Что такое гамма лучи

Гамма-излучение: понятие, источники, применение и способы защиты

Гамма-излучением называется одна из коротковолновых разновидностей электромагнитных излучений. Из-за крайне малой длины волны излучения гамма диапазона обладают выраженными корпускулярными свойствами, при этом волновые свойства практически отсутствуют.

Гамма ионизирующее излучение обладает мощнейшим травмирующим действием на живые организмы, и при этом его совершенно невозможно распознать органами чувств.

Оно относится к группе ионизирующих излучений, то есть способствует превращению устойчивых атомов различных веществ в ионы с положительным или отрицательным зарядом. Скорость гамма-излучения сопоставима со скоростью света. Открытие ранее неизвестных радиационных потоков было сделано в 1900 году французским учёным Вилларом.

Для названий радиоактивных излучений были использованы буквы греческого алфавита. Излучение, находящееся на шкале электромагнитных излучений после рентгеновского, получило название гаммы — третьей буквы алфавита.

Следует понимать, что границы между различными видами радиации, весьма условны.

Что такое гамма-излучение

Попробуем, избегая специфической терминологии, разобраться, что такое гамма ионизирующее излучение. Любое вещество состоит из атомов, которые в свою очередь включают в себя ядро и электроны. Атом, а тем более его ядро отличаются высокой устойчивостью, поэтому для их расщепления нужны особые условия.

Если эти условия каким-то образом возникают или получены искусственно, происходит процесс ядерного распада, который сопровождается выделением большого количества энергии и элементарных частиц.

В зависимости от того, что именно выделяется в этом процессе, излучения делятся на несколько видов. Альфа, бета и нейтронное излучение отличаются выделением элементарных частиц, а рентгеновские и гамма активный луч — это поток энергии.

Хотя, на самом деле, любое излучение, в том числе и излучение в гамма-диапазоне, подобно потоку частиц. В случае этого излучения частицами потока являются фотоны или кварки.

По законам квантовой физики, чем меньше длина волны, тем более высокой энергией обладают кванты излучения.

Так как длина волны гамма лучей очень мала, то можно утверждать, что энергия гамма излучения чрезвычайно велика.

Возникновение гамма-излучения

Источниками излучения в гамма-диапазоне являются различные процессы. Во вселенной существуют объекты, в которых происходят реакции. Результатом этих реакций является космическое гамма-излучение.

Основные источники гамма-лучей — это квазары и пульсары. Ядерные реакции с массивным выделением энергии и гамма-излучения также происходят в процессе преобразования звезды в сверхновую.

Гамма электромагнитное излучение возникает при различных переходах в области атомной электронной оболочки, а также при распаде ядер некоторых элементов. Среди источников гамма-лучей можно также назвать определённую среду с сильным магнитным полем, где элементарные частицы тормозятся сопротивлением этой среды.

Опасность гамма-лучей

В силу своих свойств радиация гамма-спектра обладает очень высокой проникающей способностью. Чтобы её задержать, нужна свинцовая стена толщиной не менее пяти сантиметров.

Кожные покровы и прочие защитные механизмы живого существа не являются препятствием гамма-излучению. Оно проникает прямо в клетки, оказывая разрушительное воздействие на все структуры. Облучённые молекулы и атомы вещества сами становятся источником излучения и провоцируют ионизацию других частиц.

В результате этого процесса из одних веществ получаются другие. Из них составляются новые клетки с другим геномом. Ненужные при строительстве новых клеток остатки старых структур становятся токсинами для организма.

Наибольшая опасность радиационных лучей для живых организмов, получивших дозу радиации, в том, что они не способны ощущать наличие в пространстве этой смертельной волны. А также в том, что у живых клеток нет никакой специфической защиты от разрушительной энергии, которую несёт гамма ионизирующее излучение. Наибольшее влияние этот вид радиации оказывает на состояние половых клеток, несущих молекулы ДНК.

Разные клетки организма по-разному ведут себя в гамма-лучах, и обладают разной степенью устойчивости к воздействию этого вида энергии. Однако ещё одним свойством гамма-излучения является кумулятивная способность.

Однократное облучение небольшой дозой не наносит непоправимого разрушительного воздействия на живую клетку. Именно поэтому радиационным излучениям нашлось применение в науке, медицине, промышленности и других областях человеческой деятельности.

Области применения гамма-лучей

Даже смертоносным лучам пытливые умы учёных нашли сферы применения. В настоящее время гамма-излучение используется в различных отраслях промышленности, идут на благо науки, а также успешно применяются в различных медицинских приборах.

Способность изменять структуру атомов и молекул оказалась на благо при лечении тяжёлых заболеваний, разрушающих организм на клеточном уровне.

Для лечения онкологических новообразований гамма-лучи незаменимы, так как способны разрушить аномальные клетки, и прекратить их стремительное деление. Иногда остановить аномальный рост раковых клеток невозможно ничем, тогда на помощь приходит гамма-излучение, где клетки уничтожаются полностью.

Применяется гамма ионизирующее излучение для уничтожения патогенной микрофлоры и различных потенциально опасных загрязнений. В радиоактивных лучах стерилизуют медицинские инструменты и приборы. Также данный вид радиации применяется для обеззараживания некоторых продуктов.

Гамма-лучами просвечивают различные цельнометаллические изделия для космической и других отраслей промышленности с целью обнаружения скрытых дефектов. В тех областях производства, где необходим предельный контроль за качеством изделий, этот вид проверки просто незаменим.

При помощи гамма-лучей учёные измеряют глубину бурения, получают данные о возможности залегания различных пород. Гамма-лучи могут быть использованы и в селекции. Строго дозированным потоком облучаются определённые отобранные растения, чтобы получить нужные мутации в их геноме. Таким способом селекционеры получают новые породы растений с нужными им свойствами.

С помощью гамма-потока определяются скорости космических аппаратов и искусственных спутников. Посылая лучи в космическое пространство, учёные могут определить расстояние и смоделировать путь космического аппарата.

Способы защиты

Земля обладает естественным механизмом защиты от космической радиации, это озоновый слой и верхние слои атмосферы.

Те лучи, которые, обладая огромными скоростями, проникают в защищённое пространство земли, не причиняют большого вреда живым существам. Наибольшую опасность представляют источники и гамма-радиация, полученная в земных условиях.

Для обеспечения работников этих объектов принимаются самые серьёзные меры. Трагедии, произошедшие в разных точках мира, из-за утраты человеком контроля за ядерной реакцией, научили людей быть осторожными с невидимым врагом.

Защита работников электростанций

На предприятиях ядерной энергетики и производствах, связанных с использованием гамма-излучения, строго ограничивается время контакта с источником радиационной опасности.

Все сотрудники, имеющие служебную необходимость контактировать или находиться вблизи источника гамма-излучения, используют специальные защитные костюмы и проходят несколько ступеней очистки перед тем, как вернуться в «чистую» зону.

Для эффективной защиты от гамма-лучей используются материалы, обладающие высокой прочностью. К ним относятся свинец, высокопрочный бетон, свинцовое стекло, определённые виды стали. Эти материалы применяются в сооружении защитных контуров электростанций.

Элементы из этих материалов используются при создании противорадиационных костюмов для сотрудников электростанций, имеющих допуск к источникам радиации.

В так называемой «горячей» зоне свинец нагрузки не выдерживает, так как его температура плавления недостаточно высока. В области, где протекает термоядерная реакция с выделением высоких температур, используются дорогие редкоземельные металлы, например вольфрам и тантал.

Все люди, имеющие дело с гамма-излучением, обеспечиваются индивидуальными измерительными приборами.

Ввиду отсутствия естественной чувствительности к радиации, человек может воспользоваться дозиметром, чтобы определить, какую дозу радиации он получил за определённый период.

Нормальной считается доза, не превышающая 18-20 микрорентген в час. Ничего особенно страшного не произойдёт при облучении дозой до 100 микрорентген. Если человек получил такую дозу, могут проявиться последствия через две недели.

Из всех видов радиации именно гамма-лучи несут наибольшую опасность для человека. К сожалению, вероятность радиационного заражения существует для каждого. Даже находясь вдали от промышленных предприятий, производящих энергию посредством расщепления атомного ядра, можно подвергнуться опасности облучения.

Источник

Гамма-излучение

Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант.

Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10 5 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение ). Энергия гамма-квантов, возникающих при переходах между возбуждёнными состояниями ядер, не превышает нескольких десятков МэВ. Энергии гамма-квантов, наблюдающихся в космических лучах, могут превосходить сотни ГэВ.

Содержание

Физические свойства

Детектирование

Использование

Области применения гамма-излучения:

Биологические эффекты

Защита

Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

Источник

Электромагнитные волны: что такое гамма-излучение и его вред

О вреде рентгенологического исследования знают многие. Есть и такие, кто слышал об опасности, которую представляют лучи из гамма-категории. Но далеко не все в курсе, что такое гамма-излучение и какую конкретно опасность оно таит.

Среди многочисленных видов электромагнитного излучения существуют гамма-лучи. О них обыватели знают гораздо меньше, чем о рентгеновском излучении. Но это не делает их менее опасными. Главной особенностью этого излучения считается небольшая длина волны.

По своей природе они похоже на свет. Скорость их распространения в пространстве идентичная световой, и составляет 300 000 км/сек. Но из-за своих особенностей такое излучение несет сильное токсическое и травмирующее воздействие на все живое.

Главные опасности гамма-излучения

Основными источниками гамма-облучения числятся космические лучи. Также на их образование влияет распад атомных ядер различных элементов с радиоактивной составляющей и несколько других процессов. Вне зависимости от того, каким конкретно способом излучение попало на человека, оно всегда несет идентичные последствия. Это сильное ионизирующее воздействие.

Физики отмечают, что самые короткие волны электромагнитного спектра имеют самую большую энергетическую насыщенность квантов. Из-за этого гамма-фон получил славу потока с большим энергетическим запасом.

Его влияние на все живое заключается в следующих аспектах:

Но главной опасностью такого типа излучения считается отсутствие у человека особого механизма, направленного на своевременное обнаружение таких волн. Из-за этого человек может получить смертельную дозу облучения и даже сразу не понять этого.

Все органы человека по-разному реагируют на гамма-частицы. Некоторые системы справляются лучше других за счет сниженной индивидуальной чувствительности к столь опасным волнам.

Хуже всего такое воздействие сказывается на кроветворной системе. Объясняется это тем, что именно тут присутствуют одни из наиболее быстро делящихся клеток в организме. Также от такого облучения сильно страдают:

Проникнув в структуру цепочки ДНК, лучи запускают процесс многочисленных мутаций, сбивая природный механизм наследственности. Далеко не всегда врачи могут сразу определить, в чем причина резкого ухудшения самочувствия больного. Происходит это за счет длительного латентного периода и способности облучения накапливать вредоносное действие в клетках.

Области применения гамма-излучения

Разобравшись с тем, что такое гамма-излучение, людей начинает интересовать сфера использования опасных лучей.

Согласно последним исследованиям, при неконтролируемом стихийном воздействии излучения из гамма-спектра последствия дают о себе знать нескоро. В особо запущенных ситуациях облучение может «отыграться» на следующем поколении, не имея видимых последствий для родителей.

Несмотря на доказанную опасность таких лучей, ученые все равно продолжают использовать это излучение в промышленных масштабах. Зачастую его применение встречается в таких отраслях:

В последнем случае мутации сельскохозяйственных культур позволяют использовать их для выращивания на территории стран, изначально к этому не приспособленных.

Применяются гамма-лучи в медицине при лечении различных онкологических заболеваний. Метод получил название лучевой терапии. Он направлен на то, чтобы максимально сильно воздействовать на клетки, которые делятся особо быстро. Но помимо утилизации таких вредных для организма клеток происходит убийство сопутствующих здоровых клеток. Из-за такого побочного эффекта врачи многие годы пытаются отыскать более результативные лекарства для борьбы с раком.

Но существуют такие формы онкологии и сарком, от которых избавиться любым другим известным науке методом не получится. Тогда и назначается лучевая терапия, чтобы в сжатые сроки подавить жизнедеятельность патогенных опухолевых клеток.

Другие сферы использования излучения

Сегодня энергия гамма-излучения изучена достаточно хорошо, чтобы понимать все сопутствующие риски. Но еще лет сто назад люди относились к такому облучению более пренебрежительно. Их познания в свойствах радиоактивности были ничтожно малы. Из-за такого незнания многие люди страдали от непонятных для докторов прошлой эпохи болезней.

Встретить радиоактивные элементы можно было в:

Некоторые «приветы из прошлого» могут нести в себе опасность даже сегодня. Особенно это касается частей устаревшего медицинского или военного оборудования. Их находят на территории заброшенных воинских частей, госпиталей.

Также огромную опасность представляет радиоактивный металлолом. Он может нести угрозу сам по себе, а может быть найден на территории с повышенной радиацией. Чтобы избежать скрытого воздействия от предметов металлолома, найденного на свалке, каждый объект нужно проверять со специальным оборудованием. Он может выявить его настоящий радиационный фон.

В «чистом виде» наибольшую опасность гамма-излучение представляет из таких источников:

Первооткрывателем в области изучения гамма-частиц стал Поль Виллар. Этот французский специалист в сфере физических изысканий заговорил о свойствах излучения гамма-лучей еще в 1900 году. Натолкнул его на это эксперимент по изучению особенностей радия.

Как защититься от вредоносного излучения?

Чтобы защита зарекомендовала себя в качестве действительно эффективного блокиратора, нужно подходить к ее созданию комплексно. Причина тому – естественные излучения электромагнитного спектра, которые окружают человека постоянно.

В обычном состоянии источники подобных лучей считаются относительно безвредными, так как их доза минимальна. Но помимо затишья в окружающей среде существуют и периодические всплески облучения. Жителей Земли от космических выбросов защищает удаленность нашей планеты от других. Но спрятаться от многочисленных атомных электростанций у людей не получится, ведь они распространены повсеместно.

Оборудование таких учреждений несет особую опасность. Ядерные реакторы, а также различные технологические контуры представляют угрозу для среднестатистического гражданина. Ярким тому примером выступает трагедия на Чернобыльской АЭС, последствия которой всплывают до сих пор.

Чтобы свести к минимуму влияние гамма-излучения на организм человека на особо опасных предприятиях, была введена собственная система безопасности. Она включает в себя несколько основных пунктов:

В качестве блокиратора для таких барьеров выступают материалы с повышенной плотностью и высоким атомным номером. Среди наиболее распространенных принято называть:

Лучше всего себя зарекомендовал на этом поприще свинец. Он обладает наиболее высокой интенсивностью поглощения γ-лучей (так называют гамма-лучи). Самым результативным сочетанием считается использование совместно:

Все вместе это позволяет снизить излучение в два раза. Но полностью от него избавиться все равно не получится. Также свинец невозможно использовать в среде повышенных температур. Если в помещении постоянно держится режим высокой температуры, то легкоплавкий свинец делу не поможет. Его необходимо заменить дорогостоящими аналогами:

Все сотрудники предприятий, где поддерживается высокая гамма-радиация, обязаны носить регулярно обновляющуюся спецодежду. Она содержит в себе не только свинцовый наполнитель, но и резиновое основание. При необходимости костюм дополняют противорадиационные экраны.

Если же радиация накрыла большой участок территории, то лучше сразу спрятаться в специальное укрытие. Если его поблизости не оказалось, можно воспользоваться подвалом. Чем толще стена такого подвала, тем ниже вероятность получить высокую дозу радиации.

Источник

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи), виды, образование, биологическая опасность и защита

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи), виды, образование, биологическая опасность и защита.

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) — это вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны – менее 2⋅10 −10 м – и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) и его виды:

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны – менее 2⋅10 −10 м – и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-излучение относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.

Гамма-излучение (в узком смысле) – это проникающее электромагнитное излучение, возникающее при спонтанных превращениях («распаде») атомных ядер многих естественных или искусственно созданных радиоактивных элементов (радионуклидов).

В более широком смысле гамма-излучением называется любое электромагнитное излучение с квантовыми энергиями от нескольких сотен килоэлектронвольт и выше, независимо от характера их возникновения.

Название гамма-лучей происходит от деления ионизирующего излучения на альфа-излучение, бета-излучение и гамма- излучение в соответствии с их возрастающей способностью проникать в материю. Альфа- и бета-лучи состоят из заряженных частиц и поэтому взаимодействуют с материей значительно сильнее, чем незаряженные фотоны или кванты гамма-излучения. Соответственно, последние имеют значительно более высокую проникающую способность.

Альфа-излучение (α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд. Ядро атома гелия-4 (α-частица) – 4 ₂He 2+ образовано двумя протонами и двумя нейтронами.

Бета-излучение (β-лучи) являют собой поток электронов – е – (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов – p (соответственно, частиц с положительным зарядом).

– мягкое гамма-излучение (с энергиями фотонов от нескольких сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт),

– гамма-излучение средних энергий (с энергиями фотонов от нескольких мегаэлектронвольт до десятков мегаэлектронвольт),

– гамма-излучение высоких энергий (с энергиями фотонов от нескольких десятков мегаэлектронвольт до 10 11 электронвольт),

– гамма-излучение сверхвысоких энергий (с энергиями фотонов свыше 10 11 электронвольт).

На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с жестким рентгеновским излучением. При этом четкая граница между гамма-излучением и жестким рентгеновским излучением не определена.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом в 1900 году при исследовании излучения радия. Он поместил радий-226 (в смеси с его дочерними радионуклидами) в магнитное поле. В результате компоненты излучения были разделены на три составляющие по направлению отклонения частиц в магнитном поле: излучение с положительным электрическим зарядом было названо α-лучами, с отрицательным — β-лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название γ-лучей. Впервые такую терминологию использования предложил Э. Резерфорд в начале 1903 года.

Возникновение и образование гамма-излучения:

Гамма-излучение возникает:

– при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер в стабильное (при т.н. изомерном переходе);

– при взаимодействиях и распадах элементарных частиц (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.),

– при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях.

Гамма излучение также возникает в космическом пространстве.

Биологический эффект и опасность гамма-излучения:

Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором. Оно поражает ДНК клеток человека.

Свойства гамма-излучения:

– гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями;

– гамма-лучи характеризуются большей проникающей способностью (по сравнению с α- и β- лучами) при равных энергиях и прочих равных условиях;

– гамма-излучение при прохождении через вещество вызывает ионизацию атомов вещества;

Фотоэффект или фотоэлектрический эффект – явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения (например, гамма-излучения) с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества (энергия фотона поглощается электроном оболочки атома). В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний (поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела) и внутренний (электроны, оставаясь в теле, изменяют в нём своё энергетическое состояние, переходят из связанного состояния в свободное без вылета наружу) фотоэффект. При внутреннем фотоэффекте как следствие поглощения фотона образуется пара носителей заряда: электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Концентрация носителей заряда приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика) или возникновению электродвижущей силы. Фотоэффект в газах состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения.

При взаимодействии гамма-кванта с веществом происходит поглощение энергии гамма-кванта электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится положительно ионизированным).

Вероятность фотоэффекта прямо пропорциональна 5-й степени атомного номера химического элемента и обратно пропорциональна 3-й степени энергии гамма-излучения. Фотоэффект, как правило, преобладает при энергиях гамма-кванта от нескольких сотен килоэлектронвольт и менее.

Комптон-эффект – явление некогерентного рассеяния электромагнитного излучения (например, фотонов, гамма-квантов) на свободных электронах, сопровождающееся уменьшением частоты электромагнитного излучения (увеличением длины волны). Часть энергии фотонов и гамма-квантов после рассеяния передается электронам.

При взаимодействии гамма-кванта с электроном образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.

Эффект образования (рождения) пар – явление, при котором возникают пары частица-античастица. Эффект образования (рождения) пар является обратным процессу аннигиляции,

Гамма-квант, взаимодействуя с электромагнитным полем атомного ядра, превращается в электрон и позитрон.

Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта энергии выше 3 МэВ с электромагнитным полем ядра является преобладающим процессом взаимодействия гамма-квантов с веществом. При более низких энергиях гамма-квантов действуют в основном комптоновское рассеяние и фотоэффект. А при энергиях гамма-кванта ниже 1,022 МэВ эффект рождения пар вообще отсутствует.

Ядерный фотоэффект – явление испускания ядрами атомов нуклонов (протонов и нейтронов) при ядерных реакциях, происходящих при поглощении гамма-квантов ядрами атомов.

Ядерный фотоэффект действует при энергиях гамма-кванта выше нескольких десятков МэВ.

Применение гамма-излучения:

– в гамме-дефектоскопии: контроль качества изделий просвечиванием γ-лучами;

– в пищевой промышленности при консервировании пищевых продуктов: гамма-стерилизация для увеличения срока хранения;

– в приборах для измерения расстояний: уровнемеры, гамма-высотомеры на космических аппаратах;

Источник