Ядерна фізика. Частина 8. З чим і як взаємодіє радіаційне випромінення

Ця стаття є частиною циклу з 8 статей про ядерну фізику.

Початок

Попередня частина

Раніше ми з вами дізналися, з чого складаються атоми, та познайомилися з деякими процесами, які в них можуть відбуватися. Нам вже відомо, що з атомних ядер можуть вилітати різні частинки, та як їх можна зареєструвати. Настав час дізнатися, якої шкоди різні частинки можуть нам заподіяти і який існує захист від них.

Альфа-частинки як правило випромінюються речовинами, що містять радіоактивні ядра. Їхній заряд та відносно велика маса спричиняють швидке гальмування в будь-якому середовищі. Навіть у повітрі частинки від альфа-розпадів не долають відстані у 10 сантиметрів. Достатньо товстий папір може їх затримати.  При зовнішньому опромінені тіла вони не проникають глибше шкіри. Але якщо до легень чи стравоходу потрапить пилинка навіть з незначною альфа-активністю, це буде дуже небезпечно. Якщо така пилинка затримається десь всередині організму, то невелика частина живої тканини отримає багато ушкоджень, адже частинки гальмуватимуться проходячи короткі відстані. Таке явище може бути дуже загрозливим.

Електрони теж є зарядженими, але значно легші, тому мають значно більший пробіг. Якщо вони є продуктами бета-радіоактивності, то затримає їх кілька міліметрів скла або якогось металу. Механізми, за якими бета-випромінення здатне зашкодити організму дуже схожі на такі у випадку і альфа-частинок, і інших заряджених частинок.

Гама-випромінення, як ми знаємо з попередньої частини цього циклу, з’являється при зміні внутрішнього стану ядер. Отже воно може бути супутнім продуктом багатьох ядерних реакцій: як розпадів радіоактивних елементів, так і, на приклад, в ядерних реакторах. Також є рентгенівське випромінення, яке по суті є тим самим явищем, тільки енергії квантів є меншими. Частіше за все рентгенівськими називають фотони з енергією меншою 200 кеВ, а гамма-випроміненням – фотони з більшою енергією.

Особливість взаємодії гамма-квантів з речовиною полягає в тому, що вона є стохастичною, тобто з потоку однакових частинок одні можуть пролетіти велику відстань без жодних змін, а інші – зникнути у взаємодії з одним атомом середовища, віддавши свою енергію. Імовірність того, що квант провзаємодіє, сильно залежить від енергії та від речовини. У видадку невеликиої інтенсивності зовнішнього опромінення тіла значної небезпеки немає, але поблизу інтенсивних джерел випромінення, яким може бути, на приклад, реактор, опромінення тіла є небезпечним, бо страждають одразу всі органи. Захистом від гамма-випромінення може бути речовина, яка містить важкі хімічні елементи (з великим  зарядом ядра). Частіше за все використовують свинець.

Нейтрони з’являються в результаті багатьох ядерних реакцій. Наприклад, ядерний реактор є дуже інтенсивним джерелом нейтронів в широкому діапазоні енергій.

Особливість взаємодії нейтронів з речовиною полягає в тому, що вони не мають заряду, тому взаємодіють здебільшого з атомними ядрами. Якщо це ядра легких елементів, тоді при зіткненнях нейтрон віддає велику частку своєї енергії і сповільнюється. Але тоді з’являється рухомий заряджений об’єкт – атомне ядро, якому нейтрон надав імпульс. Взаємодія таких ядер схожа на те, як альфа-частинки гальмуються в речовині.  Окрім такого роду зіткнень при потраплянні нейтронів у речовину можливі також ядерні реакції, в результаті яких одні атомні ядра перетворюються на інші, здебільшого нестабільні. Уявіть собі, наскільки такі процеси будуть небезпечними, якщо відбуватимуться в живому тілі!

Для захисту від нейтронів використовуються матеріали, які сповільнюють нейтрони і поглинають їх не породжуючи радіоактивних елементів. Часто роль такого захисту виконує суміш парафіну і борної кислоти. В парафіні багато атомів водню – найлегшого елементу,  а отже його ядра найкраще сповільнюють нейтрони. Бор активно поглинає сповільнені нейтрони випромінюючи гамма-кванти. Другий шар захисту – свинець, який поглинає ці гама-кванти.

На цьому я закінчую перший цикл публікацій про ядерну фізику простою мовою. Будь ласка, пропонуйте теми для нових текстів у коментарях. Пишіть, що вам цікаво.

Література:

1. Китайгородский А. И. Физика для всех: Фотоны и ядра. — М.: Наука, 1982

2. К. Н. Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Книга 1. Физика атомного ядра. Часть 1. Свойства ядра, нуклонов и радиоактивных излучений.

Джерелом усіх зображень є вікіпедія

https://uk.wikipedia.org