11.6: Проникаюча здатність випромінювання

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20096

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Мета навчання

Якісно порівняйте іонізуючу та проникаючу силу альфа-частинок\(\left( \alpha \right)\), бета-частинок\(\left( \beta \right)\) та гамма-променів\(\left( \gamma \right)\).

З усім випромінюванням природних і техногенних джерел, ми повинні цілком розумно турбуватися про те, як вся радіація може вплинути на наше здоров'я. Пошкодження живих систем наноситься радіоактивними викидами, коли частинки або промені вражають тканини, клітини або молекули та змінюють їх. Ці взаємодії можуть змінювати молекулярну структуру та функцію; клітини більше не виконують свою належну функцію, а молекули, такі як ДНК, більше не несуть відповідної інформації. Велика кількість радіації дуже небезпечна, навіть смертельна. У більшості випадків випромінювання пошкодить одну (або дуже невелику кількість) клітин, порушуючи клітинну стінку або іншим чином перешкоджаючи розмноженню клітини.

Здатність випромінювання пошкоджувати молекули аналізується з точки зору того, що називається іонізуючою силою. Коли радіаційна частка взаємодіє з атомами, взаємодія може призвести до того, що атом втратить електрони і таким чином стає іонізованим. Чим більша ймовірність того, що пошкодження станеться взаємодією, - це іонізуюча сила випромінювання.

Значна частина загрози радіації пов'язана з легкістю або труднощами захисту себе від частинок. Наскільки товщиною стіни потрібно сховатися, щоб бути в безпеці? Здатність кожного виду випромінювання проходити через речовину виражається в плані потужності проникнення. Чим більше матеріалу може пройти випромінювання, тим більша потужність проникнення і тим небезпечніше вони. Загалом, чим більша маса присутня, тим більша потужність іонізації і тим менша потужність проникнення.

Діаграма показує чотири частинки у вертикальному стовпчику зліва, за якими слідують вертикальний аркуш паперу, рука людини, вертикальний лист металу, склянка води, товстий блок бетону і вертикальний товстий шматок свинцю. Верхня частка, перерахована, складається з двох білих сфер і двох зелених сфер, які позначені позитивними знаками і позначені «Альфа». Стрілка, спрямована вправо, веде від цього до паперу. Друга частинка - це червона сфера з позначкою «Бета», за нею слідує стрілка, спрямована вправо, яка проходить крізь папір і зупиняється біля руки. Третя частинка - це біла сфера з маркуванням «Нейтрон», за нею слідує стрілка, спрямована вправо, яка проходить через папір, руку та метал, але зупиняється на склянці води. Четверта частинка показана хиткою стрілкою, і вона проходить через всі речовини, але зупиняється на свинці. Терміни внизу читають, зліва направо: «Папір», «Метал», «Вода», «Бетон» і «Свинець». — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Показана здатність різних видів випромінювання проходити крізь матеріал. Від найменших до найбільш проникаючих, вони альфа < бета < нейтрон < гамма. (CC BY-SA 4.0; OpenStax).

Порівнюючи лише три поширені види іонізуючого випромінювання, альфа-частинки мають найбільшу масу. Через велику масу альфа-частинки вона має найвищу іонізуючу силу і найбільшу здатність пошкоджувати тканини. Однак той самий великий розмір альфа-частинок робить їх менш здатними проникати в речовину. Альфа-частинки мають найменшу силу проникнення і можуть бути зупинені товстим аркушем паперу або навіть шаром одягу. Їх також зупиняє зовнішній шар відмерлої шкіри на людях. Це, здається, усуває загрозу з альфа-частинок, але тільки з зовнішніх джерел. У такій ситуації, як ядерний вибух або якась ядерна аварія, коли радіоактивні випромінювачі поширюються навколо навколишнього середовища, випромінювачі можна вдихати або приймати з їжею або водою, і як тільки альфа-випромінювач знаходиться всередині вас, у вас взагалі немає захисту.

Бета-частинки набагато менше альфа-частинок і тому мають набагато меншу іонізуючу силу (меншу здатність пошкоджувати тканини), але їх невеликий розмір дає їм набагато більшу силу проникнення. Більшість ресурсів стверджують, що бета-частинки можуть бути зупинені листом алюмінію товщиною в одну чверть дюйма. Ще раз, однак, найбільша небезпека виникає, коли джерело бета-випромінювання потрапляє всередину вас.

Гамма-промені - це не частинки, а високоенергетична форма електромагнітного випромінювання (як рентгенівські промені, крім більш потужних). Гамма-промені - це енергія, яка не має маси або заряду. Гамма-промені мають величезну потужність проникнення і вимагають декількох дюймів щільного матеріалу (наприклад, свинцю) для їх захисту. Гамма-промені можуть проходити весь шлях через людське тіло, нічого не завдаючи удару. Вважається, що вони мають найменшу іонізуючу силу і найбільшу потужність проникнення.

Порівняння альфа-частинок, бета-частинок і гамма-променів наведено в табл\(\PageIndex{1}\).

Таблиця\(\PageIndex{1}\) порівняння проникаючої здатності, іонізуючої потужності та екранування альфа- і бета-частинок та гамма-променів.
Частинка	Символ	Маса	Проникаюча сила	Іонізуюча потужність	Екранування
Альфа	\(\alpha\)	\(4 \mathrm{amu}\)	Дуже низький	Дуже висока	Папір шкіри
Бета-версія	\(\beta\)	\(1 / 2000 \mathrm{amu}\)	Проміжний	Проміжний	Алюміній
Гамма	\(\gamma\)	0 (лише енергія)	Дуже висока	Дуже низький	2 дюйма свинцю

Найбезпечніше кількість випромінювання для організму людини дорівнює нулю. Неможливо піддаватися впливу ніякого іонізуючого випромінювання, тому наступна найкраща мета - піддаватися якомога меншому впливу. Два найкращих способи мінімізувати вплив - це обмежити час впливу та збільшити відстань від джерела.

Резюме

Види випромінювання відрізняються своєю здатністю проникати в матеріал і пошкоджувати тканини, причому альфа-частинки найменш проникаючі, але потенційно найбільш вражаючі, а гамма-промені найбільш проникаючі.
Два найкращих способи мінімізувати вплив - це обмежити час впливу та збільшити відстань від джерела.