Корпускулярне випромінювання

Корпускулярне випромінювання – це потік частинок, які мають ненульове значення маси спокою. До цього випромінювання належать потоки елементарних частинок (електронів, протонів), ядер різних елементів (гелію, кисню тощо), а також нейтронів – незаряджених елементарних частинок.

Розглянемо процеси утворення корпускулярних іонізуючих випромінювань. 

Нуклони, що складають ядро, знаходяться у безупинному русі з різною швидкістю та енергією. У залежності від величин енергій нуклонів у ядрі визначається й енергія ядра як цілого. Відповідно до квантових законів ядро не може мати довільні значення енергії, а тільки визначені. Стан з мінімальною енергією називається основним. Інші стани називаються збудженими і характеризуються енергією збудження, відлічуваної від основного стану. Енергію основного стану вважають рівної нулю. У збуджених станах рух нуклонів відрізняється від їхнього руху в основному стані, тому енергія відрізняється від нуля. Якщо ядро виявилося у збудженому стані, то воно прагне перейти в стан з меншою енергією, випускаючи гамма-квант, енергія якого визначається різницею енергій початкового і кінцевого збуджених станів.

Здатність ядер із збуджених станів переходити в інші стани, з меншою енергією, випускаючи частки, називається радіоактивним розпадом. У результаті радіоактивного розпаду можуть випускатися γ- кванти (γ- розпад), електрони (β^- розпад), позитрони (β⁺ - розпад), α- частки (α- розпад). Це основні типи радіоактивного розпаду.

При γ - розпаді відбувається спонтанне випущення γ - кванта і перехід з одного збудженого стану ядра в інше, менш збуджене, чи основне.

При β^- - розпаді один з нейтронів ядра переходить у протон з утворенням електрона й антинейтрино.

При β⁺ - розпаді один із протонів ядра переходить у нейтрон з утворенням позитрона й нейтрино.

Існує процес, при якому ядро захоплює один з атомних електронів і протонів переходить у нейтрон і нейтрино (захват електрона).

До радіоактивного розпаду можна віднести спонтанний розподіл важких ядер, при якому ядро спонтанно розпадається на два ядра - осколки приблизно однакової маси. При цьому в середньому випускаються 2,5 нейтрони. Кожен акт радіоактивного розпаду незалежний від інших і на нього не впливають зовнішні умови (температура, тиск і т.п.).

Бета-випромінювання є потоком прискорених електронів (β- частинок) або античастинок електрона – позитронів (β⁺ - частинок), які виникають під час розпаду відповідних радіоактивних ізотопів.

Протони. Потік прискорених протонів – ядер атомів водню з масовим числом 1: ₁Н¹ – належить до іонізуючого випромінювання. Протон є стабільною елементарною частинкою з масою 1836,13 m_e, де m_e – маса електрона, й позитивним зарядом.

Як іонізуюче випромінювання розглядають також потоки дейтронів (ядер дейтерію – ізотопів водню з масовим числом 2: р+ n) або тритію (ізотоп водню з масовим числом 3: h +2 n).

Альфа-промені. Випромінювання, що складається з альфа-частинок ( - частинок), які утворюються під час альфа-розпаду радіоактивних ізотопів, називають альфа-промені. Альфа-частинки – це ядра атомів гелію, що складаються з чотирьох нуклонів – двох протонів і двох нейтронів.

Мезони – нестабільні заряджені чи нейтральні частки, що виникають при взаємодії первинного космічного випромінювання з атмосферою Землі чи прискорених часток з нуклідами.

Важкі іони зустрічаються також у складі первинного космічного випромінювання.

 Іонізуючі випромінювання отримуються й від радіонуклідів – радіоактивних ядер. Відомі три основних джерела утворення радіонуклідів:

- ядерні реакції в зірках і результат взаємодії космічного випромінювання з речовиною;

- робота ядерних енергетичних установок;

- ядерний вибух.

Фізичним процесом, що лежить в основі утворення радіонуклідів, є ядерні реакції. Це процес, коли атомне ядро, зіштовхуючись з іншими чи елементарними частками, що рухаються з великою швидкістю, перетворюється в нове ядро, кілька ядер і елементарних часток. Ядерні реакції є джерелом енергії в зірках, а також джерелом утворення всіх ядер у Всесвіті. Це реакції синтезу, що відбуваються з виділенням енергії. У результаті подальшого синтезу легких ядер, захоплення ядрами нейтронів утворяться всі елементи Всесвіту. Деякі з радіоактивних елементів мають такий великий період напіврозпаду, що зберігаються в природі з моменту утворення Сонячної системи. Це природно-радіоактивні нукліди ¹²⁹І (Т_1/2  1,6*10⁷ років), ²²⁴Рu (Т_1/2 8,2*10⁶ років), ²³⁵U (Т_1/2  7,1*10⁸ років), ²³⁸U (Т_1/2  4,5*10⁹ років), ²³²Th (Т_1/2  1,4*10¹⁰ років), ⁴⁰ДО (Т_1/2  1,3*10⁹років), ²³⁵U, ²³⁸U, ²³²Th розпадаючись, дають початок ланцюжкам радіоактивних перетворень, названих радіоактивними сімействами актиноурану, урану і торію. Наявність цих радіонуклідів і космічних променів, що утворюються в атмосфері під дією цих променів, разом з космічним випромінюванням визначають природне радіаційне тло.

Джерела природного радіаційного тла прийнято розділяти на дві групи – внутрішнього і зовнішнього опромінення. Внутрішнє опромінення обумовлене природними радіонуклідами, що надходять в організм людини з повітрям, водою чи їжею. Зовнішнє опромінення обумовлене космічним випромінюванням, бета- та гамма-випромінюванням природних радіонуклідів калію, урану, радію і торію, що входять до складу ґрунту. Основну потенційну радіаційну небезпеку представляють аварії на АЕС, обумовлені високим змістом активності.