Понятие об ионизирующем излучении и его источниках

Ионизирующее излучение – поток элементарных частиц и/или квантов электромагнитного излучения, который создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков. Фактически ионизирующее излучение является видом энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц при спонтанном распаде атомных ядер.

Ионизация атомов среды, происходящая при взаимодействии её с излучением, обусловлена взаимодействием излучения с электронными оболочками и ядрами атомов, вследствие чего энергия квантов или частиц излучения поглощается электронами. В процессе ионизации нейтральных молекул возникают положительно и отрицательно заряженные ионы. Ионизация обычно происходит путем отрыва электронов внешних орбиталей. Количество энергии, достаточное для отрыва электрона от атома называется ионизационным потенциалом.

По физической природе ионизирующие излучения разделяются на два типа: электромагнитные и корпускулярные излучения. Электромагнитные ионизирующие излучения представляют собой электромагнитные волны с определенной частотой и длиной волны, от которых зависит энергия квантов. Электромагнитные ионизирующие излучения могут иметь различное происхождение.

Экспериментально показано, что ионизирующим эффектом обладают все электромагнитные излучения с длиной волны меньше 100 нм. Корпускулярные излучения являются потоком элементарных частиц или ядер атомов, обладающих высокими скоростями. Основными физическими характеристиками ионизирующей частицы являются масса покоя, ее электрический заряд и начальная энергия. Рассмотрим подробно электромагнитные и корпускулярные типы излучений.

Электромагнитные ионизирующие излучения можно разделить на два типа, различающихся по происхождению и энергии квантов: рентгеновское излучение и излучение. Рентгеновское излучение представлено электромагнитными волнами с длиной волны в интервале 10-3 – 10 нм, что соответствует энергии квантов от 1237 кэВ до 0,12 эВ. Рентгеновское излучение образуется при торможении получаемых в вакууме быстрых электронов.

Корпускулярные ионизирующие излучения возникают при радиоактивном распаде ядер неустойчивых изотопов. Различают естественную радиоактивность (самопроизвольный распад ядер неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную радиоактивность (наблюдается у изотопов, синтезированных посредством ядерных реакций в лабораторных условиях).

Принципиального различия между ними нет, поскольку способ образования изотопа не влияет на его свойства и законы радиоактивного распада. Характер радиоактивного распада не зависит от вида химического соединения, агрегатного состояния вещества, температуры, давления, напряженности электрического и магнитного полей, т.е. от всех воздействий, которые могли бы привести к изменению состояния электронной оболочки атома. Следовательно, радиоактивные свойства элементов обусловлены лишь структурой их ядер. Радиоактивный распад – это естественное радиоактивное превращение ядер элементов, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, претерпевающее радиоактивный распад, называют материнским, возникающее ядро – дочерним.

Альфа-излучение возникает при распаде атомных ядер и сопровождается испусканием α-частицы. Заряд α-частицы равен +2, масса равна 4 а.е.м. и совпадает с массой ядра гелия 2Не4. Соответственно, α-частица состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Таким образом, α-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, обладающих высокой скоростью.
β-излучение возникает при β-распаде ядер радиоактивных изотопов. β-частицы представляют собой электроны (или позитроны), обладающие высокой скоростью. По своей физической природе эти электроны (позитроны) не отличаются от обычных электронов, входящих в состав атомов, т.е. имеют массу me= 9,11•10-31 кг и заряд равный -1.

Источником ионизирующего излучения может быть космический объект, земной объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение. Источниками ИИ могут быть природные и искусственные радиоактивные вещества, различного рода ядерно-технические установки, медицинские препараты, многочисленные контрольно-измерительные устройства (дефектоскопия металлов, контроль качества сварных соединений). Они используются также в сельском хозяйстве, геологической разведке, при борьбе со статическим электричеством и др.

Таким образом, источник ионизирующего излучения – объект, содержащий радиоактивный материал или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение. Поэтому источником ионизирующего излучения можно считать все, что может вызывать облучение при испускании ионизирующего излучения или выбросе радиоактивных веществ или материалов, и может рассматриваться как единый источник в целях радиационной защиты и безопасности.

Внешнее излучение источника – поток ионизирующих частиц, выходящих из радионуклидного источника излучения через его рабочую поверхность. Закрытый источник – радиоактивный источник излучения, устройство которого исключает поступления содержащихся в нем радиоактивных веществ в окружающую среду в условиях применения и износа, на которые он рассчитан. Открытый источник – радиоактивный источник излучения, при использовании которого возможно поступление содержащихся в нем радиоактивных веществ в окружающую среду. Техногенный источник – источник ионизирующего излучения, специально созданный для его полезного применения или являющийся побочным продуктом этой деятельности.

Иногда встречаются угловые распределения, которые можно записать в виде комбинаций изотропных и косинусоидальных угловых распределений излучений. (На практике источники встречаются в неограниченном многообразии указанных характеристик.)