Что такое бета лучи

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

Виды радиоактивных излучений

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа излучение

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше «коэффициент k» тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео: Виды радиации

Источник

Бета-лучи

Бета-частица (β-частица), заряженная частица, испускаемая в результате бета-распада. Поток бета-частиц называется бета-лучи или бета-излучение.

Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β—), положительно заряженные — позитронами (β+).

Свойства

Энергии бета-частиц распределены непрерывно от нуля до некоторой максимальной энергии, зависящей от распадающегося изотопа; эта максимальная энергия лежит в диапазоне от 2,5 кэВ (для рения-187) до десятков МэВ (для короткоживущих ядер, далёких от линии бета-стабильности).

Бета-лучи под действием электрического и магнитного полей отклоняются от прямолинейного направления. Скорость частиц в бета-лучах близка к скорости света. Бета-лучи способны ионизировать газы, вызывать химические реакции, люминесценцию, действовать на фотопластинки.

Радиоактивность

Значительные дозы внешнего бета-излучения могут вызвать лучевые ожоги кожи и привести к лучевой болезни. Ещё более опасно внутреннее облучение от бета-активных радионуклидов, попавших внутрь организма. Бета-излучение имеет значительно меньшую проникающую способность, чем гамма-излучение (однако на порядок большую, чем альфа-излучение). Слой любого вещества с поверхностной плотностью порядка 1 г/см 2 (например, несколько миллиметров алюминия или несколько метров воздуха) практически полностью поглощает бета-частицы с энергией около 1 МэВ.

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Бета-лучи» в других словарях:

БЕТА-ЛУЧИ — (ß лучи) поток (см.), испускаемых радиоактивными веществами при их (см.) … Большая политехническая энциклопедия

бета-лучи — бета лучи, бета распад, бета частицы. Первая часть произносится [бэта] … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

бета-лучи — бета лучи, бета лучей … Орфографический словарь-справочник

бета-лучи — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN beta rays … Справочник технического переводчика

бета-лучи — 2.1 бета лучи (beta ray): Радиоактивное излучение, представляющее собой поток электронов и испускаемое при ядерном распаде радиоактивных элементов. Примечание В соответствии с настоящим стандартом могут использоваться такие элементы, как 147Рm,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

бета-лучи — beta spinduliuotė statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų srautas. atitikmenys: angl. beta radiation; beta particle radiation rus. бета излучение; бета лучи … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

бета-лучи — beta spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. beta radiation; beta rays; beta particle radiation vok. Beta Strahlen, m; Beta Strahlung, f rus. бета излучение, n; бета лучи, m pranc. radiation bêta, f; rayonnement bêta, m; rayons… … Fizikos terminų žodynas

бета-лучи — beta spinduliai statusas T sritis chemija apibrėžtis Labai siauras beta dalelių pluoštas. atitikmenys: angl. beta rays rus. бета лучи … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

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