Bức xạ alpha là dòng hạt nặng, mang điện tích dương gồm một proton và một hạt nhân neutron - helium, có tốc độ ban đầu thấp và mức năng lượng tương đối cao (từ 3 đến 9 MeV). Phạm vi của các hạt alpha phát ra chủ yếu bởi các nguyên tố tự nhiên (radium, thorium, uranium, polonium, v.v.) là tương đối nhỏ. Vì vậy, trong không khí là 10...11 cm, còn trong các mô sinh học nó chỉ là vài chục micromet (30...40 µm). Các hạt alpha có khối lượng tương đối lớn và tốc độ ban đầu thấp nên khi tương tác với vật chất sẽ nhanh chóng mất năng lượng và bị vật chất hấp thụ. Kết quả là chúng có mật độ ion hóa tuyến tính cao nhất nhưng khả năng xuyên thấu thấp.
Bức xạ beta là dòng các hạt tích điện âm - electron hoặc các hạt tích điện dương - positron và xảy ra trong quá trình phân rã của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nhân tạo. Sở hữu tốc độ lan truyền cao gần bằng tốc độ ánh sáng, hạt beta có tầm hoạt động trong môi trường xa hơn hạt alpha. Do đó, phạm vi tối đa của các hạt beta trong không khí đạt tới vài mét, và trong môi trường sinh học – 1…2 cm Khối lượng và mức năng lượng thấp hơn đáng kể (0,0005…3,5 MeV) của các hạt beta cũng quyết định khả năng ion hóa thấp hơn của chúng. khả năng.
Chúng có khả năng xuyên thấu lớn hơn hạt alpha, điều này phụ thuộc vào mức năng lượng của chất phát beta.
Bức xạ gamma hay được coi là dòng tia gamma và tượng trưng cho các dao động điện từ có bước sóng rất ngắn, phát sinh trong quá trình phản ứng hạt nhân và phân rã phóng xạ. Dải năng lượng của bức xạ gamma nằm trong khoảng 0,01...3 MeV. Nó có khả năng xuyên thấu rất cao và hiệu ứng ion hóa thấp. Bức xạ gamma xuyên sâu vào các mô sinh học, khiến chúng phá vỡ liên kết phân tử.
Bức xạ neutron là dòng hạt cơ bản của hạt nhân nguyên tử - neutron, có khả năng xuyên thấu cao, tùy thuộc vào năng lượng của neutron và cấu trúc hóa học của chất được chiếu xạ. Neutron không có điện tích và có khối lượng gần bằng khối lượng proton. Sự tương tác của neutron với môi trường đi kèm với sự tán xạ (đàn hồi hoặc không đàn hồi) của neutron lên hạt nhân nguyên tử, là kết quả của sự va chạm đàn hồi hoặc không đàn hồi của neutron với các nguyên tử của chất được chiếu xạ. Do va chạm đàn hồi, kèm theo sự thay đổi quỹ đạo của neutron và sự truyền một phần động năng sang hạt nhân nguyên tử, quá trình ion hóa vật chất thông thường xảy ra.
Trong quá trình tán xạ không đàn hồi của neutron, động năng của chúng chủ yếu dành cho việc kích thích phóng xạ hạt nhân của môi trường, có thể gây ra bức xạ thứ cấp bao gồm cả hạt tích điện và lượng tử gamma. Việc thu được cái gọi là bức xạ cảm ứng bởi các chất được chiếu xạ bằng neutron làm tăng khả năng ô nhiễm phóng xạ và là một đặc điểm quan trọng của bức xạ neutron.
Nghiên cứu tia X là bức xạ điện từ xảy ra khi một chất được chiếu xạ bằng dòng electron ở điện áp khá cao, đạt tới hàng trăm kilovolt. Bản chất hoạt động của bức xạ tia X tương tự như bức xạ gamma. Nó có khả năng ion hóa thấp và độ sâu thâm nhập lớn khi chiếu xạ một chất. Tùy thuộc vào điện áp trong hệ thống lắp đặt, năng lượng tia X có thể dao động từ 1 keV đến 1 MeV.
Các chất phóng xạ phân rã một cách tự nhiên, mất hoạt tính theo thời gian. Tốc độ phân rã là một trong những đặc tính quan trọng của chất phóng xạ.
Mỗi đồng vị có chu kỳ bán rã nhất định, tức là thời gian mà một nửa số hạt nhân của đồng vị này phân rã. Thời gian bán hủy có thể ngắn (radon-222, protactinium-234, v.v.) và rất dài (uranium-238, radium, plutonium, v.v.).
Khi các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn được đưa vào cơ thể, tác hại của bức xạ và các hiện tượng đau đớn sẽ chấm dứt khá nhanh.
Liều bức xạ
Thước đo lượng chất phóng xạ là hoạt độ C của chúng, biểu thị bằng số lần phân rã của hạt nhân nguyên tử trên một đơn vị thời gian. Đơn vị của hoạt độ là độ phân rã trên giây (phân rã/s).
Đơn vị này trong hệ thống C được gọi là Becquerel (Bq). Một Becquerel tương ứng với một phân rã mỗi giây đối với bất kỳ hạt nhân phóng xạ nào. Đơn vị hoạt động ngoại hệ là curie. Curie (Ci) là hoạt độ của một chất phóng xạ trong đó 3,7 * 1010 hạt nhân phân rã mỗi giây. 1 Ci = 3,7*1010 Bq. Thông thường các đơn vị nhỏ hơn được sử dụng - millicurie (mCi) và microcurie (μCi).
Có mức phơi nhiễm, mức hấp thụ và liều lượng bức xạ tương đương.
Liều tiếp xúc - coulomb trên kilogam, (C/kg) đặc trưng cho tác dụng của bức xạ ion hóa
Dexp. = Q/m,
trong đó Q là điện tích cùng dấu được hình thành khi chiếu xạ phóng xạ vào không khí, C (coulomb);
m - khối lượng không khí, kg.
Đơn vị liều tiếp xúc với bức xạ không mang tính hệ thống là roentgen (R).
1 roentgen là liều bức xạ phóng xạ trong 1 cm3 không khí khô ở điều kiện khí quyển bình thường tạo ra các ion mang điện tích mỗi dấu trong một đơn vị tĩnh điện.
Tỷ lệ liều bức xạ rất quan trọng đối với tác dụng của bức xạ. Đơn vị liều bức xạ phi hệ thống được lấy là roentgen trên giây (R/s).
suất liều tiếp xúc (ampe trên kilôgam) được xác định theo công thức:
Рexp = Dexp/t,
trong đó t là thời gian chiếu xạ.
Liều bức xạ hấp thụ (J/kg) đặc trưng cho đặc tính hấp thụ của môi trường được chiếu xạ và phần lớn phụ thuộc vào loại bức xạ. Đơn vị này được gọi là màu xám (Gy).
Hấp thụ = E/m,
trong đó E là năng lượng bức xạ, J;
m là khối lượng của môi trường đã hấp thụ năng lượng, kg.
3a đơn vị liều bức xạ hấp thụ ngoài hệ được lấy là rad. 1rad.=10-2Gy.
Đơn vị nhỏ hơn là millirad (mrad) và microrad (mrad).
suất liều hấp thụ, W/kg
Rabgl = Dabgl/t.
Để đánh giá tác dụng sinh học không đồng đều do cùng một liều lượng của các loại bức xạ ion hóa khác nhau gây ra, khái niệm liều tương đương đã được đưa ra. Liều bức xạ tương đương được đặc trưng bởi liều bức xạ hấp thụ và hệ số hiệu quả sinh học tương đối, gọi là hệ số chất lượng (Kk) của các loại bức xạ khác nhau khi tiếp xúc với con người.
Deq = DabsKk.
Đơn vị SI của liều tương đương là Siert (Sv). Một Sievert tương ứng với liều 1 J/kg (đối với tia X, bức xạ γ- và β-).
Đơn vị của liều bức xạ tương đương là rem (tương đương sinh học của tia X).
Rem là liều lượng của bất kỳ loại bức xạ ion hóa nào tạo ra tác dụng sinh học tương tự như liều lượng bức xạ tia X hoặc gamma 1 roentgen.
Hệ số chất lượng của tia gamma và tia X, hạt beta, electron và positron là sự thống nhất.
Bức xạ alpha (tia alpha) là một loại bức xạ ion hóa; là một dòng các hạt tích điện dương (hạt alpha) chuyển động nhanh, có năng lượng cao.
Nguồn bức xạ alpha chính là các nguồn phát alpha, phát ra các hạt alpha trong quá trình phân rã. Một đặc điểm của bức xạ alpha là khả năng xuyên thấu thấp. Đường đi của các hạt alpha trong một chất (nghĩa là đường đi mà chúng tạo ra sự ion hóa) hóa ra rất ngắn (một phần trăm milimét trong môi trường sinh học, 2,5-8 cm trong không khí).
Tuy nhiên, dọc theo một đường đi ngắn, các hạt alpha tạo ra một số lượng lớn các ion, nghĩa là chúng gây ra mật độ ion hóa tuyến tính lớn. Điều này mang lại hiệu quả sinh học tương đối rõ rệt, lớn hơn 10 lần so với khi tiếp xúc với tia X và. Trong quá trình chiếu xạ bên ngoài cơ thể, các hạt alpha có thể (với liều bức xạ hấp thụ đủ lớn) gây bỏng nghiêm trọng, mặc dù ở bề mặt (tầm ngắn); khi đi vào cơ thể qua chất phát alpha tồn tại lâu dài, chúng sẽ được máu mang đi khắp cơ thể và lắng đọng trong các cơ quan, v.v., gây ra hiện tượng chiếu xạ bên trong cơ thể.
Bức xạ alpha được sử dụng để điều trị một số bệnh. Xem thêm, Bức xạ ion hóa.
Bức xạ alpha là dòng hạt α tích điện dương (hạt nhân của nguyên tử helium).
Nguồn bức xạ alpha chính là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, nhiều trong số đó phát ra các hạt alpha có năng lượng từ 3,98 đến 8,78 MeV khi phân rã. Do có năng lượng cao, điện tích kép (so với electron) và tốc độ chuyển động tương đối thấp (so với các loại bức xạ ion hóa khác) (từ 1,4 10 9 đến 2,0 10 9 cm/giây), các hạt alpha tạo ra số lượng rất lớn. của các ion có mật độ dày đặc dọc theo đường đi của chúng (lên tới 254 nghìn cặp ion). Đồng thời, chúng nhanh chóng tiêu hao năng lượng, biến thành các nguyên tử helium thông thường. Phạm vi của hạt alpha trong không khí ở điều kiện bình thường là từ 2,50 đến 8,17 cm; trong môi trường sinh học - một phần trăm milimet.
Sự ion hóa do bức xạ alpha tạo ra xác định một số đặc điểm trong các phản ứng hóa học xảy ra trong vật chất, đặc biệt là trong mô sống (sự hình thành các tác nhân oxy hóa mạnh, hydro và oxy tự do, v.v.). Những phản ứng phóng xạ này xảy ra trong các mô sinh học dưới tác động của bức xạ alpha, lần lượt gây ra hiệu quả sinh học đặc biệt của bức xạ alpha, lớn hơn so với các loại bức xạ ion hóa khác. So với tia X, bức xạ beta và gamma, hiệu quả sinh học tương đối của bức xạ alpha (RBE) được giả định là 10, mặc dù nó có thể rất khác nhau trong các trường hợp khác nhau. Giống như các loại bức xạ ion hóa khác, bức xạ alpha được sử dụng để điều trị cho nhiều bệnh nhân mắc nhiều bệnh khác nhau. Phần xạ trị này được gọi là liệu pháp alpha (xem).
Xem thêm Bức xạ ion hóa, Phóng xạ.
Bức xạ ion hóa (sau đây gọi tắt là IR) là bức xạ mà sự tương tác với vật chất dẫn đến sự ion hóa các nguyên tử và phân tử, tức là. sự tương tác này dẫn đến sự kích thích của nguyên tử và tách từng electron (hạt tích điện âm) khỏi vỏ nguyên tử. Kết quả là, bị thiếu một hoặc nhiều electron, nguyên tử biến thành ion tích điện dương - xảy ra quá trình ion hóa sơ cấp. II bao gồm bức xạ điện từ (bức xạ gamma) và các dòng hạt tích điện và trung tính - bức xạ hạt (bức xạ alpha, bức xạ beta và bức xạ neutron).
Bức xạ alphađề cập đến bức xạ hạt. Đây là dòng các hạt alpha nặng mang điện tích dương (hạt nhân của nguyên tử helium) sinh ra từ sự phân rã của nguyên tử các nguyên tố nặng như uranium, radium và thorium. Vì các hạt nặng nên phạm vi của các hạt alpha trong một chất (tức là đường đi mà chúng tạo ra sự ion hóa) hóa ra rất ngắn: một phần trăm milimét trong môi trường sinh học, 2,5-8 cm trong không khí. Vì vậy, một tờ giấy thông thường hoặc lớp da chết bên ngoài có thể giữ lại những hạt này.
Tuy nhiên, những chất phát ra hạt alpha lại tồn tại lâu dài. Do các chất này xâm nhập vào cơ thể qua thức ăn, không khí hoặc qua vết thương, chúng được máu mang đi khắp cơ thể, lắng đọng trong các cơ quan chịu trách nhiệm trao đổi chất và bảo vệ cơ thể (ví dụ, lá lách hoặc các hạch bạch huyết), do đó gây ra bức xạ bên trong cơ thể. Nguy cơ chiếu xạ bên trong cơ thể như vậy là rất cao, bởi vì những hạt alpha này tạo ra một số lượng ion rất lớn (lên đến vài nghìn cặp ion trên 1 micron đường đi trong mô). Ngược lại, quá trình ion hóa xác định một số đặc điểm của các phản ứng hóa học xảy ra trong vật chất, đặc biệt là trong mô sống (sự hình thành các tác nhân oxy hóa mạnh, hydro và oxy tự do, v.v.).
Bức xạ bêta(tia beta hoặc dòng hạt beta) cũng đề cập đến loại bức xạ hạt. Đây là dòng electron (bức xạ β, hay thường xuyên nhất chỉ là bức xạ β) hoặc positron (bức xạ β+) phát ra trong quá trình phân rã beta phóng xạ của hạt nhân của một số nguyên tử nhất định. Các electron hoặc positron được tạo ra trong hạt nhân khi neutron lần lượt chuyển đổi thành proton hoặc proton thành neutron.
Các electron nhỏ hơn nhiều so với các hạt alpha và có thể xuyên sâu 10-15 cm vào một chất (vật thể) (xem phần trăm milimét đối với các hạt alpha). Khi đi qua vật chất, bức xạ beta tương tác với các electron và hạt nhân nguyên tử của nó, tiêu tốn năng lượng của nó vào vật chất này và làm chậm chuyển động cho đến khi nó dừng hẳn. Do những đặc tính này, để bảo vệ chống lại bức xạ beta, chỉ cần có một tấm chắn thủy tinh hữu cơ có độ dày thích hợp là đủ. Việc sử dụng bức xạ beta trong y học để điều trị bằng bức xạ bề mặt, kẽ và trong khoang dựa trên những đặc tính tương tự.
Bức xạ neutron- một loại bức xạ hạt khác. Bức xạ neutron là một dòng neutron (các hạt cơ bản không mang điện tích). Neutron không có tác dụng ion hóa nhưng hiệu ứng ion hóa rất đáng kể xảy ra do sự tán xạ đàn hồi và không đàn hồi trên hạt nhân vật chất.
Các chất được chiếu xạ bởi neutron có thể có đặc tính phóng xạ, nghĩa là nhận được cái gọi là phóng xạ cảm ứng. Bức xạ neutron được tạo ra trong quá trình vận hành máy gia tốc hạt, trong lò phản ứng hạt nhân, các cơ sở công nghiệp và phòng thí nghiệm, trong các vụ nổ hạt nhân, v.v. Bức xạ neutron có khả năng xuyên thấu lớn nhất. Vật liệu tốt nhất để bảo vệ chống lại bức xạ neutron là vật liệu chứa hydro.
Tia gamma và tia X thuộc về bức xạ điện từ.
Sự khác biệt cơ bản giữa hai loại bức xạ này nằm ở cơ chế xuất hiện của chúng. Bức xạ tia X có nguồn gốc ngoài hạt nhân, bức xạ gamma là sản phẩm của sự phân rã hạt nhân.
Bức xạ tia X được phát hiện vào năm 1895 bởi nhà vật lý Roentgen. Đây là bức xạ vô hình có thể xuyên qua tất cả các chất, mặc dù ở các mức độ khác nhau. Đó là bức xạ điện từ có bước sóng khoảng - từ 10 -12 đến 10 -7. Nguồn tia X là ống tia X, một số hạt nhân phóng xạ (ví dụ, máy phát beta), máy gia tốc và thiết bị lưu trữ điện tử (bức xạ synchrotron).
Ống tia X có hai điện cực - cực âm và cực dương (tương ứng là điện cực âm và dương). Khi làm nóng cực âm sẽ xảy ra sự phát xạ electron (hiện tượng phát xạ electron trên bề mặt chất rắn hoặc chất lỏng). Các electron thoát ra khỏi cực âm được gia tốc bởi điện trường và chạm vào bề mặt cực dương, tại đó chúng bị giảm tốc mạnh, dẫn đến bức xạ tia X. Giống như ánh sáng khả kiến, tia X làm cho phim ảnh chuyển sang màu đen. Đây là một trong những đặc tính cơ bản của nó đối với y học - nó có khả năng xuyên qua bức xạ và do đó, bệnh nhân có thể được chiếu sáng với sự trợ giúp của nó, và vì Các mô có mật độ khác nhau hấp thụ tia X theo cách khác nhau - chúng ta có thể chẩn đoán nhiều loại bệnh về cơ quan nội tạng ở giai đoạn rất sớm.
Bức xạ gamma có nguồn gốc nội hạt nhân. Nó xảy ra trong quá trình phân rã của hạt nhân phóng xạ, sự chuyển hạt nhân từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản, trong quá trình tương tác của các hạt tích điện nhanh với vật chất, sự hủy diệt của các cặp electron-positron, v.v.
Khả năng xuyên thấu cao của bức xạ gamma được giải thích là do bước sóng ngắn của nó. Để làm suy yếu dòng bức xạ gamma, người ta sử dụng các chất có khối lượng đáng kể (chì, vonfram, uranium, v.v.) và tất cả các loại chế phẩm mật độ cao (các loại bê tông có chất độn kim loại).
Điều hướng bài viết:
Bức xạ và các loại bức xạ phóng xạ, thành phần của bức xạ phóng xạ (ion hóa) và các đặc điểm chính của nó. Tác dụng của bức xạ lên vật chất.
bức xạ là gì
Đầu tiên, hãy định nghĩa bức xạ là gì:
Trong quá trình phân rã của một chất hoặc quá trình tổng hợp của nó, các nguyên tố của nguyên tử (proton, neutron, electron, photon) được giải phóng, nếu không chúng ta có thể nói bức xạ xảy ra những phần tử này. Bức xạ như vậy được gọi là - bức xạ ion hóa hoặc điều gì phổ biến hơn bức xạ phóng xạ, hoặc thậm chí đơn giản hơn bức xạ . Bức xạ ion hóa cũng bao gồm tia X và bức xạ gamma.
bức xạ là quá trình phát xạ của các hạt cơ bản mang điện tích bởi vật chất, dưới dạng electron, proton, neutron, nguyên tử helium hoặc photon và muon. Loại bức xạ phụ thuộc vào nguyên tố nào được phát ra.
Ion hóa là quá trình hình thành các ion tích điện dương hoặc âm hoặc các electron tự do từ các nguyên tử hoặc phân tử tích điện trung tính.
Bức xạ phóng xạ (ion hóa) có thể được chia thành nhiều loại, tùy thuộc vào loại phần tử mà nó bao gồm. Các loại bức xạ khác nhau được gây ra bởi các vi hạt khác nhau và do đó có tác dụng năng lượng khác nhau lên vật chất, khả năng xuyên qua nó khác nhau và do đó, các tác động sinh học khác nhau của bức xạ.
Bức xạ alpha, beta và neutron- Đây là những bức xạ bao gồm các hạt nguyên tử khác nhau.
Gamma và tia X là sự phát xạ năng lượng.
Bức xạ alpha
- được phát ra: hai proton và hai neutron
- sức xuyên thấu: thấp
- bức xạ từ nguồn: lên đến 10 cm
- tốc độ phát thải: 20.000 km/s
- ion hóa: 30.000 cặp ion trên 1 cm hành trình
- cao
Bức xạ Alpha (α) xảy ra trong quá trình phân rã của chất không ổn định đồng vị các phần tử.
Bức xạ alpha- đây là bức xạ của các hạt alpha nặng, tích điện dương, là hạt nhân của nguyên tử helium (hai neutron và hai proton). Các hạt alpha được phát ra trong quá trình phân rã của các hạt nhân phức tạp hơn, ví dụ, trong quá trình phân rã các nguyên tử uranium, radium và thorium.
Các hạt alpha có khối lượng lớn và được phát ra với tốc độ tương đối thấp, trung bình là 20 nghìn km/s, nhỏ hơn khoảng 15 lần tốc độ ánh sáng. Vì các hạt alpha rất nặng nên khi tiếp xúc với một chất, các hạt va chạm với các phân tử của chất này, bắt đầu tương tác với chúng, làm mất năng lượng và do đó khả năng xuyên thấu của các hạt này không lớn và thậm chí là một tấm đơn giản. giấy có thể giữ chúng lại.
Tuy nhiên, các hạt alpha mang nhiều năng lượng và khi tương tác với vật chất sẽ gây ra sự ion hóa đáng kể. Và trong tế bào của cơ thể sống, ngoài quá trình ion hóa, bức xạ alpha còn phá hủy mô, dẫn đến nhiều tổn thương khác nhau cho tế bào sống.
Trong tất cả các loại bức xạ, bức xạ alpha có khả năng xuyên thấu ít nhất, nhưng hậu quả của việc chiếu xạ các mô sống bằng loại bức xạ này là nghiêm trọng và đáng kể nhất so với các loại bức xạ khác.
Việc tiếp xúc với bức xạ alpha có thể xảy ra khi các chất phóng xạ xâm nhập vào cơ thể, chẳng hạn như qua không khí, nước hoặc thức ăn, hoặc qua vết cắt hoặc vết thương. Khi vào cơ thể, các nguyên tố phóng xạ này được vận chuyển theo dòng máu đi khắp cơ thể, tích tụ trong các mô và cơ quan, tạo ra tác động năng lượng mạnh mẽ lên chúng. Do một số loại đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ alpha có tuổi thọ dài nên khi xâm nhập vào cơ thể có thể gây ra những biến đổi nghiêm trọng trong tế bào, dẫn đến thoái hóa, đột biến mô.
Các đồng vị phóng xạ không thực sự tự đào thải khỏi cơ thể nên khi vào bên trong cơ thể, chúng sẽ chiếu xạ các mô từ bên trong trong nhiều năm cho đến khi dẫn đến những thay đổi nghiêm trọng. Cơ thể con người không có khả năng trung hòa, xử lý, đồng hóa hoặc sử dụng hầu hết các đồng vị phóng xạ đi vào cơ thể.
Bức xạ neutron
- được phát ra: neutron
- sức xuyên thấu: cao
- bức xạ từ nguồn: km
- tốc độ phát thải: 40.000 km/s
- ion hóa: từ 3000 đến 5000 cặp ion trên 1 cm lần chạy
- Tác dụng sinh học của bức xạ: cao
Bức xạ neutron- đây là bức xạ nhân tạo phát sinh trong các lò phản ứng hạt nhân khác nhau và trong các vụ nổ nguyên tử. Bức xạ neutron cũng được phát ra từ các ngôi sao trong đó xảy ra phản ứng nhiệt hạch tích cực.
Không có điện tích, bức xạ neutron va chạm với vật chất tương tác yếu với các nguyên tố của nguyên tử ở cấp độ nguyên tử nên có khả năng xuyên thấu cao. Bạn có thể ngăn chặn bức xạ neutron bằng cách sử dụng các vật liệu có hàm lượng hydro cao, chẳng hạn như thùng chứa nước. Ngoài ra, bức xạ neutron không xuyên qua polyetylen tốt.
Bức xạ neutron khi đi qua các mô sinh học sẽ gây ra tổn thương nghiêm trọng cho tế bào vì nó có khối lượng đáng kể và tốc độ cao hơn bức xạ alpha.
Bức xạ bêta
- được phát ra: electron hoặc positron
- sức xuyên thấu: trung bình
- bức xạ từ nguồn: lên đến 20 m
- tốc độ phát thải: 300.000 km/s
- ion hóa: từ 40 đến 150 cặp ion trên 1 cm hành trình
- Tác dụng sinh học của bức xạ: trung bình
Bức xạ beta (β) xảy ra khi một nguyên tố này biến đổi thành một nguyên tố khác, trong khi các quá trình xảy ra trong chính hạt nhân nguyên tử của chất đó với sự thay đổi tính chất của proton và neutron.
Với bức xạ beta, neutron được biến đổi thành proton hoặc proton thành neutron; trong quá trình biến đổi này, một electron hoặc positron (phản hạt điện tử) được phát ra, tùy thuộc vào loại biến đổi. Tốc độ của các nguyên tố phát ra đạt tới tốc độ ánh sáng và xấp xỉ bằng 300.000 km/s. Các nguyên tố phát ra trong quá trình này được gọi là hạt beta.
Có tốc độ bức xạ ban đầu cao và kích thước nhỏ của các nguyên tố phát ra, bức xạ beta có khả năng xuyên thấu cao hơn bức xạ alpha, nhưng khả năng ion hóa vật chất kém hơn hàng trăm lần so với bức xạ alpha.
Bức xạ beta dễ dàng xuyên qua quần áo và một phần qua mô sống, nhưng khi đi qua các cấu trúc vật chất dày đặc hơn, chẳng hạn như qua kim loại, nó bắt đầu tương tác với nó mạnh hơn và mất phần lớn năng lượng, chuyển nó sang các nguyên tố của chất đó . Một tấm kim loại dày vài mm có thể ngăn chặn hoàn toàn bức xạ beta.
Nếu bức xạ alpha chỉ gây nguy hiểm khi tiếp xúc trực tiếp với đồng vị phóng xạ, thì bức xạ beta, tùy thuộc vào cường độ của nó, có thể gây hại đáng kể cho sinh vật sống ở khoảng cách vài chục mét tính từ nguồn bức xạ.
Nếu một đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ beta xâm nhập vào cơ thể sống, nó sẽ tích tụ trong các mô và cơ quan, gây ra tác động năng lượng lên chúng, dẫn đến thay đổi cấu trúc của mô và theo thời gian gây ra tổn thương đáng kể.
Một số đồng vị phóng xạ có bức xạ beta có thời gian phân rã dài, tức là khi xâm nhập vào cơ thể, chúng sẽ chiếu xạ cơ thể trong nhiều năm cho đến khi dẫn đến thoái hóa mô và hậu quả là ung thư.
Bức xạ gamma
- được phát ra: năng lượng ở dạng photon
- sức xuyên thấu: cao
- bức xạ từ nguồn: lên tới hàng trăm mét
- tốc độ phát thải: 300.000 km/s
- ion hóa:
- Tác dụng sinh học của bức xạ: thấp
Bức xạ gamma (γ) là bức xạ điện từ mang năng lượng dưới dạng photon.
Bức xạ gamma đi kèm với quá trình phân rã của các nguyên tử vật chất và biểu hiện dưới dạng năng lượng điện từ phát ra dưới dạng photon, được giải phóng khi trạng thái năng lượng của hạt nhân nguyên tử thay đổi. Tia gamma được phát ra từ hạt nhân với tốc độ ánh sáng.
Khi sự phân rã phóng xạ của một nguyên tử xảy ra, các chất khác được hình thành từ một chất. Nguyên tử của các chất mới hình thành ở trạng thái không ổn định về mặt năng lượng (bị kích thích). Bằng cách tác động lẫn nhau, các neutron và proton trong hạt nhân đi đến trạng thái lực tương tác cân bằng và năng lượng dư thừa được nguyên tử phát ra dưới dạng bức xạ gamma
Bức xạ gamma có khả năng xuyên thấu cao và dễ dàng xuyên qua quần áo, mô sống và khó khăn hơn một chút khi xuyên qua cấu trúc dày đặc của các chất như kim loại. Để ngăn chặn bức xạ gamma, cần phải có độ dày đáng kể của thép hoặc bê tông. Nhưng đồng thời, bức xạ gamma có tác dụng lên vật chất yếu hơn gấp trăm lần so với bức xạ beta và yếu hơn hàng chục nghìn lần so với bức xạ alpha.
Mối nguy hiểm chính của bức xạ gamma là khả năng di chuyển khoảng cách đáng kể và ảnh hưởng đến các sinh vật sống cách nguồn bức xạ gamma vài trăm mét.
bức xạ tia X
- được phát ra: năng lượng ở dạng photon
- sức xuyên thấu: cao
- bức xạ từ nguồn: lên tới hàng trăm mét
- tốc độ phát thải: 300.000 km/s
- ion hóa: từ 3 đến 5 cặp ion trên 1 cm hành trình
- Tác dụng sinh học của bức xạ: thấp
bức xạ tia X- đây là bức xạ điện từ mang năng lượng dưới dạng photon phát sinh khi một electron bên trong nguyên tử chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác.
Bức xạ tia X có tác dụng tương tự như bức xạ gamma nhưng có khả năng xuyên thấu kém hơn vì nó có bước sóng dài hơn.
Sau khi xem xét các loại bức xạ phóng xạ khác nhau, rõ ràng khái niệm bức xạ bao gồm các loại bức xạ hoàn toàn khác nhau có tác dụng khác nhau lên vật chất và mô sống, từ bắn phá trực tiếp bằng các hạt cơ bản (bức xạ alpha, beta và neutron) đến hiệu ứng năng lượng. dưới dạng chữa bệnh bằng tia gamma và tia X.
Mỗi bức xạ được thảo luận đều nguy hiểm!
Bảng so sánh đặc điểm các loại bức xạ
| đặc trưng | Loại bức xạ | ||||
| Bức xạ alpha | Bức xạ neutron | Bức xạ bêta | Bức xạ gamma | bức xạ tia X | |
| được phát ra | hai proton và hai neutron | neutron | electron hoặc positron | năng lượng ở dạng photon | năng lượng ở dạng photon |
| sức xuyên thấu | thấp | cao | trung bình | cao | cao |
| phơi nhiễm từ nguồn | lên đến 10 cm | km | lên đến 20 m | hàng trăm mét | hàng trăm mét |
| tốc độ bức xạ | 20.000 km/s | 40.000 km/s | 300.000 km/s | 300.000 km/s | 300.000 km/s |
| ion hóa, hơi nước trên 1 cm hành trình | 30 000 | từ 3000 đến 5000 | từ 40 đến 150 | từ 3 đến 5 | từ 3 đến 5 |
| tác dụng sinh học của bức xạ | cao | cao | trung bình | thấp | thấp |
Như có thể thấy từ bảng, tùy thuộc vào loại bức xạ, bức xạ ở cùng cường độ, ví dụ 0,1 Roentgen, sẽ có tác động phá hủy khác nhau đối với tế bào của cơ thể sống. Để tính đến sự khác biệt này, hệ số k đã được đưa ra, phản ánh mức độ tiếp xúc với bức xạ phóng xạ trên các vật thể sống.
| hệ số k | |
| Loại bức xạ và dải năng lượng | Hệ số trọng lượng |
| Photon mọi năng lượng (bức xạ gamma) | 1 |
| Electron và muon tất cả năng lượng (bức xạ beta) | 1 |
| Neutron có năng lượng < 10 КэВ (нейтронное излучение) | 5 |
| neutron từ 10 đến 100 KeV (bức xạ neutron) | 10 |
| neutron từ 100 KeV đến 2 MeV (bức xạ neutron) | 20 |
| neutron từ 2 MeV đến 20 MeV (bức xạ neutron) | 10 |
| neutron> 20 MeV (bức xạ neutron) | 5 |
| proton có năng lượng > 2 MeV (trừ proton giật lùi) | 5 |
| Hạt alpha, các mảnh phân hạch và các hạt nhân nặng khác (bức xạ alpha) | 20 |
Hệ số k càng cao thì tác động của một loại bức xạ nhất định lên các mô của sinh vật sống càng nguy hiểm.
Băng hình:
Bức xạ hạt - bức xạ ion hóa gồm các hạt có khối lượng khác 0.
Bức xạ alpha - một dòng hạt tích điện dương (hạt nhân nguyên tử helium - 24He), chuyển động với tốc độ khoảng 20.000 km/s. Tia alpha được hình thành trong quá trình phân rã phóng xạ của hạt nhân các nguyên tố có số nguyên tử lớn và trong các phản ứng và biến đổi hạt nhân. Năng lượng của chúng dao động từ 4-9 (2-11) MeV. Phạm vi của các hạt a trong một chất phụ thuộc vào năng lượng của chúng và vào bản chất của chất mà chúng chuyển động trong đó. Trung bình, khoảng cách trong không khí là 2-10 cm, trong mô sinh học - vài micron. Vì hạt a có khối lượng lớn và có năng lượng tương đối cao nên đường đi của chúng trong vật chất là thẳng thắn , chúng gây ra hiệu ứng ion hóa mạnh. Sự ion hóa cụ thể là khoảng 40.000 cặp ion trên 1 cm di chuyển trong không khí (có thể tạo ra tới 250 nghìn cặp ion trên toàn bộ chiều dài di chuyển). Trong mô sinh học, có tới 40.000 cặp ion cũng được tạo ra dọc theo đường dẫn 1-2 micron. Tất cả năng lượng được chuyển đến các tế bào của cơ thể, gây ra tác hại lớn cho nó.
Các hạt alpha bị giữ lại bởi một tờ giấy và thực tế không thể xuyên qua lớp ngoài (bên ngoài) của da; chúng bị hấp thụ bởi lớp sừng của da. Vì vậy, bức xạ a không gây nguy hiểm cho đến khi các chất phóng xạ phát ra hạt a xâm nhập vào cơ thể qua vết thương hở, qua thức ăn hoặc không khí hít vào - khi đó chúng trở thành cực kỳ nguy hiểm .
Bức xạ bêta - một dòng hạt b gồm có các electron (hạt tích điện âm) và positron (hạt tích điện dương) được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử trong quá trình phân rã b của chúng. Khối lượng tuyệt đối của hạt beta là 9,1x10-28 g. Hạt beta mang một điện tích cơ bản và lan truyền trong môi trường với tốc độ từ 100 nghìn km/s đến 300 nghìn km/s (tức là bằng vận tốc ánh sáng). tùy thuộc vào năng lượng bức xạ. Năng lượng của hạt b rất khác nhau. Điều này được giải thích là do trong mỗi phân rã b của hạt nhân phóng xạ, năng lượng thu được được phân bố giữa hạt nhân con, hạt b và neutrino theo những tỷ lệ khác nhau và năng lượng của hạt b có thể dao động từ 0 đến một giá trị cực đại nào đó. . Năng lượng tối đa dao động từ 0,015-0,05 MeV (bức xạ mềm) đến 3-13,5 MeV (bức xạ cứng).
Vì hạt b mang điện nên dưới tác dụng của điện trường và từ trường chúng bị lệch khỏi phương thẳng. Có khối lượng rất nhỏ, hạt b khi va chạm với nguyên tử, phân tử cũng dễ bị lệch khỏi hướng ban đầu (tức là bị phân tán mạnh). Do đó, rất khó xác định độ dài đường đi của hạt beta - đường đi này quá quanh co. Số dặm
Các hạt b, do chúng có lượng năng lượng khác nhau, cũng chịu dao động. Chiều dài của cuộc chạy trong không khí có thể đạt tới
25 cm, và đôi khi vài mét. Trong các mô sinh học, đường đi của các hạt lên tới 1 cm Đường đi của chuyển động cũng bị ảnh hưởng bởi mật độ của môi trường.
Khả năng ion hóa của hạt beta thấp hơn đáng kể so với hạt alpha. Mức độ ion hóa phụ thuộc vào tốc độ: tốc độ ít hơn - ion hóa nhiều hơn. Ở khoảng cách 1 cm trong không khí, một hạt b hình thành
50-100 cặp ion (1000-25 nghìn cặp ion trong không khí). Các hạt beta năng lượng cao bay qua hạt nhân quá nhanh nên không có thời gian để gây ra hiệu ứng ion hóa mạnh như các hạt beta chậm. Khi năng lượng bị mất đi, nó sẽ bị ion dương bắt giữ để tạo thành nguyên tử trung tính hoặc bởi nguyên tử để tạo thành ion âm.
Bức xạ neutron - bức xạ bao gồm neutron, tức là các hạt trung hòa. Neutron được hình thành trong các phản ứng hạt nhân (phản ứng dây chuyền phân hạch hạt nhân của các nguyên tố phóng xạ nặng, trong phản ứng tổng hợp các nguyên tố nặng hơn từ hạt nhân hydro). Bức xạ neutron có thể bị ion hóa gián tiếp; sự hình thành các ion xảy ra không phải dưới tác động của bản thân neutron mà dưới tác động của các hạt tích điện nặng thứ cấp và tia gamma, nơi neutron truyền năng lượng của chúng. Bức xạ neutron cực kỳ nguy hiểm do khả năng xuyên thấu cao (tầm bắn trong không khí có thể lên tới vài nghìn mét). Ngoài ra, neutron có thể gây ra bức xạ cảm ứng (kể cả ở các sinh vật sống), biến các nguyên tử của các nguyên tố ổn định thành chất phóng xạ của chúng. Các vật liệu chứa hydro (graphite, parafin, nước, v.v.) được bảo vệ tốt khỏi bức xạ neutron.
Tùy thuộc vào năng lượng, các neutron sau được phân biệt:
1. Neutron cực nhanh có năng lượng 10-50 MeV. Chúng được hình thành trong các vụ nổ hạt nhân và hoạt động của lò phản ứng hạt nhân.
2. Neutron nhanh, năng lượng của chúng vượt quá 100 keV.
3. Neutron trung gian - năng lượng của chúng từ 100 keV đến 1 keV.
4. Neutron chậm và neutron nhiệt. Năng lượng của neutron chậm không vượt quá 1 keV. Năng lượng của neutron nhiệt đạt 0,025 eV.
Bức xạ neutron được sử dụng để điều trị neutron trong y học, xác định hàm lượng của từng nguyên tố và đồng vị của chúng trong môi trường sinh học, v.v. X quang y tế sử dụng chủ yếu neutron nhanh và neutron nhiệt, chủ yếu sử dụng californium-252, chất này phân hủy giải phóng neutron có năng lượng trung bình 2,3 MeV.
Bức xạ điện từ khác nhau về nguồn gốc, năng lượng và bước sóng. Bức xạ điện từ bao gồm tia X, bức xạ gamma từ các nguyên tố phóng xạ và bức xạ hãm, xảy ra khi các hạt tích điện có gia tốc cao đi qua vật chất. Ánh sáng nhìn thấy và sóng vô tuyến cũng là bức xạ điện từ, nhưng chúng không làm ion hóa vật chất vì chúng có đặc điểm là có bước sóng dài (ít cứng hơn). Năng lượng của trường điện từ không được phát ra liên tục mà thành từng phần riêng biệt - lượng tử (photon). Do đó, bức xạ điện từ là một dòng lượng tử hoặc photon.
Bức xạ tia X. Tia X được Wilhelm Conrad Roentgen phát hiện vào năm 1895. Tia X là bức xạ điện từ lượng tử có bước sóng 0,001-10 nm. Bức xạ có bước sóng vượt quá 0,2 nm thường được gọi là bức xạ tia X “mềm” và lên tới 0,2 nm - “cứng”. Bước sóng là quãng đường mà bức xạ truyền đi trong một chu kỳ dao động. Bức xạ tia X, giống như bất kỳ bức xạ điện từ nào, truyền đi với tốc độ ánh sáng - 300.000 km/s. Năng lượng tia X thường không vượt quá 500 keV.
Có tia X quang và tia X đặc trưng. Bức xạ Bremsstrahlung xảy ra khi các electron chuyển động nhanh bị giảm tốc độ trong trường tĩnh điện của hạt nhân nguyên tử (tức là khi các electron tương tác với hạt nhân nguyên tử). Khi một electron năng lượng cao đi gần hạt nhân, người ta quan sát thấy sự tán xạ (giảm tốc) của electron. Tốc độ của electron giảm và một phần năng lượng của nó được phát ra dưới dạng photon tia X hãm.
Tia X đặc trưng phát sinh khi các electron nhanh thâm nhập sâu vào nguyên tử và bị đánh bật ra khỏi các cấp độ bên trong (K, L và thậm chí M). Nguyên tử bị kích thích rồi trở về trạng thái cơ bản. Trong trường hợp này, các electron từ các mức bên ngoài lấp đầy các khoảng trống ở các mức bên trong, đồng thời các photon của bức xạ đặc trưng được phát ra với năng lượng bằng độ chênh lệch năng lượng của nguyên tử ở trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản (không vượt quá 250 keV). Những thứ kia. bức xạ đặc trưng xảy ra khi lớp vỏ điện tử của nguyên tử được sắp xếp lại. Trong quá trình chuyển đổi khác nhau của các nguyên tử từ trạng thái kích thích sang trạng thái không kích thích, năng lượng dư thừa cũng có thể được phát ra dưới dạng ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại và tia cực tím. Vì tia X có bước sóng ngắn và ít bị hấp thụ vào vật chất nên chúng có khả năng xuyên thấu lớn hơn.
Bức xạ gamma - Đây là bức xạ có nguồn gốc hạt nhân. Nó được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử trong quá trình phân rã alpha và beta của các hạt nhân phóng xạ nhân tạo tự nhiên trong trường hợp hạt nhân con chứa năng lượng dư thừa không bị bức xạ hạt (hạt alpha và beta) bắt giữ. Năng lượng dư thừa này ngay lập tức được phát ra dưới dạng tia gamma. Những thứ kia. Bức xạ gamma là một dòng sóng điện từ (lượng tử) phát ra trong quá trình phân rã phóng xạ khi trạng thái năng lượng của hạt nhân thay đổi. Ngoài ra, lượng tử gamma được hình thành trong quá trình phản đối của positron và electron. Tính chất của bức xạ gamma gần giống với tia X nhưng có tốc độ và năng lượng lớn hơn. Tốc độ truyền trong chân không bằng tốc độ ánh sáng - 300.000 km/s. Vì tia gamma không mang điện tích nên chúng không bị lệch trong điện trường và từ trường, truyền thẳng và đều theo mọi hướng so với nguồn. Năng lượng của bức xạ gamma dao động từ hàng chục nghìn đến hàng triệu electron volt (2-3 MeV), hiếm khi đạt tới 5-6 MeV (năng lượng trung bình của tia gamma sinh ra trong quá trình phân rã coban-60 là 1,25 MeV). Dòng bức xạ gamma bao gồm các lượng tử có năng lượng khác nhau. Trong quá trình phân rã 131