что такое бета излучение в физике

Под «радиацией» понимают любые разновидности излучений, существующих в природе. Радиоволны, солнечный свет, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение – это тоже радиация. Нейтронное, альфа-, бета-, гамма-излучения обладают наибольшей опасностью.

Что такое радиоактивность в физике

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.

Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.

Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.

Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.

В физике существуют такие виды радиоактивного распада:

α-распад с выделением α-частицы;

β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;

бесконтрольное деление ядра на осколки.

Альфа-излучение

Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.

Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.

Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.

Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.

Бета-излучение

Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.

Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.

Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.

Гамма-излучение

Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.

переходе его из возбужденного состояния в стабильное;

аннигиляции электрона и позитрона.

Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.

Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.

Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.

Нейтронное излучение

Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.

Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.

Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.

Рентгеновское излучение

Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.

Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.

Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.

Какое излучение самое опасное

Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию.

Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.

Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.

В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.

Источник

Бета-излучение

Содержание

Механизм распада

.

На фундаментальном уровне (показанном на Фейнмановской диаграмме) это обусловлено превращением d-кварка в u-кварк с испусканием W-бозона.

.

.

Но если разность масс начального и конечного атомов мала (меньше удвоенной массы электрона, то есть 1022 кэВ), то электронный захват происходит, не сопровождаясь конкурирующим процессом позитронного распада; последний в этом случае запрещён законом сохранения энергии.

Когда протон и нейтрон являются частями атомного ядра, эти процессы распада превращают один химический элемент в другой. Например:

( β − распад), ( β + распад), (электронный захват).

Бета-распад не меняет число нуклонов в ядре A, но меняет только его заряд Z. Таким образом может быть введён набор всех нуклидов с одинаковым A; эти изобарные нуклиды могут превращаться друг в друга при бета-распаде. Среди них некоторые нуклиды (по крайней мере, один) бета-стабильны, поскольку они представляют собой локальные минимумы излишка массы: если такое ядро имеет (A, Z) числа, соседние ядра (A, Z−1) и (A, Z+1) имеют больший излишек массы и могут распадаться посредством бета-распада в (A, Z), но не наоборот. Необходимо заметить, что бета-стабильное ядро может подвергаться другим типам радиоактивного распада (альфа-распаду, например). Большинство изотопов, существующих в природных условиях на Земле, бета-стабильны, но существует несколько исключений с такими большими периодами полураспада, что они не успели исчезнуть за примерно 4,5 млрд лет, прошедшие с момента нуклеосинтеза. Например, 40 K, который испытывает все три типа бета-распада (бета-минус, бета-плюс и электронный захват), имеет период полураспада 1.277×10 9 лет.

Бета-распад можно рассматривать как переход между двумя квантовомеханическими состояниями, обусловленный возмущением, поэтому он подчиняется золотому правилу Ферми.

График Кюри

График Кюри (известен также как график Ферми) — диаграмма, используемая для изучения бета-распада. Это энергетическая зависимость квадратного корня из количества излучённых бета-частиц с данной энергией, делённая на функцию Ферми. Для разрешённых (и некоторых запрещённых) бета-распадов график Кюри линеен (прямая линия, наклонённая в сторону роста энергии). Если нейтрино имеют конечную массу, то график Кюри вблизи точки пересечения с осью энергии отклоняется от линейного, благодаря чему появляется возможность измерить массу нейтрино.

Двойной бета-распад

Некоторые ядра могут испытывать двойной бета-распад (ββ-распад), при котором заряд ядра меняется на две единицы. В самых практически интересных случаях такие ядра бета-стабильны (простой бета-распад энергетически запрещён), поскольку когда β- и ββ-распады оба разрешены, вероятность β-распада (обычно) намного больше, мешая исследованиям очень редких ββ-распадов. Таким образом, ββ-распад обычно изучается только для бета-стабильных ядер. Как и простой бета-распад, двойной бета-распад не меняет A; следовательно, как минимум один из нуклидов с данным A должен быть стабильным по отношению как к простому, так и к двойному бета-распаду.

История

Исторически исследование бета-распада привело к первому физическому свидетельству существования нейтрино. В 1911 году Лиза Мейтнер и Отто Ган провели эксперимент, который показал, что энергии электронов, испускаемых при бета-распаде, имеют непрерывный, а не дискретный спектр. Это находилось в очевидном противоречии с законом сохранения энергии, поскольку получалось, что часть энергии терялась в процессах бета-распада. Вторая проблема заключалась в том, что спин атома азота-14 был равен 1, что противоречило предсказанию Резерфорда — ½. В известном письме, написанном в 1930 году, Вольфганг Паули предположил, что помимо электронов и протонов атомы содержат очень легкую нейтральную частицу, которую он назвал нейтроном. Он предположил, что этот «нейтрон» испускается при бета-распаде и раньше просто не наблюдался. В 1931 году Энрико Ферми переименовал «нейтрон» Паули в нейтрино, и в 1934 году Ферми опубликовал очень удачную модель бета-распада, в которой участвовали нейтрино.

Источник

Что представляет собой бета-излучение и способы защиты от него

Продолжаем наше знакомство с миром радиоактивности. Это явление было открыто боле века назад французским учёным Анри Беккерелем. Изучению свойств таинственных лучей посвятили свою жизнь Мария Складовская и Пьер Кюри. Они первыми ощутили на себе их пагубное воздействие. Что нам известно сейчас о радиоактивности? Оказалось, что, радиоактивное излучение имеет неоднородный состав. Это два вида частиц (альфа и бета) и гамма кванты.

В этой статье мы выясним, что такое бета-излучение, где встречается такой вид радиоактивности, как он влияет на человека и какие существуют способы защиты от него.

Что такое бета-излучение

Своим рождением бета-излучение обязаны распаду ядер атомов радиоактивных элементов. Вырываясь из плена внутриядерных сил, бета-частицы наследуют от родительского атома разную энергию и соответственно, разную скорость. Быстрота полёта этих частиц колеблется от 100 тыс. км/с и до световой скорости. Поэтому в воздухе они способны «пробегать» разные расстояния вплоть до 1800 см. В биологических тканях их жизненных сил хватает лишь на 2,5 см свободного пробега. Это вполне объяснимо. Поскольку проникающая способность бета-излучения зависит от плотности среды.

Из-за ничтожно малой массы, бета-частицы легко отклоняются от прямолинейного пути, описывая в веществе самые причудливые траектории.

Естественные источники бета-излучения

Естественное бета-излучение представляет собой поток мельчайших заряженных частиц, несущих либо отрицательный, либо положительный электрический заряд.

Каковы же источники бета-излучения? Природа не предусмотрела никаких источников радиации, способных излучать лишь бета-излучение. Как правило, оно является лишь одним из компонентов семейства естественных радиоактивных излучений. Оно приходит к нам из космических глубин, просачивается из земных недр в местах залегания руд, содержащих радиоактивные частицы.

Но некоторые химические элементы при радиоактивном распаде особенно активно излучают бета-частицы (прометий, криптон, стронций и другие).

Искусственные источники бета-излучения

Наряду с естественным радиоактивным фоном, окружающий нас мир вынужден существовать среди множества искусственно созданных источников радиации. Наведённая радиоактивность — это чаще всего тяжкое наследие радиационных аварий, когда β-распад приводит к рождению новой порции радиоактивных атомов, но с другим атомным номером в таблице Менделеева.

Техногенная авария на АЭС Фукусима 1 в сентябре 2013 года привела к утечке радиоактивной воды. В результате чего содержание изотопов цезия и стронция, излучающих бета-частицы, выросло в тысячи раз.

Создание источников этого излучения часто инициируется человеком целенаправленно, для вполне конкретных практических нужд.

Применение бета-излучения

Так же, как и другие виды радиоактивных излучений, бета-излучение находит широкое применение в медицине. Это бета-терапия и радиоизотопная диагностика.

Для терапевтических целей на поражённые участки накладываются аппликаторы, излучающие бета-лучи.

Источники бета-излучения применяют в химии, для контроля разнообразных автоматических процессов, при ремонте автомобилей, в археологии для определения возраста горных пород и т. д.

Влияние бета-излучения на человека

Как же эти представители микромира влияют на человеческий организм? Если бета-излучение попадает на кожу человека, то происходит ожёг тканей. Степень повреждения при этом зависит от длительности облучения, его интенсивности и структуры ткани. Особенно страдают открытые участки тела и слизистые оболочки глаз.

После аварии на Чернобыльской АЭС в радиусе более 100 метров у людей, ступавших на землю босыми ногами, наблюдались тяжёлые ожоги стоп. Но особо тяжкие последствия имеют место при попадании вещества, испускающих эти крохотные, но далеко не безобидные частички внутрь организма. При этом происходит ионизация молекул, гибель клеток, выделение токсинов, ведущих к отравлению организма и в итоге — к летальному исходу. Опасность бета-излучения весьма велика! Каждая бета-частица со средним значением энергии, может образовать на своём пути в воздухе около 30 000 пар ионов. То есть весь её путь среди живых тканей усеян остатками молекул, являющихся источниками разрушительных процессов в организме.

В сфере обитания человека радиоактивность до определённой нормы является таким же естественным компонентом, как скажем, кислород. Безопасной нормой бета-облучения считается 0.20 мкЗв/час. Если же радиационный фон превысил эту норму в 2 раза, то находиться в этой зоне без последствий вы можете лишь полчаса.

Защита от бета-излучения

Когда речь идёт о людях чья профессиональная деятельность, так или иначе, связана с бета-излучателями, для защиты и минимизации последствий их воздействия предусмотрены следующие правила.

При планировании кратковременных работ используются радиопротекторы — вещества, вводимые в организм до начала работ в опасной зоне, и способные ослабить действие излучения. Они вводятся в организм в виде инъекций или пищевых добавок.

Что делать, если облучение произошло:

Что должны знать обычные люди, далёкие от сферы атомной энергетики, чтобы не стать невольным объектом воздействия дополнительной дозы бета-излучения?

Если исключить необходимые медицинские процедуры с участием бета-источников, то следует знать, что при работе ядерных реакторов образуется йод-131, являющийся источником значительного бета-излучения. Вместе с зелёной растительной массой они попадают в корма для животных и скапливаются в молочных продуктах. Далее, этот изотоп находит для себя «пристанище» в щитовидной железе, вызывая внутреннее облучение. Регулярное введение в рацион продуктов, богатых стабильным йодом (морепродуктов) является действенной защитой от этой опасности.

Ещё один пример. Для облегчения поиска ключей в темноте используются тритиевые брелоки. Исходящее из трития бета-излучение, вызывает свечение люминофора. Производители уверяют в безопасности этого гаджета. Однако нарушение целостности корпуса может привести к попаданию вредного излучения в организм человека. Прежде чем приобрести подобную «игрушку» — поинтересуйтесь компонентами, задействованными в её работе.

В качестве мер защиты от бета-излучения совершенно нелишним будет наличие в каждой семье дозиметра, позволяющего оценить радиационную ситуацию в своём доме и проверить радиоактивность приобретаемых продуктов.

Зная, что, представляет собой бета-излучение, и чётко осознавая опасность, сопутствующую его воздействию, следует очень серьёзно отнестись к выполнению всех предлагаемых рекомендаций. Поскольку стремительный поток электронов и позитронов, несмотря на ничтожно малую массу этих частиц, является носителем очень значительной энергии и способен нанести серьёзнейшие повреждения организму за счёт своей активной ионизирующей способности.

Источник

Бета-излучение: описание, источники и меры защиты

Общее описание

Бета-излучение образуется при распаде атомных ядер радиоактивных веществ.

Бета — частицы представляют собой электрон или протон (определяется полярностью). Скорость их полета может варьироваться от 100 000 км/с до скорости света. Потому в окружающем пространстве они могут преодолевать расстояния до 2 км.

Однако в биоткань они могут проникнуть лишь на 2,4−2,6 см. Это обуславливается зависимостью проникающей способности рассматриваемой разновидности излучения от показателей плотности среды. Ввиду незначительной массы, излученные частички, отклоняясь, описывают внутри вещества хаотичные траектории.

Источники излучения

В природе не существует радиоактивных источников, излучающих исключительно бета-частицы. Бета-излучение, как правило, один из многочисленных компонентов радиации, которая просачивается из недр земли или приходит из космоса. Однако существует ряд элементов, которые формируют частички при распаде. К этим источникам бета-излучения относятся следующие:

В мире существуют и искусственные источники радиоактивного воздействия. Радиоактивность — верная «спутница» аварий на атомных электростанциях. К примеру, техногенная катастрофа на АЭС Фукусима стала причиной утечки воды с высоким радиационным фоном.

Люди часто создают сами источники радиации для выполнения тех или иных потребностей. Зная о том, что представляет собой бета-излучение, можно себя обезопасить.

Особенности применения

Эта разновидность излучения нередко используется в медицинской сфере. Самыми распространенными направлениями применения бета-частиц являются следующие:

Кроме того, бета-излучение используется в химической промышленности, при автомобильном ремонте, в археологии и многих иных сферах.

Воздействие на человеческий организм

При попадании бета-частиц на кожный покров, происходит сильный ожог.

Уровень повреждения зависит от продолжительности и интенсивности воздействия, а также особенностей ткани. Больше всего страдают слизистые оболочки и открытые места.

После катастрофы на АЭС в Чернобыле у людей, которые находились рядом и не были обуты, появлялись сильные ожоги на пятках. Однако гораздо более серьезные последствия влечет за собой попадание частиц внутрь организма. При этом погибают клетки, молекулы ионизируются, происходит выделение токсины, которые могут с легкостью привести к смерти. Такое излучение очень опасно.

В повседневной жизни радиоактивность в той или иной степени считается естественным явлением. Норма излучения — 0,20 мкЗв/час. В том случае, если радиоактивный фон вдвое превысил это значение, то на зараженной территории не стоит находиться более 20−40 минут.

Меры защиты

Людям, которые работают на производстве, связанном с радиоактивным воздействием, нужно придерживаться техники безопасности и ряда правил. К ним относятся следующие рекомендации:

Придерживаясь этих правил, можно обеспечить себе надежную защиту. Если же облучение уже произошло, нужно выполнить такие действия:

Для контроля радиационного фона в домашних условиях полезно обзавестись дозиметром. Это устройство позволяет своевременно обнаружить, к примеру, опасный продукт или изделие. Тем более стоимость прибора вполне доступна.

Источник

Альфа-, бета-, гамма-излучения — свойства, характеристика и показатели

Под «радиацией» понимают любые разновидности излучений, существующих в природе. Радиоволны, солнечный свет, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение – это тоже радиация. Нейтронное, альфа-, бета-, гамма-излучения обладают наибольшей опасностью.

Что такое радиоактивность в физике

Любой атом имеет ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные заряженные частицы — электроны.

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.

Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.

Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.

Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.

В физике существуют такие виды радиоактивного распада:

α-распад с выделением α-частицы;

β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;

γ-распад — излучение атомным ядром кванта ионизирующих лучей;

бесконтрольное деление ядра на осколки.

Альфа-излучение

Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.

Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.

Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.

Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.

Бета-излучение

Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.

Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.

Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.

Гамма-излучение

Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.

переходе его из возбужденного состояния в стабильное;

аннигиляции электрона и позитрона.

Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.

Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.

Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.

Нейтронное излучение

Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.

Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.

Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.

Рентгеновское излучение

Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.

Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.

Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.

Какое излучение самое опасное

Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию.

Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.

Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.

В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.

Источник