Гамма излучение определение. Гамма-излучение. Что мы знаем об этом явлении

При создании этого раздела в основном были использованы материалы монографий и обзора .

Изотопные источники гамма-квантов

Обычно в качестве радиоактивных источников гамма-квантов используются бета-активные изотопы. На рис. 1 в качестве примера показаны схемы распада 60 Co и 22 Na. Ядро 60 Co в основном распадается на возбужденное состояние 4 + дочернего ядра 60 Ni посредством разрешенного гамов-теллеровского перехода. Это возбужденное состояние переходит в основное посредством каскада E2-переходов с энергиями гамма-квантов 1173 и 1333 кэВ. Ядро 22 Na испытывает β + -распад. Также, как и в случае 60 Co, распад происходит в основном на возбужденное состояние дочернего ядра. 22 Na является источником γ -квантов с энергией 1275 и 511 кэВ. Последние образуются в результате аннигиляции позитронов.
Кроме бета-активных изотопов в качестве источников гамма-квантов используются также изомеры , например 119m Sn. Период полураспада измерного состояния 119m Sn T 1/2 = 293.1 дня, энергия 23.9 кэВ. Кроме гамма-линии от распада изомерного состояния 119m Sn является источником рентгеновских квантов с энергиями 25.2 и 28.6 кэВ, которые сопровождают процесс внутренней конверсии , конкурирующим с гамма-переходом.
Собственные ширины γ -линий на много порядков меньше энергий γ -квантов, поэтому радиоактивные источники можно считать монохроматическими. Интенсивность радиоактивных источников может быть доведена до 10 14 фотонов в секунду.
В табл. 1 показаны бета-активные изотопы, которые используются в образцовых спектрометрических источниках (ОСГИ), применяемых в качестве рабочих эталонов для поверки и градуировки средств измерений фотонного излучения.

Гамма-кванты из ядерных реакций

Монохроматические γ-кванты более высокой энергии можно получить, используя ядерные реакции, которые приводят к сильному возбуждению конечного ядра. Если ядро сильно возбуждено, то вероятность его распада Г определяется соотношением

Г = Г x + Г γ ,

где Г x - вероятность испускания ядром нуклонов и более сложных частиц, а Г γ - вероятность излучения γ-кванта.
Если энергия возбуждения ядра меньше энергии связи нуклона, то Г x = 0 и Г = Г γ . Вероятность излучения γ-кванта Г γ также велика при возбуждениях ядер, вызванных захватом медленных нейтронов. В этом случае Г= Г n + Г γ , где Г n - вероятность обратного испускания нейтрона, причем для многих ядер Г γ > Г n . Испускание γ-квантов при захвате медленных нейтронов называется радиационным захватом или реакцией (n,γ).
При радиационном захвате медленных нейтронов обычно образуются γ-кванты с энергиями от 4 до 11 МэВ (энергии связи нейтронов в различных ядрах). Энергетический спектр γ-квантов такого источника содержит одну или несколько линий.
Создание достаточно интенсивных источников γ-квантов путем радиационного захвата нейтронов предполагает использование мощных ядерных реакторов. Современные ядерные реакторы позволяют получать интенсивности γ-квантов радиационного захвата до 10 8 квант/с.
Неизбежным недостатком γ-источников такого типа является большой нейтронный фон.
Если энергия возбуждения ядра значительно превышает энергию связи нуклона, то, как правило, возбуждение будет сниматься испусканием протонов, нейтронов или более сложных частиц. Однако и здесь возможны особые случаи, когда Г x 0 и Г Г γ .
Рассмотрим в качестве примера состояние 1 + в ядре 8 Ве, имеющее энергию возбуждения 17.64 МэВ. Оно лежит ниже порога испускания нейтрона (18.9 МэВ), а обычный распад ядра 8 Ве, идущий по схеме 8 Ве→ 2α, запрещен, поскольку система двух α-частиц может находиться лишь в состояниях 0 + , 2 + , 4 + и т. д. Поэтому указанное выше состояние в 8 Ве распадается с излучением γ-кванта. Спектр γ-квантов содержит две линии: при переходе в основное состояние 0 + испускаются γ-кванты с энергией 17.64 МэВ (узкая линия), при переходе на первое возбужденное состояние 2 + - γ-кванты с энергией 14.74 МэВ (широкая линия), При этом интенсивность первой линии примерно в два раза превосходит интенсивность второй.
Для возбуждения состояния ядра 8 Ве с энергией 17.64 МэВ используется захват ядром 7 Li протонов с Е р = 440кэВ:

За счет уменьшения толщины литиевой мишени энергетическая ширина γ 0 -линии (17.64 МэВ) может быть доведена примерно до 12 кэВ.
Варьируя энергию протонов Е р, можно плавно менять энергию γ-квантов поскольку эти величины связаны соотношением

E(γ 0) = (17.25+ 7/8Е р) МэВ,
Е(γ 1) = (14.35 + 7/8Е р) МэВ.

Однако возможности изменения энергии сильно ограничены, так как увеличение энергии протонов приводит к быстрому уменьшению интенсивности γ-излучения. Так, уже при Е р = 800-900 кэВ интенсивность γ-квантов уменьшается примерно в 20 раз. Кроме того, начинает доминировать γ-линия с меньшей энергией.
Другой часто используемой реакцией является реакция 19 F(p,αγ) 16 О, в которой генерируются три γ-линии с энергиями 6.14, 6.92 и 7.12 МэВ, возникающие при распаде возбужденных состояний ядра 16 О. Их относительные интенсивности можно менять, варьируя энергии протонов. Так, при Е р = 2.05 МэВ 80% γ-квантов испускается с энергией 7.12 МэВ. Энергетическая ширина γ-линии 130 кэВ.
Реакция радиационного захвата протонов легкими ядрами наиболее удобна для создания γ-источников подобного типа. Одна из причин этого в том, что энергии связи протонов в легких ядрах велики, что позволяет получать монохроматические γ-кванты довольно больших энергий. Так, в реакции 3 Н(р,γ) 4 Не (энергия связи протона в 4 Не - 19.81 МэВ) можно получить γ-кванты с энергией более 20 МэВ. Энергетическая ширина γ-пучка в этой реакции может быть доведена до 40 кэВ. Плавное увеличение энергии протонов приводит и к плавному увеличению энергии γ-квантов. Верхняя граница энергии протонного пучка определяется выходом нейтронов в конкурирующей реакции 3 Н(р,n), начинающейся при Е р = 1.02 МэВ.
Получение удобного для экспериментов пучка монохроматических γ-квантов с энергиями существенно большими 20 МэВ в реакции (p,γ), так же как и в других ядерных реакциях, невозможно. Это связано с тем, что даже легкие ядра, захватывая протоны с Е р >1МэВ, оказываются в области энергий возбуждения, где уровни составного ядра начинают перекрываться. Кроме того, при возрастании энергии возбуждения увеличивается доля, каскадных γ-переходов. Все это приводит к сильному усложнению спектра γ-квантов и неизбежной конкуренции распадов с вылетом нуклонов и других частиц. Недостаток источников этого типа заключается также в сравнительно невысокой интенсивности γ -квантов.
Диапазон плавного изменения энергии γ-квантов у источников рассматриваемого типа сильно ограничен.

Тормозное излучение от электронных ускорителей

Двигаясь с ускорением, быстрые электроны испускают электромагнитное излучение, называемое тормозным. Для получения тормозного γ -излучения достаточно поток электронов направить на любую мишень. В этом случае тормозное излучение возникает за счет ускоренного движения электронов в кулоновском поле ядер и атомарных электронов мишени.
Энергетический спектр γ-квантов тормозного излучения непрерывен и имеет верхнюю границу Т. Если полная энергия электронов до взаимодействия с мишенью равна Е 0 , то

где mc 2 - энергия покоя электрона (0.511 МэВ). Исключая область вблизи верхней границы, энергетический спектр тормозного излучения подчиняется простой зависимости l/E γ , где E γ - энергия испущенного γ-кванта.
Угловое распределение тормозного излучения обладает азимутальной симметрией. Оно определяется лишь величиной угла θ между направлениями движения фотонов и первичных электронов и характеризуется резким максимумом в направлении движения электронного пучка до взаимодействия с мишенью (т. е. при θ = 0°). Наибольшая доля радиации заключена в пределах малого для релятивистских электронов угла θ 0 < mc 2 /E 0 . Отсюда следует, что по мере увеличения энергии электронов тормозное излучение сосредоточивается во все более малом телесном угле.

Поскольку сечение тормозного излучения быстро растет с увеличением атомного номера мишени, то последняя обычно изготовляется из вещества с большим Z (платина, вольфрам и др.). На рис. 2 в качестве примера приведены спектры тормозного излучения при различных Е 0 , рассчитанные для платиновой мишени.

Любой ускоритель электронов может быть использован как источник тормозного излучения. Такие источники обеспечивают наиболее интенсивные потоки высокоэнергичных γ -квантов. При токе электронного пучка в 100 МкА и тормозной мишени толщиной в 0.01 радиационную длину интенсивность фотонов независимо от энергии падающих электронов приблизительно равна 6 . 10 12 / E γ фотонов на МэВ.

Методы монохроматизации гамма-излучения высокой энергии

Аннигиляция на лету быстрых позитронов

Суть метода состоит в использовании процесса аннигиляции на лету позитронов, движущихся с релятивистскими скоростями.
Быстрый позитрон с энергией E pos , двигаясь в веществе, может испытать аннигиляцию, не успев потерять сколько-нибудь значи­тельную часть своей первоначальной энергии. При аннигиляции позитрона могут образовываться два и более фотонов. Наиболее вероятный процесс - двухфотонная аннигиляция. Именно этот процесс и приводит к образованию монохроматических фотонов. Образование большего числа фотонов, например трех, приводит к непрерывному энергетическому распределению. Однако в связи с тем, что сечение трехфотонной аннигиляции мало, ею можно пренебречь (трехфотонная аннигиляция происходит в 370 раз реже, чем двухфотонная).
При двухфотонной аннигиляции, которую и будем рассматривать в дальнейшем, образуется два γ-кванта с энергиями

	(2)
E γ2 = E pos - E γ1 + mc 2 ,	(3)

где θ - угол между направлением испускания первого фотона и направлением движения позитрона.
Наиболее вероятно испускание двух фотонов в противоположных направлениях под углами, близкими к 0 и 180° относительно направления движения позитрона. При этом фотон, испускаемый под углом 0°, т. е. в переднем направлении, уносит практически всю энергию. Действительно, полагая θ = 0 и mc 2 << E pos , из (2 и 3) получаем

Зависимость энергии аннигиляционных γ-квантов от угла θ (см. формулу (2) и рис. 3) приводит к тому, что спектр фотонов в конечном телесном угле не является строго монохроматичным. При увеличении энергии позитрона энергетический разброс уменьшается. Если пренебречь многократным рассеянием позитронов в веществе мишени, где происходит аннигиляция, то угол, в котором энергетический разброс не превышает величины

δ = ΔE γ1 /E γ1 ,

согласно оценкам равен (2E pos) 1/2 . Поэтому, выделяя аннигиляционные фотоны, летящие в пределах достаточно малого телесного угла, можно достичь весьма высокой степени монохроматизации γ-излучения. Быстрые позитроны, необходимые для создания аннигиляционногоизлучения, получают,направляя релятивистские электроны с полной энергией E el на мишень (конвертор) с высоким Z (тяжелые ядра). Тормозное излучение, генерируемое в мишени, образует в этой же мишени электронно-позитронные пары. Позитроны выходят из конвертора в широком телесном угле и имеют полные энергии в интервале от 0 до E el - 2mс 2 . Располагающийся после конвертора магнитный анализатор выделяет позитроны, энергии которых заключены в узком интервале. Эти позитроны либо сразу, либо после дополнительного ускорения направляются на аннигиляционную мишень с малым Z (легкие ядра). Образующиеся в этой мишени аннигиляционные γ-кванты и используются далее для проведения эксперимента.
Поскольку процесс образования аннигиляционных фотонов является двухступенчатым, то выход монохроматического излучения очень мал. Обычно вероятность рождения электроном позитрона в конверторе не превышает 10 -4 - 10 -3 , а выход аннигиляционных фотонов на один позитрон приблизительно равен 10 -4 . Таким образом, выход аннигиляционных фотонов на один электрон составляет величину не более 10 -8 - 10 -7 . Очевидно поэтому, что создание интенсивных потоков аннигиляционного γ-излучения возможно лишь при наличии сильноточных электронных ускорителей.

Рассмотрим в качестве примера монохроматор (рис. 4), работавший в Ливерморе (Калифорнийский университет, США) .

Электроны с энергией 150 кэВ инжектировались в первую секцию линейного ускорителя. В конце секции перед попаданием на конвертор они имели энергию около 10 МэВ. Конвертор, изготовленный из тантала (Z = 73) или вольфрама (Z = 74), имел толщину около 2.5 мм. Позитроны, образующиеся в конверторе, фокусировались магнитной линзой и ускорялись двумя следующими секциями линейного ускорителя примерно до 30 МэВ. Перестройка секций ускорителя с режима ускорения электронов на режим ускорения позитронов и наоборот осуществлялась поворотом фазы высокочастотного электрического напряжения. Полный выход позитронов на один электрон был равен 10 -5 . С учетом того что магнитный анализатор отбирал для дальнейшего ускорения позитроны с разбросом по энергии не более 1%, выход позитронов на один электрон составлял величину около 10 -7 .
Необходимо отметить, что энергия позитронов, вводившихся во вторую секцию линейного ускорителя, была примерно в три раза меньше энергии электронов, попадавших на конвертор. Это было связано с тем, что энергетическое распределение позитронов, выходящих из конвертора, имеет максимум при энергии, соответствующей примерно одной трети энергии электронов. В качестве аннигиляционной мишени использовался образец из LiH толщиной 0.15 мм. Выход аннигиляционных фотонов на один позитрон для такой мишени был равен ~10 -11 .
Как уже упоминалось, конверторы изготовляют из материалов с высоким Z, в связи с тем что выход позитронов зависит от вероятности двух последовательных процессов: образования тормозного γ-излучения и рождения электронно-позитронных пар, причем сечение каждого из этих процессов растет, как Z 2 .
Выбор в качестве материала для аннигиляционной мишени веществ с малым Z объясняется необходимостью максимального подавления относительного вклада тормозного γ-излучения позитронов, которое неизбежно сопровождает аннигиляционное γ-излучение. Поскольку выход аннигиляционных γ-квантов порционален Z, то для легких ядер соотношение между числом аннигиляционных и тормозных γ-квантов будет максимальным.

Таким образом, спектр γ-квантов, возникающих при попадании на аннигиляционную мишень быстрых позитронов, не является строго монохроматическим, так как содержит тормозное излучение. Энергетические спектры γ-квантов, рассчитанные для случая бериллиевой мишени, приведены на рис. 5. При этом полагалось dE γ , равным 1 МэВ, а форма аннигиляционного пика считалась гауссовой и соответствовала энергетическому разрешению 5%. Видно, что с увеличением E pos соотношение между числом аннигиляционных и тормозных γ-квантов ухудшается. Действительно, число аннигиляционных γ-квантов растет, как E pos , а число тормозных γ-квантов в низкокоэнергетичной части спектра растет примерно как E 2 pos .
Неизбежное присутствие тормозного γ -излучения является недостатком описываемого метода монохроматизации, так как приводит к необходимости получения конечного результата в виде разности двух измерений. Вначале измеряют выход Y pos (E pos) реакции с пучком фотонов, генерируемых аннигиляционной мишенью при попадании на нее позитронов энергии E pos , а затем - выход реакции Y el (E el) с пучком фотонов, возникающих в аннигиляционной мишени при попадании на нее такого же числа позитронов или электронов той же энергии. В последнем случае спектр фотонов чисто тормозной и разность Y pos (E pos) - Y el (E el) есть выход исследуемой реакции, отвечающий пику аннигиляционного излучения.
Однако извлечение корректной информации о сечениях реакций на основании экспериментальных данных о выходах представляет из себя нетривиальную задачу и требует хорошего знания параметров аппаратной функции .
Сравнительно невысокая интенсивность аннигиляционных пучков ограничивает их эффективное использование одним типом экспериментов - измерением эффективных сечений фотонейтронных реакций. Недостаточно высокая интенсивность аннигиляционного излучения в таких экспериментах может быть компенсирована большим (до нескольких сот граммов) весом исследуемой мишени.

Меченые фотоны

В этом методе исследуемой мишени облучается пучком тормозного излучения, и для каждого случая фотоядерной реакции определяется энергия фотона, который эту реакцию вызвал. Осуществляется это следующим образом (см. рис. 6). Пучок электронов выводится из ускорителя и направляется на тормозную мишень, расположенную вне ускорительной камеры. Электрон с энергией E 0 , взаимодействуя с тормозной мишенью, испускает фотон с энергией E γ и выходит из нее с меньшей энергией Е. Фотон попадает далее на исследуемую мишень и вызывает фотоядерную реакцию. Поскольку E 0 , Е и E γ однозначно связаны соотношением

E γ = E 0 - Е,

то, измерив энергию Е рассеянного электрона и зарегистрировав его на совпадение с продуктами фотоядерной реакции, можно найти энергию E γ фотона, который эту реакцию вызвал (E 0 известна, так как определяется режимом работы ускорителя). Энергию рассеянного электрона Е обычно определяют с помощью магнитного спектрометра.
Энергию E γ можно варьировать, меняя энергии E 0 и Е.
Энергетическое разрешение метода меченых фотонов определяется главным образом разрешением магнитного спектрометра и в принципе может быть выше энергетического разрешения метода аннигиляции на лету быстрых позитронов. Метод меченых фотонов был впервые реализован на синхротроне Корнельского университета (США). Монохроматор, использующий метод меченых фотонов, был создан также в 1961 г. в Иллинойском университете (США) . Его энергетическое разрешение равно 0.67% для фотонов с энергией 11-19 МэВ. Максимальная интенсивность пучка фотонов составила величину 5 . 10 5 фотонов в секунду. Вторичные электроны детектировались шестью пластиковыми сцинтилляторами, расположенными в фокальной плоскости магнитного спектрометра. Одновременно фиксировалась энергия электронов Е и время их регистрации. Энергия нейтронов из реакций (γ,xn) определялась методом времени пролета .
К недостаткам метода меченых фотонов следует отнести необходимость непосредственной регистрации продуктов ядерной реакции, что не позволяет использовать ряд методов регистрации, например, метод наведенной активности. Один из наиболее перспективных путей повышения интенсивности пучка меченых фотонов - использование линейных ускорителей со стопроцентным рабочим циклом. Однако, даже на таких ускорителях удается использовать лишь часть интенсивности электронных пучков (см. табл. 2). Основное ограничение на интенсивность накладывает быстродействие системы регистрации. (Характерное разрешающее время в системах меченных фотонов составляет ~1 нс.)

Здесь E e - энергия электронов, J e - ток электронов, k - коэффициент заполнения пучка, E γ - энергия гамма-квантов, - эффективность системы мечения, J - используемый ток электронов при работе в режиме мечения фотонов, I - поток меченных фотонов в диапазоне ΔE γ /E γ 1%.

Комптон-эффект на покоящемся электроне

Для создания источника монохроматических фотонов регулируемой энергии можно использовать комптон-эффект на покоящемся и движущемся электроне (так называемый прямой и обратный комптон-эффект). В первом случае пучок монохроматических -квантов, образующихся в какой-либо ядерной реакции, испытывает рассеяние на электронах неподвижной мишени. Во втором - фотонный пучок мощного лазера пучок рассеивается на встречном пучке высокоэнергичных монохроматических электронов.
Использование прямого комптон-эффекта позволяет устранить один из наиболее существенных недостатков пучков γ -квантов, образующихся в ядерных реакциях - невозможность плавной регулировки энергии фотонов. Действительно, энергия E γ0 падающего фотона связана с энергией E γ фотона после комптоновского рассеяния следующим соотношением:

Если рассеиватель занимает участок сферической поверхности, на которой расположены источник монохроматических фотонов фиксированной энергии и исследуемая мишень, то энергия всех фотонов, попадающих на исследуемую мишень, будет одной и той же (рис. 7). Эту энергию можно менять, перемещая либо мишень, либо γ -источник вдоль поверхности сферы.

В первых экспериментах с монохроматором такого типа использовались γ -кванты радиационного захвата тепловых нейтронов пластинкой кадмия (рассеиватель - графит). Интенсивность рассеянных -квантов была такой, что на расстоянии 10 м от источника на площадку в 1 см 2 падал 1 фотон в секунду в интервале энергий 1 эВ. Энергия γ -квантов могла плавно меняться в интервале от 0.1 до 8.0 МэВ.
В другой установке этого типа использовались γ -кванты радиационного захвата нейтронов в Ti и Ni. Рассеиватель изготовлялся из алюминия. Энергия рассеянных γ-квантов менялась от 0.5 до 8.5 МэВ. Энергетическое разрешение было равно 1-3%, а интенсивность фотонов 1 квант/эВ. с. см 2 .
Недостаток этого метода в том, что энергия рассеянных фотонов ограничена сверху и без того не слишком высокой энергией γ-квантов радиационного захвата. Наиболее целесообразно использование γ-квантов радиационного захвата медленных нейтронов, интенсивность которых может быть очень высокой).

Обратное комптоновское рассеяние лазерных фотонов на электронах

Монохроматические γ -кванты более высокой энергии можно получить, используя обратный комптон-эффект .
Комптон-эффект на движущемся электроне обладает важной особенностью - в процессе рассеяния возникают фотоны значительно более жесткие, чем рассеиваемые. Так при рассеянии световых фотонов на релятивистских электронах рассеянные фотоны имеют энергию, сравнимую с энергией первичных электронов. Действительно, обобщая выражение (6) для случая, когда электроны движутся со скоростью v, можно получить

(7)

где Е 0 - полная энергия электрона до взаимодействия, а смысл углов θ и φ поясняется рис. 8.
Таким образом, при фиксированных значениях Е 0 и E γ 0 энергия рассеянного фотона полностью определяется геометрией эксперимента (углами и ).
Поскольку мы рассматриваем случай рассеяния фотонов не слишком высокой энергии на ультрарелятивистских электронах, то Е 0 >> Е γ0 и третьим слагаемым в знаменателе выражения (7) можно пренебречь. В этом приближении

Из соотношения видно, что даже в случае использования источника фотонов малой энергии энергия рассеянных фотонов может быть сколь угодно большой за счет повышения энергии электронов. Это открывает возможность получения интенсивного пучка монохроматических γ-квантов высокой энергии за счет использования мощных лазеров. Действительно, при рассеянии фотонов рубинового лазера (Е γ0 = 1.78 эВ) на электроне с энергией 6 ГэВ E γ max = 848 МэВ.
Энергию рассеянных фотонов можно варьировать либо изменением энергий Е 0 и Е γ0 , либо изменением угла наблюдения - φ. С увеличением Е 0 и Е γmax растет очень быстро. При Е γ0 = 1.78 эВ:

Энергетическое разрешение пучка рассеянных фотонов зависит от степени их коллимации, т. е. разброса в угле θ - φ. Рассмотрим случай, когда фотон после рассеяния назад летит под малым углом относительно направления движения первичного пучка электронов (θ = 180° и θ - φ0°). Из соотношения (8) с учетом того, что vc, получаем

(максимальная энергия рассеянного фотона дается формулой (9)). Отсюда следует, что для оценки энергетического разрешения пучка рассеянных назад фотонов можно использовать выражение

(12)

Полагая = 10 -5 рад, Е γ0 = 1.78 эВ и Е 0 = 8 ГэВ, получаем Е γmax = 1.44 ГэВ и энергетическое разрешение около 2%. С ростом Е 0 энергетическое разрешение при том же угле коллимации ухудшается. Так, при Е 0 = 16 ГэВ (Е γmax = 4.7 ГэВ) оно равно 6.5%.
Интенсивность пучка монохроматических фотонов, получаемых с помощью обратного комптон-эффекта, определяется как интенсивностью лазерного излучения, так и интенсивностью электронного пучка. Число фотонов, излучаемое мощными лазерами, достигает 10 20 в импульсе при длительности импульса 10 -8 с. Рассеяние такого числа фотонов на электронном сгустке такой же длительности с числом электронов 10 11 позволит получить интенсивность монохроматических фотонов до 10 7 фотон/с при энергетическом разрешении около 5%.
Для получения комптоновских пучков целесообразно использовать электронные накопители с током в несколько сотен миллиампер.
Метод обратного рассеяния был предложен в 1963 г. Первая установка, на которой начались ядернофизические исследования была создана во Фраскати (Ladone). С 1994 г. в Новосибирске ведутся исследования на установках РОКК (Р ассеянные О братные К омптоновские К ванты). В настоящее время на комптоновсих пучках ведутся работы также в Брукхейвене на установке LEGS (L aser E lectron G amma S ource), в Гренобле - GRAAL (GR enoble A ccelerateur A nneau L aser), в Японии - LEPS (L aser E lectron P hoton S ource). В табл. 4 приведены основные параметры установок с пучками обратных комптоновских фотонов.

Видно, что в этих установках перекрывается широкий диапазон энергий. Интенсивность пучка не превышает 10 7 с -1 . Ограничение по интенсивности связано с выбиванием лазерным пучком электронов с орбиты накопителя. Повышения интенсивности можно достичь, используя длинноволновые лазеры, когда потери энергии электронов на излучение гамма-квантов сравнительно невелики и электроны не теряются в накопителе, а возвращаются на равновесную орбиту.
Для получения высокой монохроматичности пучка небольших энергий (Е γ < 100 МэВ) используется коллимация пучка. Однако с увеличением энергии требуемый диаметр коллиматора становится слишком малы, поэтому дополнительно применяется система меченных фотонов.
Для примера на рис. 9 показана схема установки РОКК-2.

Преимущества метода обратного комптоновского рассеяния заключаются в том, что

• при довольно высокой интенсивности удается получить хорошую монохроматичность;
• фон тормозных низкоэнергетических фотонов, который в данном случае возникает только на остаточном газе вакуумной системы накопителя очень мал;
• можно плавно менять верхнюю границу комптоновского спектра, изменяя начальную энергию электронов;
• интенсивность пучка гамма-квантов слабо зависит от энергии электронов;
• можно получать гамма-кванты с линейной или циркулярной поляризацией, степень которой близка к 100%, поляризацией пучка легко управлять, изменяя поляризацию лазерных фотонов.

Квазимонохроматическое излучение фотонов из ориентированных монокристаллов

Спектр когерентного излучения из ориентированного кристалла, облучаемого электронами, кроме тормозной компоненты, один из которых (при меньшей энергии) имеет максимальную интенсивность. Метод был реализован во Фраскатти и Харькове. Обычно используются тонкие (~0.5-2 мм) монокристаллы алмаза. Настройка по энергии осуществляется вращением кристалла относительно направления падающего пучка. Во Фраскати при энергии электронов 1 ГэВ диапазон энергий гамма-квантов составлял 100-550 МэВ. Как во Фраскати, так и в Харькове были получены интенсивности ~10 10 c -1 при степени монохроматичности 10%.

Литература

1. Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов. Взаимодействие электромагнитного излучения с атомными ядрами. Изд. МГУ, 1979.
2. В книге В.Г. Недорезов, А.Н. Мушкаренков. Электромагнитные взаимодействия ядер главы и .
3. В.Г. Недорезов, Ю.Н. Ранюк. Фотоделение ядер за гигантским резонансом. Киев, Наукова думка (1989).

Не нужно пугаться этого слова: оно обозначает попросту радиоактивные изотопы. Иногда в речи можно услышать слова «радионуклеид», или еще менее литературный вариант - «радионуклеотид». Правильный термин - именно радионуклид. Но что такое радиоактивный распад? Каковы свойства разных видов излучения и чем они отличаются? Обо всем - по порядку.

Определения в радиологии

С тех времен, когда произошел взрыв первой атомной бомбы, многие понятия из радиологии претерпели изменения. Вместо фразы «атомный котел» принято говорить «атомный реактор». Вместо словосочетания «радиоактивные лучи» пользуются выражением «ионизирующие излучения». Словосочетание «радиоактивный изотоп» заменено на «радионуклид».

Долгоживущие и короткоживущие радионуклиды

Альфа-, бета- и гамма-излучения сопровождают процесс распада атомного ядра. Что такое Ядра радионуклидов не являются стабильными - этим они и отличаются от других устойчивых изотопов. В определенный момент запускается процесс радиоактивного распада. Радионуклиды при этом превращаются в другие изотопы, в процессе чего испускаются альфа-, бета- и гамма-лучи. Радионуклиды имеют разный уровень нестабильности - некоторые из них распадаются в течение сотен, миллионов и даже миллиардов лет. К примеру, все изотопы урана, которые встречаются в природе, являются долгоживущими. Есть и такие радионуклиды, которые распадаются в течение секунд, дней, месяцев. Они зовутся короткоживущими.

Выброс альфа-, бета- и гамма-частиц сопровождает не любой распад. Но на самом деле радиоактивный распад сопровождается только выбросом альфа- или бета-частиц. В некоторых случаях этот процесс происходит в сопровождении гамма-лучей. Чистое гамма-излучение в природе не встречается. Чем больше скорость распада радионуклида, тем выше его уровень радиоактивности. Некоторые считают, что в природе существует альфа-, бета-, гамма- и дельта-распад. Это неверно. Дельта-распада не существует.

Единицы измерения радиоактивности

Однако в чем измеряется эта величина? Измерение радиоактивности позволяет выразить интенсивность распада в цифрах. Единица измерения активности радионуклида - беккерель. 1 беккерель (Бк) означает, что 1 распад происходит в 1 сек. Когда-то для этих измерений использовалась гораздо более крупная единица измерения - кюри (Ки): 1 кюри = 37 млрд беккерелей.

Естественно, сопоставлять необходимо одинаковые массы вещества, например 1 мг урана и 1 мг тория. Активность взятой единицы массы радионуклида называется удельной активностью. Чем больше период полураспада, тем меньше удельная радиоактивность.

Какие радионуклиды представляют собой большую опасность?

Свойства гамма-лучей

Этот вид излучения имеет ту же природу, что и ультрафиолетовое излучение, инфракрасные лучи или радиоволны. Гамма-лучи представляют собой фотонное излучение. Однако с чрезвычайно высокой скоростью фотонов. Этот тип излучения очень быстро проникает сквозь материалы. Чтобы задержать его, обычно используют свинец и бетон. Гамма-лучи способны преодолевать тысячи километров.

Миф об опасности

Сравнивая альфа-, гамма- и бета-излучение, люди обычно считают гамма-лучи наиболее опасными. Ведь они образуются при ядерных взрывах, преодолевают сотни километров и вызывают лучевую болезнь. Все это верно, однако не имеет непосредственного отношения к опасности лучей. Так как в этом случае говорят именно об их проникающей способности. Конечно, альфа-, бета- и гамма-лучи различаются в этом отношении. Однако опасность оценивается не проникающей способностью, а поглощенной дозой. Этот показатель высчитывается в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Таким образом, измеряется дробью. В ее числителе находится не количество альфа-, гамма- и бета-частиц, а именно энергия. К примеру, гамма-излучение может быть жестким и мягким. Последнее обладает меньшей энергией. Продолжая аналогию с оружием, можно сказать: значение имеет не только калибр пули, важно и то, из чего производится выстрел - из рогатки или из дробовика.

Нагромождение слухов и страшилок вокруг таких понятий, как радиация, ионизация, гамма излучение, рождают путаницу и страхи у всех, кто не является дозиметристом-радиологом или физиком-ядерщиком. Попробуем разобраться в обилии фактов и разрозненных знаний, полученных обывателем в основном из средств массовой информации.

Терминология и теория

Для понимания основ допускаем, что всем известно о строении атомов всех веществ. Ядро и электроны, вращающиеся вокруг него, образуют систему с нейтральным зарядом. Если один или несколько электронов выбить из этой системы, атом приобретет определенный заряд и будет называться ион.

Выбивание электронов из системы ядро-электроны и есть процесс ионизации. Радиация - это и есть ионизирующее излучение, пучок частиц, выбивающих электроны, придающий атомам особенные свойства.

Всего известно три вида излучений, способных привести к ионизации элементарных частиц. В названии использованы греческие буквы: альфа-, бета- и гамма-излучение.

Излучения - какие они?

Любое из этих излучений - это высокоскоростной поток частиц, размер которых меньше атома. Ионизирующие частицы представляют опасность, пока они движутся. Но движение не может быть постоянным и, выбиваются электроны или нет, частицы теряют свою скорость и останавливаются. После чего они или остаются в веществе, или им поглощаются.

Все имеет время своего существования, и радиоактивные (ионизирующие) частицы не исключение. Упомянутые три вида излучений образованы разными частицами (их называют квантами) с различной скоростью и степенью проникания в вещество.

Альфа, бета, гамма

Излучение первой группы состоит из альфа-квантов, которые очень быстро теряют скорость, потому что тяжелые. Их жизненный путь всего несколько десятков микрометров.

Второй вид излучения образуют бета-кванты, отличающиеся очень большой скоростью. Проникающая способность их больше и в живой организм они проникнут на несколько миллиметров.

Гамма излучение это поток гамма-квантов, наделенных большой энергией и летящих со скоростью света, наиболее скоростные кванты, которые обладают свойствами частиц и волн.

В ключе наибольшей опасности по воздействию на человека гамма-излучение стоит на первом месте.

В чем опасность?

Альфа-кванты, конечно, очень интенсивны, но лист обычной бумаги станет для них непроходимым барьером. К тому же для воздействия необходимо ну очень близко находиться к объекту излучения.

Бета-частицы имеют маленькую массу и легко меняют направление движения при наличии препятствий. Обычное окно не пропустит это излучение. При прямом соприкосновении с телом человека поток бета-квантов может вызвать ожоги кожи.

Гамма-излучение, в отличие от альфа- и бета-, имеет огромную проникающую способность. Кроме того, особенность этого вида в том, что под его воздействием разрушение атома вещества происходит с образованием нового нестабильного по состоянию элемента.

Именно это излучение чаще всего понимают под радиацией. От него не спасет стеклянная преграда - тут необходимы экраны из свинца и мощные конструкции из бетона.

Как это работает?

Суть механизма разрушающего воздействия гамма-квантов:

• На своем пути кванты оставляют за собой ионы, которые, в свою очередь, становятся источником ионизации.
• Проходя через клетки живого организма, часть молекул разрушается и превращается в яд.
• Это излучение является сильнейшим мутагеном, который вызывает изменения на всех уровнях генетического материала.

Наиболее подвержены повреждениям те клетки организма, которые быстро делятся. Мутации передаются последующим поколениям клеток, усугубляя положение. Так, первыми страдают система образования клеток крови, лимфатические узлы, репродуктивные клетки, пищеварительные органы и волосяные сумки.

Откуда это все берется?

Естественные источники гамма-излучения существовали задолго до освоения человеком ядерной физики. Искусственные источники - объекты ядерной энергетики - не зря вызывают повышенное внимание специалистов в сфере безопасности.

Важно помнить, что получить в быту дозы облучения, представляющие серьезную опасность для жизни, почти невозможно. И близость к объектам атомной энергетики тут ни при чем.

Из естественных возможностей облучения можно выделить внешнее и внутреннее. Внешнее происходит в нашей жизни постоянно - радиация Солнца и космических галактик, излучения горных пород, особенно вулканических, и воздуха. Внутреннее вызывается продуктами или водой, попадающими в наш организм.

Уровень излучения (радиационный фон) бывает далек от среднего показателя. Есть места, где он всегда повышен, например, высокогорные местности, вблизи вулканов, а еще на космических кораблях и в кабинах авиалайнеров.

Человечество приспособилось жить в существующих диапазонах излучений и сформировало определенный биологический запас прочности, что без видимых нарушений позволяет выдержать облучение во много раз большее.

А как же польза?

Как известно, все в нашем мире дуально. И гамма-излучение не исключение. При умелом обращении и использовании современного оборудования и средств защиты и оно приносит пользу человеку. Вот лишь несколько примеров использования гамма-квантов:

• стерилизация оборудования и инструментов в медицине;
• гамма-дефектоскопия - эффективный метод сверхточного определения дефектов деталей;
• определение расстояний - от глубины скважин и особенностей полостей земной коры, до космических измерений;
• в биотехнологии применяют гамма-облучение для получения мутантных организмов для выведения новых пород животных и сортов растений;
• как элемент лучевой терапии при лечении онкологических заболеваний.

Способы защиты

Как уже говорилось, природный фон не может стать существенным элементом заражения. Но после развития ядерной энергетики и освоения энергии полураспада радиоактивных частиц, облучение может настигнуть нас внезапно. Трагедия на Чернобыльской АЭС продемонстрировала миру неготовность к таким последствиям в освоении мирного атома.

Эффективны в целях защиты от гамма-излучения только специализированные убежища. Но и подвал дома ослабит воздействие от излучения в тысячу раз.

Не лишним будет и внимательное отношение к предметам со специальной маркировкой. Например, в датчиках пожароопасности используется радиоактивный плутоний. А циферблаты датчиков обледенения и водолазных часов содержится соль радия 226. Снаружи эти предметы не опасны, но не стоит их разбирать.

Меры предосторожности

В уголовном кодексе предусмотрена статья за намеренное или случайное радиоактивное загрязнение. Поэтому если вы обнаружили предмет с радиационной маркировкой, то:

• не разбирайте его и не выбрасывайте;
• сообщите в специализированную службу;
• обезопасьте себя и окружающих, отойдя на возможное расстояние от источника.

Личная профилактика сводится к тщательному мытью рук, ведь загрязнение радиоактивного характера передается подобно бактериальному.

После открытия материалов, способных к самопроизвольному излучению элементарных частиц (радиоизлучению в результате распада), началось изучение их свойств. Активное участие в поиске новых и систематизации уже существующих знаний в физике принимали знаменитые супруги Кюри, а также Именно ему первому удалось открыть гамма-лучи. Поставленный им эксперимент был простым и, одновременно, гениальным.

В качестве источника излучения был взят радий. В толстостенной свинцовой емкости проделывалось узкое отверстие. На дне получившегося канала размещался радий. На небольшом удалении от емкости перпендикулярно оси отверстия был расположен фоточувствительный элемент - пластина. В промежутке между ней и емкостью с специальная установка могла генерировать магнитное поле высокой интенсивности, линии напряженности которого были ориентированы параллельно фоточувствительной пластине. Все элементы, кроме генератора поля, находились в безвоздушной среде, чтобы исключить воздействие атомов воздуха на результат эксперимента. Если бы Резерфорд проигнорировал этот момент, то гамма-лучи мог бы открыть кто-то другой.

При отсутствии магнитного воздействия на пластине возникало темное пятно, свидетельствующее о прямолинейном распространении излучения (все остальные направления попросту отсекались стенками свинцовой емкости). Но стоило появиться как на фоточувствительном элементе системы возникали сразу три пятна. Это означало, что некие частицы, излучаемые радием, отклоняются полем. Резерфорд предположил, что луч состоит как минимум из трех компонентов. Характер отклонения указывал на то, что частицы двух лучей обладают электрическим зарядом, а третий луч электронейтрален. Причем, отрицательная составляющая исходного излучения отклонялась гораздо выраженнее, чем положительная. Электронейтральная составляющая - это и есть гамма-лучи. Компонент с отрицательным зарядом получил название бета-лучей, а последний, положительный заряд - альфа-луч.

Кроме того, что они вели себя по-разному в магнитном поле, лучи обладали различными свойствами. Гамма-лучи способны проникать в материю на довольно большие расстояния. Так, свинцовая пластина толщиной в 1 см уменьшает их интенсивность всего в два раза. Альфа-луч может быть остановлен даже тонким листом бумаги. А вот бета-излучение занимает промежуточное положение: остановить поток можно металлом толщиной в несколько миллиметров.

Впоследствии выяснилось, что:

• бета-луч представляет собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов), перемещающихся с высокой скоростью;
• альфа-луч - это ядра гелия, очень устойчивое образование;
• гамма-луч - одна из разновидностей Спектр излучения полностью линейчатый, так как излучающее ядро характеризуется дискретными энергетическими состояниями. Представляют в виде уровней распределения энергии излученных квантов. Термин «гамма-излучение» все чаще применяется не только для описания процессов но и, вообще, для любого жесткого излучения электромагнитной природы в котором каждому кванту соответствует энергия не менее 10 кэВ. Источником данного вида излучения являются электроны в структуре возбужденных атомов. Излишек энергии переводит электроны на более высокие Оттуда они возвращаются к прежнему состоянию, выделяя излучение в виде рентгена или света (электромагнитные волны). Спектр электромагнитного излучения в случае гамма-лучей чрезвычайно мал и составляет не более 5*0,001 нм из-за чего отчетливее проявляются свойства частиц, а не волн.

Имея ту же природу, что и свет, оно распространяется в пространстве с такой же скоростьюкм/сек.

Однако ввиду его особых свойств, гамма-излучение оказывает сильнейшее отравляющее и травмирующее действие на живые организмы. Давайте выясним, что такое гамма-излучение, чем оно опасно и как защититься от него.

Чем опасно гамма-излучение

Источниками гамма-излучения являются космические лучи, взаимодействие и распад ядер атомов радиоактивных элементов и другие процессы. Приходя из далёких космических глубин или рождаясь на Земле, это излучение оказывает сильнейшее ионизирующее действие на человека.

В микромире существует закономерность, чем короче длина волны электромагнитного излучения, тем больше энергия у его квантов (порций). Поэтому можно утверждать, что гамма-излучение - это квантовый поток с очень большой энергией.

Чем же опасно гамма-излучение? Механизм разрушительного действия гамма-квантов заключается в следующем.

1. Благодаря огромной проникающей способности «энергичные» гамма-кванты легко проникают в живые клетки, вызывая их повреждение и отравление.
2. По пути своего движения они оставляют разрушенные ими молекулы (ионы). Эти повреждённые частицы ионизируют новую порцию молекул.
3. Такая трансформация клеток вызывает сильнейшие изменения в её различных структурах. А изменившиеся или разрушенные составные части облучённых клеток разлагаются и начинают действовать как яды.
4. Заключительным этапом является рождение новых, но дефектных клеток, которые не могут выполнять необходимые функции.

Опасность гамма-излучения усугубляется отсутствием у человека механизма способного ощутить это воздействие вплоть до смертельных доз.

Различные органы человека обладают индивидуальной чувствительностью к его воздействию. Наибольшую уязвимость к атаке этого излучения проявляют быстро делящиеся клетки кроветворной системы, пищеварительного тракта, лимфатических желёз, половых органов, волосяных фолликул и структуры ДНК. Проникшие в них гамма-кванты, разрушают слаженность всех процессов и приводят к многочисленным мутациям в механизме наследственности.

Особая опасность гамма-излучения заключается в его способности накапливаться в организме, а также наличие скрытого периода воздействия.

При неконтролируемом, стихийном воздействии этого излучения последствия могут быть весьма тяжёлые. А учитывая, что оно обладает ещё и «инкубационным» периодом расплата может настигнуть через много лет и даже через поколения.

Однако пытливые умы учёных сумели найти многочисленные применения гамма-излучению:

• стерилизация некоторых продуктов, медицинских инструментов и оборудования;
• контроль за внутренним состоянием изделий (гамма-дефектоскопия);
• определение глубины скважин в геологии;
• точное измерение расстояний, преодолеваемых космическими аппаратами;
• дозированное облучение растений позволяет получать их мутации, из которых затем отбирают высокопродуктивные сорта.

Как эффективный терапевтический метод лечения гамма-излучение применяется в медицине. Эта методика носит название лучевой терапии. В ней используется особенность гамма-излучения воздействовать в первую очередь на быстро делящиеся клетки.

Этот метод применяют для лечения рака, сарком в тех случаях, когда другие методы лечения неэффективны. Дозированное и направленное облучение позволяет подавить жизнедеятельность патологических клеток опухоли.

Где ещё встречается гамма-излучение

Сейчас мы знаем, что такое гамма-излучение и осознаём сопряжённые с ним опасности. Поэтому постоянно изыскиваем новые способы как защититься от него. Но столетие назад отношение к радиоактивности было более беспечным.

Начиная с 1902 года радиоактивной глазурью покрывали предметы керамики и ювелирные украшения, с помощью подобных излучающих добавок изготавливали цветное стекло. Поэтому бережно хранимые старинные сувениры, могут являться миной замедленного действия.

Вся наша жизнь проходит на фоне естественных электромагнитных излучений. И вклад гамма-квантов в этот фон достаточно значителен. Однако, несмотря на их периодические всплески, вред их для живых организмов минимален. Здесь землян спасают огромные расстояния от источников этих излучений. Совсем иное - земные источники. Особую опасность несут АЭС: их ядерные реакторы, технологические контуры и другое оборудование. Организация защиты от гамма-излучения персонала на этих и других подобных объектах включает следующие мероприятия.

1. Защиту временем, то есть ограничением времени работы. Ликвидаторам аварии на Чернобыльской АЭС на выполнение конкретной работы давалось несколько минут. Промедление вызывало дополнительную дозу облучения и тяжёлые последствия.
2. Защиту расстоянием (от работающего до опасной зоны).
3. Метод защиты барьером (материалом).

Для эффективной защиты от гамма-излучения используются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью. Этим критериям удовлетворяют:

Наилучшей интенсивностью поглощения γ-лучей обладает свинец. Пластинка свинца толщиной в 1 см, 5 см бетона и 10 см воды - ослабляют это излучение в два раза, однако, не являются для них непреодолимой преградой. Применение свинца в качестве защиты против воздействия гамма-излучения ограничивается его низкой температурой плавления. Поэтому в горячих зонах используют дорогие металлы:

Для изготовления защитной одежды сотрудников, работающих в зоне действия источников излучения или радиоактивного заражения используются специальные материалы. Его основу составляет резина, пластик или каучук со специальным наполнителем из свинца и его соединений.

В качестве средств защиты могут быть задействованы противорадиационные экраны.

Защитой от гамма-излучения является и очень осмотрительное отношение к окружающим нас предметам, кажущихся на вид вполне безобидными: водолазные часы, секстанты, датчики обледенения и т. д. Их циферблаты содержат соли радия 226, являющиеся источниками альфа и гамма-излучения.

Из всех видов радиации именно гамма-излучение обладает наибольшей проникающей способностью. В этом случае наиболее эффективным способом защиты от внешнего гамма-излучения являются специальные укрытия, а при их отсутствии - подвалы домов. Чем толще стены, тем надёжнее укрытие. Подвал многоэтажного дома способен ослабить действие радиации в 1000 раз.

К сожалению, опасность радиационного заражения может возникнуть совершенно внезапно. И облучение могут получить люди совершенно не имеющие отношения к ядерной энергетике. Надеемся, что полученная информация поможет вам сохранить своё здоровье и уберечься от угрозы дополнительного радиоактивного облучения.

Как защититься от гаммы излучения человеку - применение

Гамма излучение представляет собой довольно серьезную опасность для человеческого организма, да и для всего живого в общем.

Это электромагнитные волны с очень маленькой длиной и высокой скоростью распространения.

Чем же они так опасны, и каким образом можно защититься от их воздействия?

О гамме излучение

Все знают, что атомы всех веществ содержат в себе ядро и электроны, которые вращаются вокруг него. Как правило, ядро – это довольно стойкое образование, которому трудно нанести повреждения.

При этом существуют вещества, ядра которых неустойчивы, и при некотором воздействии на них происходит излучение их составляющих. Такой процесс называется радиоактивным, он имеет определенные составляющие, названные по первым буквам греческого алфавита:

Стоит отметить, что радиационный процесс подразделяется на два вида в зависимости от того, что именно в результате выделяется.

1. Поток лучей с выделением частиц – альфа, бета и нейтронное;
2. Излучение энергии – рентгеновское и гамма.

Гамма излучение – это поток энергии в виде фотонов. Процесс разделения атомов под воздействием радиации сопровождается образованием новых веществ. При этом атомы вновь образовавшегося продукта имеют довольно нестабильное состояние. Постепенно при взаимодействии элементарных частиц возникает восстановление равновесия. В результате происходит выброс лишней энергии в виде гаммы.

Проникающая способность такого потока лучей очень высока. Оно способно проникать через кожные покровы, ткани, одежду. Более тяжелым будет проникновение через металл. Чтобы задержать такие лучи необходима довольно толстая стена из стали или бетона. Однако длина волныγ-излучения очень мала и составляет меньше 2·10 −10 м, а ее частота находится в диапазоне 3*1019 – 3*1021 Гц.

Гамма частицами являются фотоны с довольно высокой энергией. Исследователи утверждают, что энергия гаммы излучения может превышать показатель 10 5 эВ. При этом граница между рентгеновскими и γ-лучами далеко не резкая.

Источники:

• Различные процессы в космическом пространстве,
• Распад частиц в процессе опытов и исследований,
• Переход ядра элемента из состояния с большой энергией в состояние покоя или с меньшей энергией,
• Процесс торможения заряженных частиц в среде либо движение их в магнитном поле.

Открыл гамма излучение французский физик Поль Виллар в 1900 году, проводя исследование излучения радия.

Чем опасно гамма-излучение

Гамма излучение является наиболее опасным, нежели альфа и бета.

Механизм действия:

• Гамма лучи способны проникать через кожные покровы внутрь живых клеток, в результате происходит их повреждение и дальнейшее разрушение.
• Поврежденные молекулы провоцируют ионизацию новых таких же частиц.
• В результате возникает изменение в структуре вещества. Пострадавшие частицы при этом начинают разлагаться и превращаться в токсические вещества.
• В итоге происходит образование новых клеток, но они уже с определенным дефектом и поэтому не могут полноценно работать.

Гамма излучения опасно тем, что такое взаимодействие человека с лучами не ощущается им ни в коей мере. Дело в том, что каждый орган и система человеческого организма реагирует по-разному на γ-лучи. Прежде всего, страдают клетки, способные быстро делиться.

Системы:

• Лимфатическая,
• Сердечная,
• Пищеварительная,
• Кроветворная,
• Половая.

Оказывается негативное влияние и на генетическом уровне. Кроме того, такое излучение имеет свойство накапливаться в человеческом организме. При этом в первое время оно практически не проявляется.

Где применяется гамма-излучение

Несмотря на негативное влияние, ученые нашли и положительные стороны. В настоящее время такие лучи применяются в различных сферах жизни.

Гамма излучение - применение:

• В геологических исследованиях с их помощью определяют длину скважин.
• Стерилизация различных медицинских инструментов.
• Используется для контроля внутреннего состояния различных вещей.
• Точное моделирование пути космических аппаратов.
• В растениеводстве применяется для вывода новых сортов растений из тех, что мутируют под воздействием лучей.

Излучение гамма частиц нашло свое применение в медицине. Используется оно в терапии онкологических больных. Такой метод имеет название «лучевая терапия» и основывается на воздействии лучей на быстро делящиеся клетки. В результате при правильном использовании появляется возможность уменьшить развитие патологических клеток опухоли. Однако такой метод, как правило, применяется в том случае, когда другие уже бессильны.

Отдельно стоит сказать о влияние его на мозг человека

Современные исследования позволили установить, что мозг постоянно испускает электрические импульсы. Ученые считают, что гамма излучения возникает в те моменты, когда человеку приходится работать с разной информацией одновременно. При этом небольшое количество таких волн ведет к уменьшению запоминающей способности.

Как защититься от гамма-излучения

Какая же защита существует, и что сделать, чтобы уберечься от этих вредных лучей?

В современном мире человек окружен различными излучениями со всех сторон. Однако гамма частицы из космоса оказывают минимальное воздействие. А вот то, что находится вокруг представляет гораздо большую опасность. Особенно это относится к людям, работающим на различных атомных станциях. В таком случае защита от гамма излучения состоит в применении некоторых мер.

• Не находится длительное время в местах с таким излучением. Чем дольше времени человек находится под воздействием этих лучей, тем больше разрушений возникнет в организме.
• Не стоит находиться там, где расположены источники излучения.
• Необходимо использовать защитную одежду. В ее состав входит резина, пластик с наполнителями из свинца и его соединений.

Стоит отметить, что коэффициент ослабления гамма излучения зависит от того, из какого материала сделан защитный барьер. Так, например, лучшим металлом считается свинец в виду его свойства поглощать излучение в большом количестве. Однако он плавится при довольно низких температурах, поэтому в некоторых условиях используется более дорогой металл, например, вольфрам или тантал.

Еще один способ обезопасить себя – это измерить мощность гамма излучения в Вт. Кроме того, мощность измеряется также в зивертах и рентгенах.

Норма гамма излучения не должна превышать 0,5 микрозиверта в час. Однако лучше если этот показатель не будет выше 0,2 микрозиверта в час.

Чтобы измерить гамма излучение, применяется специальное устройство – дозиметр. Таких приборов существует довольно много. Часто используется такой аппарат, как «дозиметр гамма излучения дкг 07д дрозд». Он предназначен для оперативного и качественного измерения гамма и рентгеновского излучения.

У такого устройства есть два независимых канала, которые могут измерять МЭД и Эквивалент дозировки. МЭД гамма излучения это мощность эквивалентной дозировки, то есть количество энергии, которую поглощает вещество в единицу времени с учетом того, какое воздействие лучи оказывают на человеческий организм. Для этого показателя также существуют определенные нормы, которые обязательно должны быть учтены.

Излучение способно негативно влиять на организм человека, однако даже для него нашлось применение в некоторых сферах жизни.

Видео: Гамма-излучение

По всем вопросам обязательна консультация врача!

Гамма-излучение и его опасность для живых организмов

Везде, где есть электрические разряды, встречается излучение того или иного спектра. Гамма-излучение – это один из видов электромагнитного излучения, которое отличается очень короткой длиной волны и состоит из потоков гамма-квантов (фотонов). Установлено, что это не самостоятельный вид радиоактивности, а сопровождение распадов альфа- и бета-излучений. Гамма-излучение может также возникнуть во время ядерной реакции, когда происходит торможение заряженных частиц, их распад и другие ядерные процессы.

Бесплатная юридическая консультация:

Понятие о гамма-излучении

Радиоактивное излучение – это ионизирующее излучение, которое рождается при нестабильном поведении частиц различного спектра, когда те попросту распадаются на составные части атома – протоны, нейтроны, электроны и фотоны. Гамма-излучение, в том числе и рентгеновское, является тем же процессом. Радиация имеет различное биологическое действие на организм человека – его вред зависит от способности частиц проникать через различные препятствия.

В этом плане гамма-излучение обладает наиболее выраженной проницательной способностью, что позволяет ему проникать даже сквозь пятисантиметровую свинцовую стену. Поэтому гамма-излучение, или гамма-лучи – это радиоактивное излучение, обладающее высокой степенью радиоактивного влияния на живой организм. Во время излучения их скорость равна скорости света.

Частота гамма-излучения составляет > 3·10 18 , что является наиболее короткой волной и в классификации электромагнитных волн стоит в самом низу, сразу перед рентгеновским излучением, чье излучение немного длиннее и составляет·10 18

Альфа-, бета- и гамма-лучи крайне опасны для человека и их интенсивное воздействие ведет к лучевой болезни, которая проявляется характерными симптомами:

• острый лейкоцитоз;
• торможение пульса, снижение мышечного тонуса, замедление всех процессов жизнедеятельности;
• выпадение волос;
• поочередный отказ всех органов – сначала печени, почек, спинного мозга, а затем сердца.

Попадая в организм, лучи радиации уничтожают и подвергают мутации клетки таким образом, что, заразившись, те заражают другие. А те, что смогли выжить, перерождаются уже неспособными к делению и другим функциям жизнедеятельности. Альфа- и бета-лучи являются наиболее опасными, однако гамма-частица коварна тем, что за 1 секунду преодолевает расстояние вкилометров и способна поражать значительные расстояния. При небольшой дозе радиации человек не чувствует ее воздействие, и свое разрушительное влияние она обнаруживает не сразу. Может пройти как несколько лет, так и несколько поколений – в зависимости от дозы и типа лучей – прежде чем проявятся нарушения. Однако при большой дозе облучения болезнь проявляется в течение нескольких часов и имеет ярковыраженную симптоматику с болями в животе, неудержимой рвотой, головными болями.

Опасность гамма-излучения

Гамма-лучи могут проникать из космоса, источники гамма-излучения могут быть также распадом некоторых радиоактивных пород – урана, гранита, радона и других.

Наиболее известный случай отравления гамма-лучами – это случай отравления Александра Литвиненко, которому подсыпали в чай полоний. Полоний – радиоактивный элемент, производный урана, который обладает высокой радиоактивностью.

Квантовая энергия гамма-излучения обладает огромной силой, которая увеличивает их проницаемость в живые клетки и разрушительное действие. Вызывая смерть и трансформацию клеток, гамма-кванты со временем накапливаются в организме, а поврежденные клетки одновременно с этим отравляют организм своими токсинами, которые появляются в процессе их разложения.

Гамма-квант – это ядерное излучение, частица без массы и заряда, которая испускается при ядерной реакции, когда ядро переходит из одного энергетического состояния в другое. Когда квант гамма-изучения проходит через определенное вещество и вступает с ним во взаимодействие, то происходит полное поглощение энергии гамма-кванта этому веществу с выбросом его электрона.

Опасность такого облучения наиболее губительна для человека, так как его проникающая способность практически не оставляет шансов – 5-сантиметровая свинцовая стена способна поглотить лишь половину гамма-излучения. В этом отношении альфа- и бета-лучи менее опасны – альфа-излучение может задержать обычный лист бумаги, бета-излучению не преодолеть деревянной стены, а от гамма-излучения практически не существует преграды. Поэтому крайне важно, чтобы не происходило длительного воздействия этих лучей на организм человека.

Как защититься от гамма-излучения

Попадая в организм при повышенном гамма-фоне, радиация начинает незаметно отравлять организм, и если не произошло потребление сверхвысоких доз за короткое время, то первые признаки могут проявиться нескоро. В первую очередь страдает система кроветворения, которая берет первый удар на себя. В ней резко сокращается количество лейкоцитов, вследствие чего очень быстро поражается и выходит из строя спинной мозг. Вместе со спинным мозгом страдают лимфатические узлы, которые в дальнейшем также выходят из строя. Человек теряет волосы, его ДНК повреждается. Наступает мутация генома, что ведет к нарушениям в наследственности. При сильных поражениях наступает смерть от рака или от выхода из строя одного или нескольких органов.

Необходимо измерять гамма-фон на земельных участках перед покупкой. Под действием некоторых подземных пород, в том числе в подземных реках, при тектонических процессах земной коры вполне возможно заражение гамма-излучением поверхности земли.

Защита от гамма-излучения может быть лишь частичной. Если допустить подобную катастрофу, то ближайшие 300 лет пораженная территория будет полностью отравлена, вплоть до нескольких десятков метров слоя почвы. Полной защиты не существует, однако можно воспользоваться подвалами жилых домов, подземными окопами и прочими убежищами, хотя следует помнить, что этот вид защиты действует лишь частично.

Таким образом, способы защиты от гамма-излучения заключаются главным образом в измерении гамма-фона специальным оборудованием и непосещение мест с повышенным уровнем радиации – например, Чернобыля или окрестностей Фукусимы.

Самый большой выброс в воду ядерной радиации в истории человечества произошел в 2011 году на Фукусиме, когда волна цунами привела к выходу из строя трех ядерных реакторов. Радиоактивные отходы смываются в море в количестве 300 тонн ежедневно вот уже седьмой год. Размеры этой катастрофы ужасают. Так как эту утечку невозможно устранить по причине высокой температуры в зоне поражения, неизвестно, сколько еще будет происходить этот процесс. А тем временем подводным течением радиация распространилась уже на значительную часть Тихого океана.

Область применения гамма-излучения

Если целенаправленно применять поток гамма-частиц, то можно выборочно уничтожать те клетки организма, которые в данный момент времени имеют активное размножение. Этот эффект от применения гамма-лучей используется в медицине при борьбе с онкологией. Как последнюю меру и только когда другие средства перестают работать, целенаправленно на злокачественную опухоль применяют метод облучения. Наиболее эффективно использование дистанционной гамма-лучевой терапии. Такой способ разработан для лучшего управления процессом с минимизацией рисков и повреждений здоровых тканей.

Гамма-кванты также используют в других сферах:

1. С помощью этих лучей изменяют энергию. Прибор для этого, который используется в экспериментальной физике, называется гамма-спектрометром. Он бывает магнитным, сцинтилляционным, полупроводниковым и кристалл-дифракционным.
2. Изучение спектра ядерного гамма-излучения дает информацию о ядерной структуре. Внешняя среда, влияя на гамма-излучение, производит различные эффекты, которые имеют большое значение для понимания процессов, происходящих при этом. Поэтому все эти процессы активно изучаются.
3. Техника также применяет гамма-излучения, чтобы обнаружить дефекты металлов. Так как гамма-излучение обладает различного уровня поглощением в разной среде, но при одинаковом расстоянии распространения, то можно вычислить дефекты с помощью различного по интенсивности излучения.
4. Радиационная химия также использует это излучение для возбуждения химического превращения в различных процессах с помощью естественных или искусственных радиоактивных изотопов и электронных ускорителей – источников этого рода радиации.
5. Стерилизацию пищевых продуктов с помощью гамма-излучений использует в своих целях пищевая промышленность.
6. В растениеводстве используются гамма-кванты для того, чтобы растение приобрело лучшие показатели путем мутации.
7. С помощью гамма-лучей выращивают и обрабатывают некоторые микроорганизмы, делают лекарства, в том числе некоторые антибиотики. Ими обрабатывают семена, чтобы избавить их от мелких вредителей.

Еще около 100 лет назад свойства гамма-излучения не были достаточно изучены, и это приводило к незащищенному использованию радиоактивных элементов в качестве медицинского или измерительного оборудования. Гамма-излучение также использовали для покрытий различных ювелирных и керамических изделий, при изготовлении витражного стекла. Поэтому следует быть осторожным в хранении и приобретении предметов старины – безобидная с виду вещь может таить в себе радиоактивную угрозу.

Поддержите наш проект в соц. сетях!

Напишите, что вы думаете Отменить ответ

Все просто и ясно,читал на других сайтах,все было как-будто специально усложнено.

Вся информация на сайте otravlenye.ru предназначена только для ознакомления и не является инструкцией к действию.

Для получения медицинской помощи настоятельно рекомендуем обратиться к врачу.

Гамма-излучение

Гамма-излучение (гамма-лучи) - это электромагнитное излучение с длиной волны менее 1А, распространяющееся со скоростью света; возникает гамма-излучение при распаде ядер некоторых естественных и искусственно-радиоактивных изотопов (см.), торможении заряженных частиц и других ядерных реакциях.

В настоящее время в медицине в качестве источников гамма-излучения (гамма-излучателей) используют в основном искусственно-радиоактивные изотопы (радиоактивные кобальт Со 60 , цезий Cs 137 и Cs 134 , серебро Ag 111 , тантал Ta 182 , иридий Ir 192 , натрий Na 24 и др.). Из естественно-радиоактивных источников гамма-излучений используют (в курортологии) радон Rn 222 , радий Ra 226 и радий-мезоторий MsTh 228 (в онкологической практике). Энергия гамма-квантов радиоактивных изотопов варьирует от 0,1 до 2,6 Мэв. Энергия гамма-квантов одних изотопов (Со 60 , Cs 137 , Tu 170) однородна, других (радий, тантал и др.) - имеет широкий спектр. Для лечебных целей необходимо гомогенное излучение (одной и той же энергии); поэтому применяют металлические фильтры для поглощения бета-частиц (см. Бета-излучение) и мягкого гамма-излучения. Для фильтрации мягкого бета-излучения достаточны фильтры из никеля, алюминия толщиной 0,1 мм. Для поглощения бета-частиц большей энергии и мягкого гамма-излучения необходимы фильтры из платины, золота толщиной 0,5-1 мм. Гамма-излучение, как и другие виды ионизирующих излучений, при взаимодействии с тканями организма вызывает ионизацию и возбуждение атомов и молекул, в результате чего возникают радиационно-химические реакции. Они вызывают изменения морфологических и функциональных свойств клеток, в первую очередь опухолевых, так как при лучевой терапии излучение всегда сосредоточивают в области опухоли. При достаточно высоких дозах излучения происходит гибель опухолевых клеток и замещение их рубцовой тканью. См. также Гамма-терапия, Излучения ионизирующие.

Применение гамма излучение в медицине

Полная версия научной работы доступна в формате PDF

Актуальной проблемой медицины и радиобиологии является изучение отдаленных последствий различных дозовых нагрузок гамма-излучения на иммунную систему организма. Риск развития отдаленных последствий облучения, в первую очередь, канцерогенных эффектов становится наиболее значимым в условиях длительного воздействия ионизирующего излучения, связанного с радиационным загрязнением больших территорий, происходящим в результате аварий на АЭС, выброса и утечки радиоактивных веществ, использования атомного оружия, применения несовершенных технологий. Все это создает реальную угрозу здоровью миллионов людей, проживающих на этих территориях. Вместе с тем, атомная энергетика продолжает развиваться, постоянно увеличивается количество людей, имеющих профессиональные контакты с ионизирующим излучением. Поэтому проблема влияния ионизирующей радиации на иммунную систему человека и в перспективе будет иметь большое практическое значение.

Гамма-излучение было открыто в 1910 г. Генри Брэггом. Электромагнитная природа Гамма-излучения была доказана в 1914 г. Эрнестом Резерфордом. Гамма-излучение - это коротковолновое электромагнитное излучение. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (λ<10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц - гамма квантов, или фотонов, с энергией hν (ν - частота излучения, h - Планка постоянная).

Применение гамма-излучения: Используется в медицине для лечения опухолей, для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных препаратов; Применяют для получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят высокопродуктивные сорта м/о (например, для получения антибиотиков) и растений; Находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических деталях - гамма-дефектоскопия; В радиационной химии применяется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации; Используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания; Гамма-нож - установка для стереотаксической радиохирургии патологий головного мозга.

Особенности действия гамма-излучения: 1. Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме. 2. Наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений. 3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. 4. Генетический эффект - воздействие на потомство. 5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. 6. Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение. 7. Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.

Гамма излучение: о вреде и пользе

Нагромождение слухов и страшилок вокруг таких понятий, как радиация, ионизация, гамма излучение, рождают путаницу и страхи у всех, кто не является дозиметристом-радиологом или физиком-ядерщиком. Попробуем разобраться в обилии фактов и разрозненных знаний, полученных обывателем в основном из средств массовой информации.

Терминология и теория

Для понимания основ допускаем, что всем известно о строении атомов всех веществ. Ядро и электроны, вращающиеся вокруг него, образуют систему с нейтральным зарядом. Если один или несколько электронов выбить из этой системы, атом приобретет определенный заряд и будет называться ион.

Выбивание электронов из системы ядро-электроны и есть процесс ионизации. Радиация - это и есть ионизирующее излучение, пучок частиц, выбивающих электроны, придающий атомам особенные свойства.

Всего известно три вида излучений, способных привести к ионизации элементарных частиц. В названии использованы греческие буквы: альфа-, бета- и гамма-излучение.

Излучения – какие они?

Любое из этих излучений - это высокоскоростной поток частиц, размер которых меньше атома. Ионизирующие частицы представляют опасность, пока они движутся. Но движение не может быть постоянным и, выбиваются электроны или нет, частицы теряют свою скорость и останавливаются. После чего они или остаются в веществе, или им поглощаются.

Все имеет время своего существования, и радиоактивные (ионизирующие) частицы не исключение. Упомянутые три вида излучений образованы разными частицами (их называют квантами) с различной скоростью и степенью проникания в вещество.

Альфа, бета, гамма

Излучение первой группы состоит из альфа-квантов, которые очень быстро теряют скорость, потому что тяжелые. Их жизненный путь всего несколько десятков микрометров.

Второй вид излучения образуют бета-кванты, отличающиеся очень большой скоростью. Проникающая способность их больше и в живой организм они проникнут на несколько миллиметров.

Гамма излучение это поток гамма-квантов, наделенных большой энергией и летящих со скоростью света, наиболее скоростные кванты, которые обладают свойствами частиц и волн.

В ключе наибольшей опасности по воздействию на человека гамма-излучение стоит на первом месте.

В чем опасность?

Альфа-кванты, конечно, очень интенсивны, но лист обычной бумаги станет для них непроходимым барьером. К тому же для воздействия необходимо ну очень близко находиться к объекту излучения.

Бета-частицы имеют маленькую массу и легко меняют направление движения при наличии препятствий. Обычное окно не пропустит это излучение. При прямом соприкосновении с телом человека поток бета-квантов может вызвать ожоги кожи.

Гамма-излучение, в отличие от альфа- и бета-, имеет огромную проникающую способность. Кроме того, особенность этого вида в том, что под его воздействием разрушение атома вещества происходит с образованием нового нестабильного по состоянию элемента.

Именно это излучение чаще всего понимают под радиацией. От него не спасет стеклянная преграда – тут необходимы экраны из свинца и мощные конструкции из бетона.

Как это работает?

Суть механизма разрушающего воздействия гамма-квантов:

• На своем пути кванты оставляют за собой ионы, которые, в свою очередь, становятся источником ионизации.
• Проходя через клетки живого организма, часть молекул разрушается и превращается в яд.
• Это излучение является сильнейшим мутагеном, который вызывает изменения на всех уровнях генетического материала.

Наиболее подвержены повреждениям те клетки организма, которые быстро делятся. Мутации передаются последующим поколениям клеток, усугубляя положение. Так, первыми страдают система образования клеток крови, лимфатические узлы, репродуктивные клетки, пищеварительные органы и волосяные сумки.

Откуда это все берется?

Естественные источники гамма-излучения существовали задолго до освоения человеком ядерной физики. Искусственные источники – объекты ядерной энергетики – не зря вызывают повышенное внимание специалистов в сфере безопасности.

Важно помнить, что получить в быту дозы облучения, представляющие серьезную опасность для жизни, почти невозможно. И близость к объектам атомной энергетики тут ни при чем.

Из естественных возможностей облучения можно выделить внешнее и внутреннее. Внешнее происходит в нашей жизни постоянно – радиация Солнца и космических галактик, излучения горных пород, особенно вулканических, и воздуха. Внутреннее вызывается продуктами или водой, попадающими в наш организм.

Уровень излучения (радиационный фон) бывает далек от среднего показателя. Есть места, где он всегда повышен, например, высокогорные местности, вблизи вулканов, а еще на космических кораблях и в кабинах авиалайнеров.

Человечество приспособилось жить в существующих диапазонах излучений и сформировало определенный биологический запас прочности, что без видимых нарушений позволяет выдержать облучение во много раз большее.

А как же польза?

Как известно, все в нашем мире дуально. И гамма-излучение не исключение. При умелом обращении и использовании современного оборудования и средств защиты и оно приносит пользу человеку. Вот лишь несколько примеров использования гамма-квантов:

• стерилизация оборудования и инструментов в медицине;
• гамма-дефектоскопия – эффективный метод сверхточного определения дефектов деталей;
• определение расстояний – от глубины скважин и особенностей полостей земной коры, до космических измерений;
• в биотехнологии применяют гамма-облучение для получения мутантных организмов для выведения новых пород животных и сортов растений;
• как элемент лучевой терапии при лечении онкологических заболеваний.

Способы защиты

Как уже говорилось, природный фон не может стать существенным элементом заражения. Но после развития ядерной энергетики и освоения энергии полураспада радиоактивных частиц, облучение может настигнуть нас внезапно. Трагедия на Чернобыльской АЭС продемонстрировала миру неготовность к таким последствиям в освоении мирного атома.

Эффективны в целях защиты от гамма-излучения только специализированные убежища. Но и подвал дома ослабит воздействие от излучения в тысячу раз.

Не лишним будет и внимательное отношение к предметам со специальной маркировкой. Например, в датчиках пожароопасности используется радиоактивный плутоний. А циферблаты датчиков обледенения и водолазных часов содержится соль радия 226. Снаружи эти предметы не опасны, но не стоит их разбирать.

Меры предосторожности

В уголовном кодексе предусмотрена статья за намеренное или случайное радиоактивное загрязнение. Поэтому если вы обнаружили предмет с радиационной маркировкой, то:

• не разбирайте его и не выбрасывайте;
• сообщите в специализированную службу;
• обезопасьте себя и окружающих, отойдя на возможное расстояние от источника.

Личная профилактика сводится к тщательному мытью рук, ведь загрязнение радиоактивного характера передается подобно бактериальному.

Рекомендуем почитать

Свойства крови

Английская сказка Jack and the Beanstalk Джек и волшебные бобы читать

Лейкоциты

Проверка медицинской книжки

Капилляры, вены и артерии

Почему нельзя говорить аллах акбар?

Анализы крови

Волчье лыко: описание кустарника, фото

Профилактика

Белый гриб условно съедобный

Группы крови

Как определить лицо глагола?