отмечено, чаще всего при радиоактивном распаде испускаются альфа-частицы, бета-частицы и гамма-кванты. Другие возможные виды испускания частиц включают позитроны, рентгеновское излучение, и очень редко - нейтроны.
Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов, сильно связанных друг с другом. По сути это ядро гелия (He) с атомной массой 4 а.е.м. и зарядом +2e. Альфа-частицы обозначаются символом a.
Бета-частицы представляют собой электроны, которые испускаются ядром радионуклида. Они образуются, когда нейтрон в ядре распадается на протон и электрон. Протон остается в ядре, а электрон испускается в качестве бета-частицы. Бета-частица имеет маленькую массу (примерно 1/1820 а.е.м.) и единичный отрицательный заряд (т.е. заряд –1e). Бета-частицы обозначаются символом b, но иногда пишут b-, обозначая тем самым отрицательный заряд испускаемого электрона.
Гамма кванты являются электромагнитным излучением, которое испускается ядром атома. Электромагнитное излучение состоит из пакетов (квантов) энергии, называемых фотонами, которые передаются в форме волн со скоростью света. гамма излучение не обладает массой и зарядом и обозначается символом g.
Позитроны возникают при распаде протона в ядре, который превращается в нейтрон и положительный электрон (позитрон). Нейтрон остается в ядре, а позитрон испускается с большой скоростью. Позитроны подобны бета-частицам по большинству свойств, но главное отличие это – положительный заряд. Поэтому позитроны обозначаются символом b+, указывающему на сходство и отличие от бета-частиц.
Подобно гамма квантам рентгеновское излучение также является электромагнитным излучением, не обладающим массой и зарядом. Однако рентгеновское излучение отличается от гамма-излучения тем, что гамма-кванты испускаются при переходах в ядре атома, тогда как рентгеновское излучение испускается при переходах электрона между энергетическими уровнями в атоме. Рентгеновское излучение не имеет символьного обозначения, но вы можете встретить символ X, используемый для обозначения рентгеновского излучения (X-лучи).
Как Вы уже узнали из модуля 1.1 Структура материи, нейтроны (символ n) представляют собой нейтральные частицы, находящиеся в ядре атома, масса которых примерно равна 1а.е.м.
Таблица 1 суммирует свойства каждого вида ионизирующего излучения, которое может быть испущено при радиоактивном распаде.
Таблица 1
Свойства видов ионизирующего излучения
Вид излучения | Символ | Масса,а.е.м.* | Заряд,e# |
Альфа | a | 4 | +2 |
Бета | b- | 1/1820 | -1 |
Гамма | g | 0 | 0 |
Позитрон | b+ | 1/1820 | +1 |
Рентгеновские лучи | X | 0 | 0 |
Нейтрон | n | 1 | 0 |
* в а.е.м.
# в единицах элементарного заряда
Теперь посмотрите, как много Вы усвоили из прочитанного, ответив на следующие вопросы в Вашей рабочей тетради:
1. Соотнесите понятия радиоактивный материал, радиоактивный распад, ионизирующее излучение, электронвольт, альфа-частица, бета-частица, гамма кванты, позитрон, рентгеновское излучение и нейтрон со следующими определениями:
a) Частица, подобная электрону, но положительно заряженная.
b) Превращение ядра атома в стабильное.
c) Частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов.
d) Вещество, которое подвергается спонтанному изменению своей структуры, приводящему к его стабильному состоянию.
e) Частица, подобная электрону, испускаемая ядром с большой скоростью.
f) Нейтральная частица, очень редко испускаемая при радиоактивном распаде.
g) Величина, численно равная 1,6 x 10-19 Дж, которая используется для обозначения энергии ионизирующего излучения
h) Электромагнитное излучение, испускаемое при переходе электрона из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией .
i) Любая частица или излучение, обладающее достаточной энергией для выбивания электрона из атомов, молекул и ионов.
j) Электромагнитное излучение, испускаемое ядром атома.
2. Заполните следующую таблицу:
Вид излучения | Символ | Масса,а.е.м. | Заряд,e |
Альфа | |||
Бета | |||
Гамма | |||
Позитрон | |||
Рентгеновское излучение | |||
Нейтрон |
3. Какие два вида ионизирующего излучения чаще связывают с другими источниками, нежели радиоактивный распад?
Теперь сверьте Ваши ответы с модельными ответами в рабочей тетради.
Как уже было отмечено, когда радионуклиды подвергаются радиоактивному распаду, атом испускает частицы и излучение. Путь, по которому происходит распад, различен для каждого конкретного радионуклида, и их распад отличается как видом испускаемых частиц, так и энергиями частицы или излучения. Таблица нуклидов предоставляет полезную информацию касательно форм радиоактивного распада и энергии продуктов распада, и важно, чтобы Вы научились использовать эту информацию правильно.
Как Вы уже узнали из модуля 1.1 «Структура материи», диаграмму нуклидов можно использовать для нахождения как стабильных, так и нестабильных нуклидов. Запомните, что стабильные нуклиды образуют неровную полосу, проходящую диагонально в верх к правой стороне диаграммы. В основном, стабильные нуклиды имеют немного больше нейтронов, чем протонов, и это особенно справедливо для нуклидов с большой атомной массой. Также, чем ближе нуклид к линии стабильности, тем он стабильнее. Это отображается в том, что эти нуклиды имеют большой период полураспада.
К тому же кроме получения информации о стабильности, диаграмма нуклидов может использоваться для определения, каким образом определенный радионуклид будет распадаться. По диаграмме можно определить вид и энергию испускаемого излучения.
Взгляните на Вашу диаграмму нуклидов. Около центра каждой ячейки малыми буквами указаны формы распада радионуклида и энергия излучения. Моды распада даны в порядке распространенности, так что первая мода показывает наиболее вероятную моду распада радионуклида. Энергия излучения дана в МэВ для альфа- и бета-частиц и в кэВ для гамма или рентгеновского излучения. Найдите на диаграмме радионуклид йод-131. Какой вид излучения испускается и какова его энергия для наиболее вероятной моды распада этого радионуклида?
Наиболее вероятной модой распада йод-131 является испускание бета-частицы с энергией 0,606 МэВ.
Обратите внимание, что хотя наиболее вероятные моды распада приведены на диаграмме нуклидов, могут быть и другие более редкие моды распада, которые не перечислены. Также иногда две различные моды распада связаны друг с другом и это не обязательно отображено на диаграмме. Поэтому диаграмма нуклидов должна использоваться как путеводитель для определения мод распада, а не как источник полной информации.
Таблицу нуклидов можно использовать для предсказания вида продуктов распада. В разделе 2.4 показано, как использовать диаграмму нуклидов для определения продуктов распада.