النشاط الإشعاعييشير إلى خاصية الانبعاث التلقائي لأي مادة في غياب التأثيرات الخارجية.

الخصائص الإشعاعيةتم اكتشافها لأول مرة في اليورانيوم في عام 1896 من قبل الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل (تجربة مع أملاح اليورانيوم)

وبعد ذلك تبين أن كل شيء العناصر الكيميائيةمع رقم سريأكثر من 83 منها مشعة.

خصائص الإشعاع الإشعاعي

1. يسبب تأين الغازات

2. لها تأثير كيميائي

3. النشاط الإشعاعي ليس ظاهرة جزيئية، بل هو خاصية داخلية لذرات العنصر المشع

4. النشاط الإشعاعي للدواء مع أي التركيب الكيميائييساوي النشاط الإشعاعي للعناصر المشعة النقية المأخوذة بالكمية التي تحتوي عليها في هذا المستحضر

5. الإشعاع الإشعاعي لا يعتمد على المؤثرات الخارجية (التدفئة، زيادة الضغط)، التفاعلات الكيميائيةالتي تدخل فيها المواد المشعة لا تؤثر على شدة الإشعاع.

6. ونتيجة لذلك الإشعاع الإشعاعييتم تشكيل نوع جديد تمامًا من المادة، مختلف تمامًا في طبيعته الفيزيائية و الخواص الكيميائيةمن الأصل. تنتهي سلسلة التحولات الإشعاعية بتكوين نظير غير مشع (مستقر).

7. لكل مادة مشعة فترة زمنية معينة يتناقص خلالها النشاط مرتين. وتسمى هذه الفترة بنصف العمر.

نصف الحياة Tهو الوقت الذي يضمحل فيه نصف العدد المتاح من الذرات المشعة.

– قانون الاضمحلال الإشعاعي

ن 0 –عدد الذرات المشعة في اللحظة الأولى من الزمن

ن -عدد الذرات المشعة عند نقطة زمنية محددة

ر –وقت

ت –نصف الحياة

8. يتم التمييز بين النشاط الإشعاعي الطبيعي (النشاط الإشعاعي للعناصر الموجودة في الطبيعة) والنشاط الإشعاعي الاصطناعي (النشاط الإشعاعي للعناصر التي يتم الحصول عليها أثناء التفاعلات النووية).

لاكتشاف تكوين معقدتم إجراء الإشعاع الإشعاعي التجربة القادمة: تم وضع عقار مشع في قاع قناة ضيقة في قطعة من الرصاص. وكانت هناك لوحة فوتوغرافية مقابل القناة. عند الخروج من القناة، يتأثر الإشعاع بمجال مغناطيسي قوي، وكانت خطوط الحث متعامدة مع الشعاع. تم وضع التثبيت بأكمله في فراغ.

وفي حالة عدم وجود مجال مغناطيسي، تم اكتشاف بقعة داكنة واحدة على لوحة التصوير الفوتوغرافي بعد التطوير، مقابل القناة تمامًا.

في المجال المغناطيسي، ينقسم الشعاع إلى ثلاثة أشعة.

إشعاع ألفا

هذا عبارة عن تيار من الجزيئات الموجبة الشحنة - نوى ذرات الهيليوم. سرعة جسيمات ألفا أقل بكثير من سرعة جسيمات بيتا وتقع في نطاق 10000-20000 كم/ثانية. الطاقة الحركية لجسيمات ألفا عالية: 4-10 MeV.

إشعاع ألفا لديه أقل قوة اختراق. طبقة من الورق يبلغ سمكها حوالي 0.1 مم توقفهم تمامًا.

إشعاع بيتا

هذا عبارة عن تيار من الإلكترونات السريعة المنبعثة من ذرات المادة المشعة. إن سرعات جسيمات بيتا هائلة وتصل إلى 0.99 مرة سرعة الضوء. تصل طاقة جسيمات بيتا إلى عدة ميجا إلكترون فولت.

إشعاع بيتا متوسط ​​في قدرته على الاختراق. يتم تثبيتها بواسطة لوح من الألومنيوم يبلغ سمكه عدة ملليمترات.

أشعة غاما

هذا هو التدفق موجات كهرومغناطيسيةطوله قصير جداً (10 -8 - 10 -11 سم). سرعة انتشار أشعة جاما في الفراغ هي نفس سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى - 300000 كم/ثانية.

يتمتع إشعاع جاما بأكبر قوة اختراق. طبقة من الرصاص بسمك 1 سم تقلل من شدة إشعاع جاما بمقدار النصف.

أشعة جاما والأشعة السينية يساوي طولالأمواج، باستثناء طريقة الإنتاج، لا تختلف عن بعضها البعض.

التنقل بين المقالات:

الإشعاع وأنواع الإشعاع الإشعاعي وتكوين الإشعاع الإشعاعي (المؤين) وخصائصه الرئيسية. تأثير الإشعاع على المادة.

ما هو الإشعاع

أولاً دعونا نحدد ما هو الإشعاع:

في عملية تحلل المادة أو تخليقها، يتم إطلاق عناصر الذرة (البروتونات، النيوترونات، الإلكترونات، الفوتونات)، وإلا يمكننا القول يحدث الإشعاعهذه العناصر. يسمى هذا الإشعاع - إشعاعات أيونيةأو ما هو أكثر شيوعا الإشعاع الإشعاعي، أو حتى أبسط إشعاع . يشمل الإشعاع المؤين أيضًا الأشعة السينية وأشعة جاما.

إشعاع هي عملية انبعاث المواد المشحونة الجسيمات الأوليةعلى شكل إلكترونات أو بروتونات أو نيوترونات أو ذرات هيليوم أو فوتونات وميونات. يعتمد نوع الإشعاع على العنصر المنبعث.

التأينهي عملية تكوين أيونات موجبة أو سالبة الشحنة أو إلكترونات حرة من ذرات أو جزيئات متعادلة الشحنة.

الإشعاع المشع (المؤين).يمكن تقسيمها إلى عدة أنواع حسب نوع العناصر التي تتكون منها. تنتج أنواع مختلفة من الإشعاع عن جسيمات دقيقة مختلفة، وبالتالي يكون لها تأثيرات حيوية مختلفة على المادة، وقدرات مختلفة على اختراقها، ونتيجة لذلك، تختلف التأثيرات البيولوجية للإشعاع.

إشعاعات ألفا وبيتا والنيوترونات- وهي إشعاعات تتكون من جزيئات مختلفة من الذرات.

جاما والأشعة السينيةهو انبعاث الطاقة.

إشعاع ألفا

• تنبعث: اثنين من البروتونات واثنين من النيوترونات
• القدرة على الاختراق: قليل
• الإشعاع من المصدر: ما يصل إلى 10 سم
• سرعة الانبعاث: 20,000 كم/ثانية
• التأين: 30000 زوج أيوني لكل 1 سم من السفر
• عالي

يحدث إشعاع ألفا (α) أثناء اضمحلال المواد غير المستقرة النظائرعناصر.

إشعاع ألفا- هذا هو إشعاع جسيمات ألفا الثقيلة ذات الشحنة الموجبة وهي نواة ذرات الهيليوم (نيوترونان وبروتونان). تنبعث جسيمات ألفا أثناء اضمحلال النوى الأكثر تعقيدا، على سبيل المثال، أثناء اضمحلال ذرات اليورانيوم والراديوم والثوريوم.

تمتلك جسيمات ألفا كتلة كبيرة وتنبعث بسرعة منخفضة نسبيًا تبلغ في المتوسط ​​20 ألف كيلومتر في الثانية، أي أقل بحوالي 15 مرة من سرعة الضوء. وبما أن جسيمات ألفا ثقيلة جداً، فعند ملامستها لمادة ما، تصطدم الجزيئات بجزيئات هذه المادة، وتبدأ بالتفاعل معها، وتفقد طاقتها، وبالتالي فإن قدرة هذه الجزيئات على الاختراق ليست كبيرة وحتى ورقة بسيطة من الورق يمكن أن يعيقهم.

ومع ذلك، تحمل جسيمات ألفا الكثير من الطاقة، وعندما تتفاعل مع المادة، فإنها تسبب تأينًا كبيرًا. وفي خلايا الكائن الحي، بالإضافة إلى التأين، يدمر إشعاع ألفا الأنسجة، مما يؤدي إلى أضرار مختلفة للخلايا الحية.

من بين جميع أنواع الإشعاع، يعتبر إشعاع ألفا هو الأقل قدرة على الاختراق، ولكن عواقب تشعيع الأنسجة الحية بهذا النوع من الإشعاع هي الأكثر خطورة وأهمية مقارنة بأنواع الإشعاع الأخرى.

يمكن أن يحدث التعرض لإشعاع ألفا عندما تدخل العناصر المشعة إلى الجسم، على سبيل المثال من خلال الهواء أو الماء أو الطعام، أو من خلال الجروح أو الجروح. بمجرد دخول هذه العناصر المشعة إلى الجسم، يتم نقلها عبر مجرى الدم إلى جميع أنحاء الجسم، وتتراكم في الأنسجة والأعضاء، مما يؤثر عليها تأثيرًا حيويًا قويًا. نظرًا لأن بعض أنواع النظائر المشعة التي تنبعث منها إشعاع ألفا لها عمر طويل، فإنها عندما تدخل الجسم يمكن أن تسبب تغيرات خطيرة في الخلايا وتؤدي إلى تنكس الأنسجة وحدوث طفرات.

في الواقع، لا يتم التخلص من النظائر المشعة من الجسم من تلقاء نفسها، لذلك بمجرد دخولها إلى الجسم، فإنها ستشعع الأنسجة من الداخل لسنوات عديدة حتى تؤدي إلى تغييرات خطيرة. جسم الإنسان غير قادر على تحييد أو معالجة أو استيعاب أو استخدام معظم النظائر المشعة التي تدخل الجسم.

الإشعاع النيوتروني

• تنبعث: النيوترونات
• القدرة على الاختراق: عالي
• الإشعاع من المصدر: كيلومترات
• سرعة الانبعاث: 40,000 كم/ثانية
• التأين: من 3000 إلى 5000 زوج أيون لكل 1 سم من الجريان
• التأثيرات البيولوجية للإشعاع: عالي

الإشعاع النيوتروني- هذا إشعاع من صنع الإنسان ينشأ في المفاعلات النووية المختلفة وأثناءها الانفجارات الذرية. كما ينبعث الإشعاع النيوتروني من النجوم التي تحدث فيها تفاعلات نووية حرارية نشطة.

نظرًا لعدم وجود أي شحنة، فإن الإشعاع النيوتروني الذي يصطدم بالمادة يتفاعل بشكل ضعيف مع عناصر الذرات على المستوى الذري، وبالتالي يتمتع بقوة اختراق عالية. يمكنك إيقاف الإشعاع النيوتروني باستخدام مواد تحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين، على سبيل المثال، وعاء من الماء. كما أن الإشعاع النيوتروني لا يخترق البولي إيثيلين جيدًا.

يسبب الإشعاع النيوتروني، عند مروره عبر الأنسجة البيولوجية، أضرارًا جسيمة للخلايا، نظرًا لأنه يتمتع بكتلة كبيرة وسرعة أعلى من إشعاع ألفا.

إشعاع بيتا

• تنبعث: الإلكترونات أو البوزيترونات
• القدرة على الاختراق: متوسط
• الإشعاع من المصدر: ما يصل إلى 20 م
• سرعة الانبعاث: 300,000 كم/ثانية
• التأين: من 40 إلى 150 زوجًا من الأيونات لكل 1 سم من السفر
• التأثيرات البيولوجية للإشعاع: متوسط

إشعاع بيتا (β).يحدث عندما يتحول عنصر إلى عنصر آخر، بينما تحدث العمليات في نواة ذرة المادة نفسها مع تغير في خصائص البروتونات والنيوترونات.

وباستخدام إشعاع بيتا، يتحول النيوترون إلى بروتون أو البروتون إلى نيوترون، وخلال هذا التحول، ينبعث إلكترون أو بوزيترون (جسيم مضاد للإلكترون)، اعتمادًا على نوع التحول. وسرعة العناصر المنبعثة تقترب من سرعة الضوء وتساوي تقريبا 300 ألف كيلومتر في الثانية. تسمى العناصر المنبعثة خلال هذه العملية بجسيمات بيتا.

وجود في البداية السرعه العاليهالإشعاع وصغر حجم العناصر المنبعثة، يتمتع إشعاع بيتا بقدرة اختراق أعلى من إشعاع ألفا، ولكن قدرته على تأين المادة أقل بمئات المرات مقارنة بإشعاع ألفا.

يخترق إشعاع بيتا بسهولة من خلال الملابس وجزئيًا من خلال الأنسجة الحية، ولكن عند مروره عبر هياكل المادة الأكثر كثافة، على سبيل المثال، من خلال المعدن، يبدأ في التفاعل معه بشكل أكثر كثافة ويفقد معظم طاقته، وينقلها إلى عناصر المادة . يمكن لصفيحة معدنية يبلغ سمكها بضعة ملليمترات أن توقف إشعاع بيتا تمامًا.

إذا كان إشعاع ألفا يشكل خطرا فقط في الاتصال المباشر مع النظائر المشعة، فإن إشعاع بيتا، اعتمادا على شدته، يمكن أن يسبب بالفعل ضررا كبيرا للكائن الحي على مسافة عدة عشرات من الأمتار من مصدر الإشعاع.

إذا دخل نظير مشع ينبعث منه إشعاع بيتا إلى كائن حي، فإنه يتراكم في الأنسجة والأعضاء، ويمارس تأثيرًا نشطًا عليها، مما يؤدي إلى تغيرات في بنية الأنسجة، ومع مرور الوقت، يسبب أضرارًا كبيرة.

بعض النظائر المشعة ذات إشعاع بيتا لها فترة اضمحلال طويلة، أي أنها بمجرد دخولها الجسم ستشععه لسنوات حتى تؤدي إلى تنكس الأنسجة، ونتيجة لذلك، الإصابة بالسرطان.

أشعة غاما

• تنبعث: الطاقة على شكل فوتونات
• القدرة على الاختراق: عالي
• الإشعاع من المصدر: تصل إلى مئات الأمتار
• سرعة الانبعاث: 300,000 كم/ثانية
• التأين:
• التأثيرات البيولوجية للإشعاع: قليل

إشعاع جاما (γ).هو إشعاع كهرومغناطيسي نشط على شكل فوتونات.

يصاحب إشعاع جاما عملية تحلل ذرات المادة ويتجلى في شكل طاقة كهرومغناطيسية منبعثة على شكل فوتونات تنطلق عندما حالة الطاقةالنوى الذرية. تنبعث أشعة جاما من النواة بسرعة الضوء.

عندما يحدث التحلل الإشعاعي للذرة، تتشكل مواد أخرى من مادة واحدة. تكون ذرة المواد المتكونة حديثًا في حالة غير مستقرة (مثارة) طاقيًا. ومن خلال التأثير على بعضها البعض، تصل النيوترونات والبروتونات الموجودة في النواة إلى حالة تكون فيها قوى التفاعل متوازنة، وتنبعث الطاقة الزائدة من الذرة على شكل إشعاع غاما

يتمتع إشعاع جاما بقدرة اختراق عالية ويخترق الملابس والأنسجة الحية بسهولة، ويكون أكثر صعوبة قليلاً من خلال الهياكل الكثيفة للمواد مثل المعدن. لإيقاف إشعاع جاما، ستكون هناك حاجة إلى سمك كبير من الفولاذ أو الخرسانة. ولكن في الوقت نفسه، فإن تأثير إشعاع جاما على المادة أضعف مائة مرة من إشعاع بيتا وأضعف بعشرات الآلاف من المرات من إشعاع ألفا.

الخطر الرئيسي لأشعة جاما هو قدرتها على السفر لمسافات كبيرة والتأثير على الكائنات الحية على بعد عدة مئات من الأمتار من مصدر إشعاع جاما.

الأشعة السينية

• تنبعث: الطاقة على شكل فوتونات
• القدرة على الاختراق: عالي
• الإشعاع من المصدر: تصل إلى مئات الأمتار
• سرعة الانبعاث: 300,000 كم/ثانية
• التأين: من 3 إلى 5 أزواج من الأيونات لكل 1 سم من السفر
• التأثيرات البيولوجية للإشعاع: قليل

الأشعة السينية- هذا هو الإشعاع الكهرومغناطيسي النشط على شكل فوتونات تنشأ عندما يتحرك إلكترون داخل الذرة من مدار إلى آخر.

يشبه إشعاع الأشعة السينية في تأثيره إشعاع جاما، ولكنه يتمتع بقدرة اختراق أقل لأنه يمتلك طولًا موجيًا أطول.

وبعد دراسة مختلف أنواع الإشعاع الإشعاعي، يتضح أن مفهوم الإشعاع يشمل أنواعًا مختلفة تمامًا من الإشعاع لها تأثيرات مختلفة على المادة والأنسجة الحية، بدءًا من القصف المباشر بالجسيمات الأولية (إشعاع ألفا وبيتا والنيوترون) وحتى تأثيرات الطاقة. في شكل علاج بأشعة جاما والأشعة السينية.

كل من الإشعاعات التي تمت مناقشتها خطيرة!

جدول مقارن لخصائص أنواع مختلفة من الإشعاع

صفة مميزة	نوع الإشعاع
	إشعاع ألفا	الإشعاع النيوتروني	إشعاع بيتا	أشعة غاما	الأشعة السينية
تنبعث	اثنين من البروتونات واثنين من النيوترونات	النيوترونات	الإلكترونات أو البوزيترونات	الطاقة على شكل فوتونات	الطاقة على شكل فوتونات
قوة اختراق	قليل	عالي	متوسط	عالي	عالي
التعرض من المصدر	ما يصل إلى 10 سم	كيلومترات	ما يصل إلى 20 م	مئات الأمتار	مئات الأمتار
سرعة الإشعاع	20,000 كم/ثانية	40,000 كم/ثانية	300,000 كم/ثانية	300,000 كم/ثانية	300,000 كم/ثانية
التأين والبخار لكل 1 سم من السفر	30 000	من 3000 إلى 5000	من 40 إلى 150	من 3 إلى 5	من 3 إلى 5
الآثار البيولوجية للإشعاع	عالي	عالي	متوسط	قليل	قليل

كما يتبين من الجدول، اعتمادًا على نوع الإشعاع، فإن الإشعاع بنفس الشدة، على سبيل المثال 0.1 رونتجن، سيكون له تأثير مدمر مختلف على خلايا الكائن الحي. ولمراعاة هذا الاختلاف، تم إدخال المعامل k، الذي يعكس درجة التعرض للإشعاع الإشعاعي على الكائنات الحية.

العامل ك
نوع الإشعاع ونطاق الطاقة	مضاعف الوزن
الفوتوناتجميع الطاقات (أشعة جاما)	1
الإلكترونات والميوناتجميع الطاقات (أشعة بيتا)	1
النيوترونات مع الطاقة < 10 КэВ (нейтронное излучение)	5
النيوتروناتمن 10 إلى 100 كيلو إلكترون فولت (الإشعاع النيوتروني)	10
النيوتروناتمن 100 كيلو إلكترون فولت إلى 2 ميجا إلكترون فولت (إشعاع نيوتروني)	20
النيوتروناتمن 2 ميغا إلكترون فولت إلى 20 ميغا إلكترون فولت (إشعاع نيوتروني)	10
النيوترونات> 20 ميغا إلكترون فولت (إشعاع نيوتروني)	5
البروتوناتمع طاقات > 2 MeV (باستثناء البروتونات الارتدادية)	5
جسيمات ألفاوالشظايا الانشطارية والنوى الثقيلة الأخرى (إشعاع ألفا)	20

كلما ارتفع "معامل k"، كلما زادت خطورة تأثير نوع معين من الإشعاع على أنسجة الكائن الحي.

فيديو:

بعد اكتشاف العناصر المشعة، بدأ البحث في الطبيعة الفيزيائية لإشعاعها. بالإضافة إلى بيكريل وكوري، تولى رذرفورد هذه المهمة.

التجربة الكلاسيكية التي مكنت من اكتشاف التركيب المعقد للإشعاع المشع كانت على النحو التالي. تم وضع مستحضر الراديوم في قاع قناة ضيقة في قطعة من الرصاص. وكانت هناك لوحة فوتوغرافية مقابل القناة. تأثر الإشعاع الخارج من القناة بمجال مغناطيسي قوي، وكانت خطوط الحث متعامدة مع الحزمة (الشكل 13.6). تم وضع التثبيت بأكمله في فراغ.

في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي، تم اكتشاف بقعة داكنة واحدة على لوحة التصوير الفوتوغرافي بعد تطويرها مقابل القناة تمامًا. في المجال المغناطيسي، ينقسم الشعاع إلى ثلاثة أشعة. تم انحراف مكوني التدفق الأولي في اتجاهين متعاكسين. وهذا يدل على أن هذه الإشعاعات قد الشحنات الكهربائيةعلامات عكسية. في هذه الحالة، تم انحراف المكون السلبي للإشعاع حقل مغناطيسيأقوى بكثير من الإيجابية. أما المكون الثالث فلم ينحرف عن المجال المغناطيسي على الإطلاق. يُطلق على العنصر الموجب الشحنة اسم أشعة ألفا، ويسمى العنصر المشحون سالبًا أشعة بيتا، ويسمى العنصر المحايد أشعة جاما (أشعة ألفا، وأشعة بيتا، وأشعة جاما).

تختلف هذه الأنواع الثلاثة من الإشعاع بشكل كبير في قوة الاختراق، أي في مدى كثافة امتصاصها مواد مختلفة. تتمتع أشعة ألفا بقدرة اختراق أقل. طبقة من الورق يبلغ سمكها حوالي 0.1 مم غير شفافة بالفعل بالنسبة لهم. إذا قمت بتغطية ثقب في لوحة الرصاص بقطعة من الورق، فلن يتم العثور على أي بقعة تتوافق مع الإشعاع على لوحة التصوير الفوتوغرافي.

يتم امتصاص كمية أقل بكثير من أشعة بيتا عند المرور عبر المادة. تمنعهم لوحة الألومنيوم تمامًا بسمك بضعة ملليمترات فقط. تتمتع أشعة جاما بقدرة أكبر على الاختراق.

تزداد شدة امتصاص أشعة جاما مع زيادة العدد الذري للمادة الماصة. لكن طبقة من الرصاص بسمك 1 سم لا تشكل عائقًا لا يمكن التغلب عليه بالنسبة لهم. عندما تمر الأشعة y عبر طبقة الرصاص هذه، تقل شدتها بمقدار النصف فقط.

من الواضح أن الطبيعة الفيزيائية للأشعة α و β و γ مختلفة.

أشعة غاما.تشبه أشعة جاما في خصائصها الأشعة السينية إلى حد كبير، إلا أن قدرتها على الاختراق أكبر بكثير من قدرة الأشعة السينية. وهذا يشير إلى أن أشعة جاما كانت موجات كهرومغناطيسية. اختفت كل الشكوك حول هذا الأمر بعد اكتشاف حيود أشعة جاما على البلورات وقياس طولها الموجي. اتضح أنها صغيرة جدًا - من 10 -8 إلى 10 -11 سم.

على مقياس الموجات الكهرومغناطيسية، تتبع أشعة جاما الأشعة السينية مباشرة. سرعة انتشار أشعة جاما هي نفس سرعة انتشار جميع الموجات الكهرومغناطيسية - حوالي 300000 كم/ثانية.

أشعة بيتا.منذ البداية، تم اعتبار أشعة ألفا وبيتا بمثابة تيارات من الجسيمات المشحونة. كان من الأسهل تجربة أشعة بيتا، لأنها تنحرف بقوة أكبر في كل من المجالات المغناطيسية والكهربائية.

كانت المهمة الرئيسية للتجارب هي تحديد شحنة الجزيئات وكتلتها. عند دراسة انحراف جسيمات بيتا في المجالات الكهربائية والمغناطيسية، وجد أنها ليست أكثر من إلكترونات تتحرك بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء. ومن المهم ألا تكون سرعات جسيمات بيتا المنبعثة من أي عنصر مشع هي نفسها. هناك جسيمات بسرعات مختلفة جدًا. يؤدي هذا إلى تمدد حزمة جسيمات بيتا في المجال المغناطيسي (انظر الشكل 13.6).

كان من الصعب معرفة طبيعة جسيمات ألفا، لأنها أقل انحرافًا بقوة بواسطة المجالات المغناطيسية والكهربائية. وأخيراً نجح رذرفورد في حل هذه المشكلة. قام بقياس نسبة شحنة الجسيم q إلى كتلته m عن طريق انحرافه في المجال المغناطيسي. وتبين أنه أقل بحوالي مرتين من البروتون - نواة ذرة الهيدروجين. شحنة البروتون تساوي الشحنة الأولية، وكتلته قريبة جدًا من وحدة الكتلة الذرية 1 . وبالتالي، فإن كتلة جسيم ألفا لكل شحنة أولية تساوي وحدتي كتلة ذرية.

1 وحدة الكتلة الذرية (amu) تساوي 1/12 كتلة ذرة الكربون؛ 1 أ. إم ≈ 1.66057 10 -27 كجم.

لكن شحنة جسيم ألفا وكتلته ظلت غير معروفة. كان من الضروري قياس شحنة أو كتلة جسيم ألفا. مع ظهور عداد جيجر، أصبح من الممكن قياس الشحنة بسهولة ودقة أكبر. ومن خلال نافذة رفيعة جدًا، يمكن لجسيمات ألفا أن تخترق العداد وتسجل به.

وضع رذرفورد عداد جيجر في مسار جسيمات ألفا، والذي يقيس عدد الجسيمات المنبعثة من دواء مشع خلال فترة زمنية معينة. ثم استبدل العداد بأسطوانة معدنية متصلة بمقياس كهربائي حساس (الشكل 13.7). باستخدام مقياس كهربائي، قام رذرفورد بقياس شحنة جسيمات ألفا المنبعثة من المصدر إلى الأسطوانة في نفس الوقت (يظل النشاط الإشعاعي للعديد من المواد دون تغيير تقريبًا مع مرور الوقت). بمعرفة الشحنة الإجمالية لجسيمات ألفا وعددها، حدد رذرفورد نسبة هذه الكميات، أي شحنة جسيم ألفا واحد. وتبين أن هذه الشحنة تساوي شحنتين أوليتين.

وهكذا، أثبت أن جسيم ألفا يحتوي على وحدتي كتلة ذرية لكل من شحنتيه الأوليتين. ولذلك، هناك أربع وحدات كتلة ذرية لكل شحنتين أوليتين. نواة الهيليوم لها نفس الشحنة ونفس الكتلة الذرية النسبية. ويترتب على ذلك أن جسيم ألفا هو نواة ذرة الهيليوم.

لم يكتف رذرفورد بالنتيجة التي تم التوصل إليها، بل أثبت من خلال التجارب المباشرة أن الهيليوم هو الذي يتشكل أثناء الاضمحلال الإشعاعي. قام بجمع جسيمات ألفا داخل خزان خاص على مدى عدة أيام التحليل الطيفيكنت مقتنعًا بأن الهيليوم يتراكم في الوعاء (كل جسيم ألفا يلتقط إلكترونين ويتحول إلى ذرة هيليوم).

ينتج عن الاضمحلال الإشعاعي أشعة ألفا (نواة ذرة الهيليوم)، وأشعة بيتا (الإلكترونات)، وأشعة جاما (الإشعاع الكهرومغناطيسي قصير الموجة).

سؤال للفقرة

لماذا أصبح تحديد طبيعة أشعة ألفا أكثر صعوبة بكثير من تحديد طبيعة أشعة بيتا؟

ليس سرا أن الإشعاع ضار. الجميع يعرف هذا. لقد سمع الجميع عن الخسائر الفادحة ومخاطر التعرض للإشعاع. ما هو الإشعاع؟ كيف تنشأ؟ هناك أنواع مختلفةإشعاع؟ وكيف تحمي نفسك منه؟

كلمة "الإشعاع" تأتي من اللاتينية نصف القطرويدل على شعاع. من حيث المبدأ، الإشعاع هو جميع أنواع الإشعاع الموجودة في الطبيعة - موجات الراديو، الضوء المرئي، الأشعة فوق البنفسجية، وما إلى ذلك. ولكن هناك أنواع مختلفة من الإشعاع، بعضها مفيد، وبعضها ضار. نحن مشتركون الحياة العاديةلقد اعتدنا على استخدام كلمة إشعاع لوصف الإشعاع الضار الناتج عن النشاط الإشعاعي لأنواع معينة من المواد. دعونا نلقي نظرة على كيفية شرح ظاهرة النشاط الإشعاعي في دروس الفيزياء.

النشاط الإشعاعي في الفيزياء

نحن نعلم أن ذرات المادة تتكون من نواة وإلكترونات تدور حولها. وبالتالي فإن النواة، من حيث المبدأ، هي تكوين مستقر للغاية يصعب تدميره. ومع ذلك، فإن النوى الذرية لبعض المواد غير مستقرة ويمكن أن تنبعث منها طاقات وجسيمات مختلفة في الفضاء.

ويسمى هذا الإشعاع بالإشعاع، وهو يشتمل على عدة مكونات يتم تسميتها حسب الأحرف الثلاثة الأولى الأبجدية اليونانية: إشعاع α- و β- و γ-. (أشعة ألفا وبيتا وجاما). وهذه الإشعاعات مختلفة، كما يختلف تأثيرها على الإنسان وإجراءات الحماية منها. دعونا ننظر إلى كل شيء بالترتيب.

إشعاع ألفا

إشعاع ألفا هو تيار من الجسيمات الثقيلة ذات الشحنة الموجبة. يحدث نتيجة لاضمحلال الذرات العناصر الثقيلةمثل اليورانيوم والراديوم والثوريوم. في الهواء، لا ينتقل إشعاع ألفا أكثر من خمسة سنتيمترات، وكقاعدة عامة، يتم حظره بالكامل بواسطة قطعة من الورق أو الطبقة الخارجية الميتة من الجلد. ومع ذلك، إذا دخلت مادة تنبعث منها جسيمات ألفا إلى الجسم عن طريق الطعام أو الهواء، فإنها تشع الأعضاء الداخلية وتصبح خطيرة.

إشعاع بيتا

إشعاع بيتا عبارة عن إلكترونات أصغر بكثير من جسيمات ألفا ويمكنها اختراق عمق عدة سنتيمترات في الجسم. يمكنك حماية نفسك منها بطبقة رقيقة من المعدن، وزجاج النوافذ، وحتى الملابس العادية. عندما يصل إشعاع بيتا إلى مناطق غير محمية من الجسم، فإنه عادة ما يؤثر على الطبقات العليا من الجلد. أثناء وقوع حادث في محطة تشيرنوبيل للطاقة النوويةوفي عام 1986، أصيب رجال الإطفاء بحروق جلدية نتيجة التعرض العالي جدًا لجزيئات بيتا. إذا دخلت مادة تنبعث منها جزيئات بيتا إلى الجسم، فإنها تشع الأنسجة الداخلية.

أشعة غاما

إشعاع جاما هو الفوتونات، أي. موجة كهرومغناطيسية تحمل الطاقة. في الهواء يمكن أن تمر مسافات طويلة، وتفقد الطاقة تدريجيًا نتيجة الاصطدام بذرات الوسط. إن إشعاع جاما المكثف، إذا لم يكن محميًا منه، يمكن أن يؤدي إلى تلف الجلد فحسب، بل أيضًا الأنسجة الداخلية. كثيفة و مواد ثقيلة، مثل الحديد والرصاص، تعتبر حواجز ممتازة أمام إشعاع غاما.

كما ترون، وفقا لخصائصه، فإن إشعاع ألفا ليس خطيرا عمليا إذا لم تستنشق جزيئاته أو تأكلها مع الطعام. يمكن أن يسبب إشعاع بيتا حروقًا جلدية نتيجة التعرض له. يتمتع إشعاع جاما بأخطر الخصائص. يتغلغل في أعماق الجسم، ومن الصعب جداً إخراجه من هناك، وآثاره مدمرة جداً.

على أية حال، بدون أدوات خاصة، من المستحيل معرفة نوع الإشعاع الموجود في هذه الحالة بالذات، خاصة أنه يمكنك دائمًا استنشاق جزيئات الإشعاع في الهواء عن طريق الخطأ. لهذا قاعدة عامةشيء واحد هو تجنب مثل هذه الأماكن، وإذا وجدت نفسك، فقم بلف نفسك بأكبر قدر ممكن من الملابس والأشياء، وتنفس من خلال القماش، ولا تأكل أو تشرب، وحاول مغادرة مكان الإصابة في أسرع وقت ممكن. . وبعد ذلك، في أول فرصة، تخلص من كل هذه الأشياء واغتسل جيدًا.

يشمل مفهوم "الإشعاع" النطاق الكامل للموجات الكهرومغناطيسية، كذلك كهرباء، موجات الراديو، الإشعاعات المؤينة. ومع الأخير، تتغير الحالة الفيزيائية للذرات ونواتها، وتحولها إلى أيونات أو منتجات مشحونة التفاعلات النووية. تمتلك أصغر الجسيمات طاقة تُفقد تدريجيًا عند التفاعل معها الوحدات الهيكلية. ونتيجة للحركة تتأين المادة التي تخترق العناصر من خلالها. يختلف عمق الاختراق لكل جسيم. بسبب قدرته على تغيير المواد، فإن الضوء المشع ضار بالجسم. ما هي أنواع الإشعاع الموجودة؟

الانبعاث الجسيمي. جسيمات ألفا

وهذا النوع هو تدفق العناصر المشعة التي تختلف كتلتها عن الصفر. ومن الأمثلة على ذلك إشعاع ألفا وبيتا، وكذلك الإلكترون والنيوترون والبروتون والميزون. جسيمات ألفا هي نوى ذرية تنبعث عندما تتحلل ذرات مشعة معينة. وهي تتكون من نيوترونين وبروتونات. يأتي إشعاع ألفا من نوى ذرات الهيليوم ذات الشحنة الموجبة. يعتبر الانبعاث الطبيعي نموذجيًا للنويدات المشعة غير المستقرة من سلسلة الثوريوم واليورانيوم. وتخرج جسيمات ألفا من النواة بسرعة تصل إلى 20 ألف كيلومتر في الثانية. على طول طريق الحركة، فإنها تشكل تأينًا قويًا للوسط، مما يؤدي إلى تمزيق الإلكترونات من مدارات الذرات. التأين بواسطة الأشعة يؤدي إلى التغيرات الكيميائيةفي المادة، فضلا عن اختلال تركيبها البلوري.

خصائص إشعاع ألفا

والأشعة من هذا النوع هي جسيمات ألفا كتلتها 4.0015 وحدة ذرية. لحظة جاذبةوالدوران يساوي الصفر، وشحنة الجسيمات هي ضعف الشحنة الأولية. تتراوح طاقة أشعة ألفا بين 4-9 MeV. يحدث إشعاع ألفا المؤين عندما تفقد الذرة إلكترونها وتتحول إلى أيون. ويخرج الإلكترون بسبب الوزن الكبير لجسيمات ألفا التي تزيد عنه بسبعة آلاف مرة. عندما تمر الجسيمات عبر الذرة وتكسر كل عنصر سالب الشحنة، فإنها تفقد طاقتها وسرعتها. تُفقد القدرة على تأين المادة عند استنفاد كل الطاقة وتحول جسيم ألفا إلى ذرة هيليوم.

إشعاع بيتا

إنها عملية يتم فيها إنتاج الإلكترونات والبوزيترونات عن طريق اضمحلال بيتا لعناصر تتراوح من الأخف إلى الأثقل. تتعاون جسيمات بيتا مع إلكترونات الأغلفة الذرية وتنقل إليها بعض الطاقة وتمزقها خارج المدار. في هذه الحالة، يتم تشكيل أيون موجب وإلكترون حر. لإشعاع ألفا وبيتا سرعات حركة مختلفة. لذا، بالنسبة للنوع الثاني من الأشعة فهو يقترب من سرعة الضوء. يمكن امتصاص جسيمات بيتا باستخدام طبقة من الألومنيوم بسمك 1 مم.

أشعة غاما

تتشكل أثناء تحلل النوى المشعة، وكذلك الجسيمات الأولية. هذا هو نوع قصير الموجة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. وتتشكل عندما تنتقل النواة من حالة طاقة أكثر إثارة إلى حالة طاقة أقل إثارة. إنه ذو طول موجي قصير، وبالتالي لديه قوة اختراق عالية، مما قد يسبب ضررًا خطيرًا لصحة الإنسان.

ملكيات

يمكن للجسيمات التي تتشكل أثناء تحلل نوى العناصر أن تتفاعل مع البيئة بطرق مختلفة. يعتمد هذا الاتصال على كتلة الجسيمات وشحنتها وطاقتها. تشمل خصائص الإشعاع الإشعاعي المعلمات التالية:

1. القدرة على الاختراق.

2. تأين الوسط.

3. رد فعل طارد للحرارة.

4. التأثير على المستحلب الفوتوغرافي.

5. القدرة على إحداث توهج المواد المضيئة.

6. مع التعرض لفترات طويلة، من الممكن حدوث تفاعلات كيميائية وانهيار الجزيئات. على سبيل المثال، يتغير لون الكائن.

وتستخدم الخصائص المذكورة في الكشف عن الإشعاعات نظراً لعدم قدرة الإنسان على اكتشافها بحواسه.

مصادر الإشعاع

هناك عدة أسباب لانبعاثات الجسيمات. يمكن أن تكون هذه أجسامًا أرضية أو فضائية تحتوي على مواد مشعة وأجهزة تقنية تنبعث منها إشعاعات مؤينة. كما يمكن أن تكون أسباب ظهور الجزيئات المشعة هي المنشآت النووية وأجهزة التحكم والقياس والإمدادات الطبية وتدمير مرافق تخزين النفايات الإشعاعية. تنقسم المصادر الخطرة إلى مجموعتين:

1. مغلق. عند العمل معهم، لا يخترق الإشعاع البيئة. ومن الأمثلة على ذلك تكنولوجيا الإشعاع في محطات الطاقة النووية، فضلا عن المعدات الموجودة في غرفة الأشعة السينية.
2. يفتح. وفي هذه الحالة تتعرض البيئة للإشعاع. يمكن أن تكون المصادر الغازات والهباء الجوي والنفايات المشعة.

عناصر سلسلة اليورانيوم والأكتينيوم والثوريوم هي عناصر مشعة تحدث بشكل طبيعي. عندما تتحلل، تنبعث جسيمات ألفا وبيتا. مصادر أشعة ألفا هي البولونيوم الكتلة الذرية 214 و 218. الأخير هو نتاج اضمحلال غاز الرادون. وهو غاز سام بكميات كبيرة يتغلغل من التربة ويتراكم في أقبية المنازل.

مصادر إشعاع ألفا عالي الطاقة هي مجموعة متنوعة من مسرعات الجسيمات المشحونة. أحد هذه الأجهزة هو phasotron. إنه معجل رنين دوري مع مجال مغناطيسي ثابت التحكم. تسارع التردد الحقل الكهربائيسوف تتغير ببطء مع فترة. تتحرك الجسيمات في دوامة متحللة ويتم تسريعها إلى طاقة تبلغ 1 GeV.

القدرة على اختراق المواد

تتمتع إشعاعات ألفا وبيتا وجاما بنطاق معين. وبالتالي فإن حركة جسيمات ألفا في الهواء تبلغ عدة سنتيمترات، بينما يمكن لجسيمات بيتا أن تنتقل عدة أمتار، وأشعة جاما يمكن أن تنتقل لمئات الأمتار. إذا تعرض الشخص لإشعاع ألفا خارجي، فإن قوة اختراقه تساوي الطبقة السطحية من الجلد، فسيكون في خطر فقط في حالة وجود جروح مفتوحة على الجسم. إن تناول الأطعمة المشععة بهذه العناصر يسبب ضررا شديدا.

يمكن لجسيمات بيتا أن تخترق الجسم لعمق لا يزيد عن 2 سم فقط، ولكن جزيئات جاما يمكن أن تسبب تشعيعًا للجسم بأكمله. لا يمكن حجب أشعة الجزيئات الأخيرة إلا بألواح خرسانية أو رصاصية.

إشعاع ألفا. التأثير على البشر

إن طاقة هذه الجزيئات المتكونة أثناء التحلل الإشعاعي ليست كافية للتغلب على الطبقة الأولية من الجلد، وبالتالي فإن التشعيع الخارجي لا يضر الجسم. ولكن إذا كان مصدر تكوين جسيمات ألفا هو المسرع وتصل طاقتها إلى عشرات من MeV، فهذا يعني أن هناك تهديدًا للأداء الطبيعي للجسم. الاختراق المباشر لمادة مشعة في الجسم يسبب ضررا جسيما. على سبيل المثال، عن طريق استنشاق الهواء المسموم أو عن طريق الجهاز الهضمي. يمكن لإشعاع ألفا، بجرعات قليلة، أن يتسبب في إصابة الشخص بمرض الإشعاع، والذي غالبًا ما ينتهي بوفاة الضحية.

لا يمكن الكشف عن أشعة ألفا باستخدام مقياس الجرعات. بمجرد دخولهم الجسم، يبدأون في تشعيع الخلايا المجاورة. يجبر الجسم الخلايا على الانقسام بشكل أسرع لملء الفجوة، ولكن أولئك الذين يولدون مرة أخرى يتعرضون لذلك تأثيرات مؤذية. وهذا يؤدي إلى فقدان المعلومات الوراثية، وحدوث طفرات، وتكوين أورام خبيثة.

حدود التعرض المسموح بها

يتم تنظيم معيار الإشعاع المؤين في روسيا من خلال "معايير السلامة من الإشعاع" و"الأساسية". القواعد الصحيةيعمل مع المواد المشعةوغيرها من مصادر الإشعاع المؤين." ووفقاً لهذه الوثائق، تم وضع حدود التعرض للفئات التالية:

1. "أ". ويشمل ذلك الموظفين الذين يعملون مع مصدر إشعاعي بشكل دائم أو مؤقت. ويتم حساب الحد المسموح به كجرعة فردية مكافئة من الإشعاع الخارجي والداخلي في السنة. هذا هو ما يسمى بالجرعة القصوى المسموح بها.

2. "ب". تشمل هذه الفئة نسبة السكان الذين قد يتعرضون لمصادر الإشعاع لأنهم يعيشون أو يعملون بالقرب منها. في هذه الحالة يتم أيضًا حساب الجرعة المسموح بها سنويًا والتي لن تحدث فيها مشاكل صحية لمدة 70 عامًا.

3. "ب". يشمل هذا النوع سكان المنطقة أو المنطقة أو الدولة المعرضة للإشعاع. يتم الحد من التعرض من خلال إدخال معايير ومراقبة النشاط الإشعاعي للأشياء الموجودة فيها بيئة، الانبعاثات الضارة من محطات الطاقة النووية، مع مراعاة حدود الجرعات للفئات السابقة. ولا يخضع تأثير الإشعاع على السكان للتنظيم، لأن مستويات التعرض منخفضة للغاية. في حالات حادث الإشعاعويتم تطبيق كافة الإجراءات الأمنية اللازمة في المناطق.

تدابير أمنية

الحماية من الإشعاع ألفا ليست مشكلة. يتم حجب الأشعة الإشعاعية بالكامل بواسطة ورقة سميكة وحتى ملابس الإنسان. الخطر ينشأ فقط من التعرض الداخلي. لتجنب ذلك، يتم استخدام معدات الحماية الشخصية. وتشمل هذه الملابس (بدلة العمل، وخوذات جلد الخلد)، والمآزر البلاستيكية، والأكمام الزائدة، والقفازات المطاطية، والأحذية الخاصة. ولحماية العيون، يتم استخدام الدروع الزجاجية، كما تستخدم المنتجات الجلدية (المعاجين والمراهم والكريمات)، وأجهزة التنفس. تلجأ الشركات إلى تدابير الحماية الجماعية. أما بالنسبة للحماية من غاز الرادون الذي يمكن أن يتراكم في الطوابق السفلية والحمامات، ففي هذه الحالة من الضروري تهوية المبنى بشكل متكرر وعزل الطوابق السفلية من الداخل.

إن خصائص إشعاع ألفا تقودنا إلى استنتاج مفاده أن هذا النوع منخفض الإنتاجيةولا يتطلب تدابير وقائية جدية أثناء التعرض الخارجي. ضررا كبيراتسبب هذه الجسيمات المشعة أضرارًا عند دخولها الجسم. تمتد عناصر هذا النوع عبر مسافات قليلة. تختلف إشعاعات ألفا وبيتا وجاما عن بعضها البعض في خصائصها وقدرتها على الاختراق وتأثيرها على البيئة.