Ионизирующее излучение. 
Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующие излучения

Ионизирующее излучение сопровождало Большой взрыв, с которого началось существование нашей Вселенной 20 миллиардов лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет космическое пространство, в том числе — нашу Землю. Радиоактивные материалы, испускающие различного вида излучения, входят в состав Земли с самого её рождения. Радиоактивен и сам человек.

В данной главе мы рассмотрим основные типы ионизирующих излучений, как природных, так и техногенных, а также их характеристики и источники.

Ионизирующее излучение и его поле

Радиация — обобщенное понятие. Оно включает различные виды излучений, часть которых встречается природе, другие получаются искусственным путем.

Сначала приведём определения некоторых понятий.

Электромагнитное излучение — l) процесс образования свободного электромагнитного поля; 2) свободное электромагнитное поле. Излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы (например, тормозное излучение, синхротронное излучение, излучение переменных диполя, и др.). Атом и другие атомные системы излучают при квантовых переходах из возбужденных состояний в состояния с меньшей энергией.

Ионизирующее излучение — излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. (Видимый свет и ультрафиолетовое излучение не относят к ионизирующим излучениям).

Непосредственно ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из заряженных частиц, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении.

Косвенно ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из незаряженных частиц, которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения. (Косвенно ионизирующее излучение может состоять из нейтронов, фотонов и др.).

Фотонное излучение — электромагнитное косвенно ионизирующее излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц.

Фотон — элементарная частица энергии, обладающая как свойствами частицы, так и волны: фотон не имеет заряда и массы, но обладает импульсом. Энергия света, рентгеновских лучей, гамма-лучей и т. д. переносится фотонами.

Гамма-излучение — фотонное излучение, возникающее при ядерных превращениях или аннигиляции частиц.

Характеристическое излучение — фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состоя) шя электронов атома.

Тормозное излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженной частицей гут её рассеянии (торможении) в электрическом поле, характеризуется непрерывным энергетическим спектром. Иногда в понятие тормозного излучения включают также излучение релятивистских заряженных частиц, движущихся в макроскопических магнитных полях, и называют его синхротронным излучением.

Рентгеновское излучение — фотонное излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения, генерируемое, например, рентгеновскими аппаратами. Занимает спектральную область между гаммаи ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн ю³+юо нм (ю ^{, 2}+ю ⁵ см). Энергетический диапазон юо эВ+о, 1 МэВ. Рентгеновские лучи с длиной волны менее 0,2 нм называются жёсткими, с длиной волны более нм — мягкими рентгеновскими лучами.

Корпускулярное излучение — ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой, отличной от нуля (а-, 0-частиц, нейтронов и др.).

Альфа-излучение — корпускулярное излучение, состоящее из а-частиц (ядер ⁴Не), испускаемых при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях, превращениях.

Протонное излучение — излучение, образующееся в процессе самопроизвольного распада нейтронно-дефицитных атомных ядер или как пучок на выходе ионного ускорителя (например, синхрофазотрона).

Нейтронное излучение — поток нейтронов, которые преобразуют свою энергию в упругих и неупругих взаимодействиях с ядрами атомов.

Бета-излучение — корпускулярное излучение с непрерывным энергетическим спектром, состоящее из отрицательно заряженных электронов (0-частицы) или положительно заряженных позитронов (0⁺-частицы) и возникающее при радиоактивном 0-распаде ядер или нестабильных элементарных частиц. Характеризуется граничной энергией спектра Ер.

Аннигиляционное излучение — фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы и античастицы (например, при взаимодействии 0-электрона и 0*-позитрона).

Моноэнергетическое ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из фотонов одинаковой энергии или частиц одного вида с одинаковой кинетической энергией.

Смешанное ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из частиц различного вида или из частиц и фотонов.

Естественный фон излучения — ионизирующее излучение, создаваемое космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных веществ (на поверхности Земли, в приземной атмосфере, в продуктах питания, воде, в организме человека и др.).

Космическое излучение — ионизирующее излучение, которое состоит из первичного излучения, поступающего из космического пространства, и вторичного излучения, возникающего в результате взаимодействия первичного излучения с атмосферой.

Поле ионизирующего излучения — пространственно-временное распределение ионизирующего излучения в рассматриваемой среде.

Поток ионизирующих частиц (фотонов) — отношение числа ионизирующих частиц (фотонов) dN, проходящих через данную поверхность за отрезок времени dt, к этому интервалу: F= dN/dt.

Поток энергии частиц — отношение энергии падающих частиц к интервалу времени 4^J=dE/dt.

Плотность потока ионизирующих частиц (фотонов) — отношение потока ионизирующих частиц (фотонов) dF проникающих в объём элементарной сферы, к площади центрального поперечного сечения dS этой сферы:

<�р = dF/dS — d²N/dtdS. (Плотность потока энергии частиц определяется аналогично).

Флюенс ионизирующих частиц (фотонов) — отношение числа ионизирующих частиц (фотонов) dN, проникающих в объём элементарной сферы, к площади центрального поперечного сечения dS этой сферы: Ф = dN/dS.

Энергетический спектр ионизирующих частиц — распределение ионизирующих частиц по их энергии.

Эффективная энергия фотонного излучения — энергия фотонов такого моноэнергетического фотонного излучения, относительное ослабление которого в поглотителе определенного состава и определённой толщины то же самое, что и немоноэнергетического фотонного излучения.

Запаздывающее излучение — частицы, излучаемые продуктами распада, в отличие от частиц (нейтронов и гамма — лучей), возникающих непосредственно в момент деления.

Термин «излучение» охватывает диапазон электромагнитных волн, включая видимый спектр, инфракрасную и ультрафиолетовую области, а также радиоволны, электрический ток и ионизирующее излучение. Внешняя несхожесть этих явлений обусловлена лишь частотой излучения.

Ионизирующее излучение (радиация) — вид излучения, который изменяет физическое состояние атомов или атомных ядер, превращая их в электрически заряженные ионы или продукты ядерныхреакций.