Радиометрические методы контроля качества продовольственных товаров
Среди вопросов, представляющих научный интерес, немногие приковывают к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду. Действие ионизирующей радиации на живой организм интересовало мировую науку с момента открытия и первых же шагов применения радиоактивного излучения. Мировая общественность стала проявлять серьезную озабоченность по поводу воздействия ионизирующих излучений на человека и окружающую среду с начала 1950-х гг.
Радиоактивность — это не новое явление, новизна состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.
В 1896 г. французский ученый Антуан Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. При проявлении пластинки он обнаружил на них следы каких-то излучений, которые Беккерель приписал урану. В 1898 г. Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Еще раньше, в 1895 г. были случайно открыты рентгеновские лучи немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Мария Кюри ввела в употребление слово "радиоактивность".
Радиоактивность — это самопроизвольное превращение (распад) ядра атома химического элемента, приводящее к изменению его атомного номера или изменению массового числа. При таком превращении ядра происходит испускание радиоактивных излучений.
Радиоактивность, наблюдаемая у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной, радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.
Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия. Процесс радиоактивного превращения в обоих случаях подчиняется одинаковым законам — закону радиоактивного превращения:
где N0 — количество ядер в начальный момент;
N — количество нераспавшихся атомов в момент времени t;
X — константа, характерная для радиоактивного вещества, называемая постоянной распада.
Закон радиоактивного превращения показывает экспоненциальную зависимость числа нераспавшихся ядер от их начального количества.
Типы радиоактивных излучений
Имеется три вида излучений (рис. 6.1).
Первое, получившее название а-лучей, отклоняется под действием магнитного поля в ту же сторону, в которую отклонялся бы поток положительно заряженных частиц.
Второе, названное (3-лучами, отклоняется магнитным полем в противоположную сторону, т. е. так, как отклонялся бы поток отрицательно заряженных частиц.
Третье излучение, никак не реагирующее на действие магнитного поля, названное у-лучами, у-лучи — это электромагнитное излучение весьма малой длины волны.
Альфа-распад. В-лучи представляют собой поток ядер гелия 42Не. Альфа-распад сопровождается вылетом из ядра
ос-частицы (42Не), при этом первоначально превращается в ядро атома нового химического элемента, заряд которого меньше на 2, а массовое число — на 4 единицы.
Примером может служить распад изотопа урана 238U, протекающий с образованием тория 234Th:
Скорости, с которыми а-частицы (т. е. ядра 42Не) вылетают из распавшегося ядра, очень велики (~106 м/с).
Пролетая через вещество, а-частица постепенно теряет свою энергию, затрачивая ее на ионизацию молекул вещества, и, в конце концов, останавливается. а-частица образует на своем пути примерно 105 пар ионов на 1 см пути.
Естественно, что чем больше плотность вещества, тем меньше пробег а-частиц до остановки. В воздухе при нормальном давлении пробег составляет несколько см, в воде, в тканях человека (мышцы, кровь, лимфа) 0,1—0,15 мм. а-час-тицы полностью задерживаются обычным листком бумаги.
а-частицы не представляют большой опасности в случае внешнего облучения, так как могут быть полностью задержаны одеждой, резиной. Но ос-частицы очень опасны при попадании внутрь организма, из-за большой плотности производимой ими ионизации. При этом повреждения, возникающие в тканях, фактически не обратимы.
Бета-распад. Существует три разновидности В-распада.
В одном случае ядро, претерпевшее превращение, испускает электрон, в другом — позитрон, в третьем случае, называемом электронным захватом (е-захватом), ядро поглощает один из электронов.
Первый вид распада В-распада, или электронный распад, протекает по схеме:
Массовое число
Атомный номер
Весь процесс протекает так, как если бы один из нейтронов ядра АZХ превратился в протон, испустив электрон и антинейтрино:
Второй вид распада (В+-распада, или позитронный распад) протекает по схеме:
Процесс протекает так, как если бы один из протонов исходного ряда превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино:
Третий вид распада (электронный захват) заключается в том, что ядро поглощает один из электронов своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:
Скорость движения В-частиц в вакууме равна 0,3-0,99 скорости света. Поэтому они быстрее, чем а-частицы, пролетают через встречные атомы и взаимодействуют с ними. В-частицы обладают меньшим эффектом ионизации (50-100 пар ионов на 1 см пути в воздухе) и при попадании В-частицы внутрь организма они менее опасны чем а-частицы. Однако проникающая способность В-частиц велика (от 10смдо25мидо 17,5 мм в биологических тканях).
Гамма-излучение — электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях, которое распространяется в вакууме с постоянной скоростью 300 000 км/с. Это излучение сопровождает, как правило, В-распад и реже — а-распад.
По своей природе у-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (при меньшей длине волны), у-лучи, являясь электрически нейтральными, не отклоняются в магнитном и электрическом полях. В веществе и вакууме они распространяются прямолинейно и равномерно во все стороны от источника, не вызывая прямой ионизации, при движении в среде они выбивают электроны, передавая им часть или всю свою энергию, которые производят процесс ионизации. На 1 см пробега у-лучи образуют 1-2 пары ионов. В воздухе они проходят путь от нескольких сот метров и даже километров, в бетоне — 25 см, в свинце — до 5 см, в воде — десятки метров, а живые организмы пронизывают насквозь (рис. 6.1).
В силу большой проникающей способности у-лучи представляют значительную опасность для живых организмов как источник внешнего облучения.