Гамма-излучение

30 ноября 2021

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c2/gamma_decay.svg/220px-gamma_decay.svg.png Гамма – излучение (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.Относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.

Что такое гамма-излучение

Гамма-излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов).Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма – и рентгеновским излучением не определена.На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий.В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению.С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (см. Изомерный переход; энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях, при взаимодействиях и распадах элементарных частиц (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение, Тормозное излучение).Энергия гамма-квантов, возникающих при переходах между возбуждёнными состояниями ядер, не превышает нескольких десятков МэВ.Энергии гамма-квантов, наблюдающихся в космических лучах, могут превосходить сотни ГэВ.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом в 1900 году при исследовании излучения радия.Три компонента ионизирующего излучения радия-226 (в смеси с его дочерними радионуклидами) были разделены по направлению отклонения частиц в магнитном поле: излучение с положительным электрическим зарядом было названо α-лучами, с отрицательным — β-лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название γ-лучей.Впервые такая терминология была использована Э.Резерфордом в начале 1903 года.В 1912 году Резерфорд и Эдвард Андраде доказали электромагнитную природу гамма-излучения.

Возникновение гамма-излучения

Источниками излучения в гамма-диапазоне являются различные процессы.Во вселенной существуют объекты, в которых происходят реакции.Результатом этих реакций является космическое гамма-излучение.

Основные источники гамма-лучей — это квазары и пульсары.Ядерные реакции с массивным выделением энергии и гамма-излучения также происходят в процессе преобразования звезды в сверхновую.

Гамма электромагнитное излучение возникает при различных переходах в области атомной электронной оболочки, а также при распаде ядер некоторых элементов.Среди источников гамма-лучей можно также назвать определённую среду с сильным магнитным полем, где элементарные частицы тормозятся сопротивлением этой среды.

Опасность гамма-лучей

В силу своих свойств радиация гамма – спектра обладает очень высокой проникающей способностью.Чтобы её задержать, нужна свинцовая стена толщиной не менее пяти сантиметров.

Кожные покровы и прочие защитные механизмы живого существа не являются препятствием гамма-излучению.Оно проникает прямо в клетки, оказывая разрушительное воздействие на все структуры.Облучённые молекулы и атомы вещества сами становятся источником излучения и провоцируют ионизацию других частиц.

В результате этого процесса из одних веществ получаются другие.Из них составляются новые клетки с другим геномом.Ненужные при строительстве новых клеток остатки старых структур становятся токсинами для организма.

Наибольшая опасность радиационных лучей для живых организмов, получивших дозу радиации, в том, что они не способны ощущать наличие в прострaнcтве этой cмepтельной волны.А также в том, что у живых клеток нет никакой специфической защиты от разрушительной энергии, которую несёт гамма ионизирующее излучение.Наибольшее влияние этот вид радиации оказывает на состояние пoлoвых клеток, несущих молекулы ДНК.

Разные клетки организма по-разному ведут себя в гамма-лучах, и обладают разной степенью устойчивости к воздействию этого вида энергии.Однако ещё одним свойством гамма-излучения является кумулятивная способность.

Однократное облучение небольшой дозой не наносит непоправимого разрушительного воздействия на живую клетку.Именно поэтому радиационным излучениям нашлось применение в науке, медицине, промышленности и других областях человеческой деятельности.

Области применения гамма-лучей

Даже cмepтоносным лучам пытливые умы учёных нашли сферы применения.В настоящее время гамма-излучение используется в различных отраслях промышленности, идут на благо науки, а также успешно применяются в различных медицинских приборах.

Способность изменять структуру атомов и молекул оказалась на благо при лечении тяжёлых заболеваний, разрушающих организм на клеточном уровне.

Для лечения онкологических новообразований гамма-лучи незаменимы, так как способны разрушить аномальные клетки, и прекратить их стремительное деление.Иногда остановить аномальный рост раковых клеток невозможно ничем, тогда на помощь приходит гамма-излучение, где клетки уничтожаются полностью.

Применяется гамма ионизирующее излучение для уничтожения патогенной микрофлоры и различных потенциально опасных загрязнений.В радиоактивных лучах стерилизуют медицинские инструменты и приборы.Также данный вид радиации применяется для обеззараживания некоторых продуктов.

Гамма-лучами просвечивают различные цельнометаллические изделия для космической и других отраслей промышленности с целью обнаружения скрытых дефектов.В тех областях производства, где необходим предельный контроль за качеством изделий, этот вид проверки просто незаменим.

При помощи гамма-лучей учёные измеряют глубину бурения, получают данные о возможности залегания различных пород.Гамма-лучи могут быть использованы и в селекции.Строго дозированным потоком облучаются определённые отобранные растения, чтобы получить нужные мутации в их геноме.Таким способом селекционеры получают новые породы растений с нужными им свойствами.

С помощью гамма-потока определяются скорости космических аппаратов и искусственных спутников.Посылая лучи в космическое прострaнcтво, учёные могут определить расстояние и смоделировать путь космического аппарата.

Гамма-лучи и рентгеновское излучение в медицине

Гамма-лучи — это фотоны, освобождающиеся при распаде атомных ядер радиоактивных изотопов, например цезия (l37Cs), кобальта (60Со).Рентгеновское излучение представляет собой фотоны, образовавшиеся в электрическом поле в результате бомбардировки электронами мишени, например, из вольфрама (таков принцип работы линейного ускорителя).Когда быстро летящие электроны приближаются к ядру вольфрама достаточно близко, они притягиваются к нему и изменяют траекторию движения.Изменение направления вызывает замедление движения, и кинетическая энергия переходит в фотоны тормозного рентгеновского излучения.Фотоны этого излучения имеют различный диапазон энергии, от нуля до максимума, который зависит от кинетической энергии бомбардирующих электронов.Такие аппараты, как бетатрон и линейный ускоритель, генерируют электроны с высокой кинетической энергией и поэтому продуцируют рентгеновское излучение с высокой энергией.В дополнение к фотонам тормозного излучения образуются характеристические фотоны, т.к.атомы стремятся заполнить образовавшиеся свободные электронные орбитали.Гамма-лучи и рентгеновские лучи можно собирательно назвать фотонами; для лечебных целей больший интерес представляютзначения энергии, способы подведения фотонов к мишени, но не их источники.

Взаимодействие фотонов гамма-лучей и рентгеновского излучения

Следующие шесть механизмов лежат в основе взаимодействия фотонов с веществом:

    1) комптоновское рассеяние; 2) фотоэлектрическое поглощение; 3) образование пар; 4) образование триплетов; 5) фотохимический распад; 6) когерентное рассеяние (без передачи энергии).

виды взаимодействия фотонов

Эффект Комптона

Эффект Комптона — основной механизм взаимодействия фотонов с веществом, который используется в современной лучевой терапии (ЛТ).Когда фотон пучка линейного ускорителя взаимодействует с электронами внешних атомных орбиталей, часть энергии фотона передается электрону в виде кинетической энергии.Фотон изменяет направление движения, его энергия уменьшается.Выброшенный электрон летит и, отдавая энергию, выбивает другие электроны.Результатом такого запуска и развития эффекта накопления при облучении пучками фотонов с большой энергией, измеряемой в мегавольтах, служит низкий повреждающий эффект кожи, т.к.в поверхностных тканях при этом происходят минимальные изменения.Старые модели аппаратов не обеспечивали подобную защиту кожных покровов.

Фотоэлектрический эффект

Фотоэлектрический эффект наблюдается при более низких энергиях и используется в аппаратах, применяющихся в диагностической рентгенологии.При этом взаимодействии налетающий фотон полностью поглощается электроном внутренней оболочки, и последний вылетает с кинетической энергией, равной энергии фотона за вычетом энергии, затраченной на соединение с ним.Электрон внешней оболочки «проваливается» на освободившееся место.Поскольку этот электрон меняет орбиту, приближаясь к ядру, его энергия уменьшается, а избыток освобождается в виде фотона, который называют характеристическим.При образовании пар фотоны с энергией более 1,02 МэВ взаимодействуют с сильным электрическим полем ядра и теряют всю энергию столкновения.Энергия столкновения фотона переходит в вещество в форме позитрон-электронной пары.Если это происходит в поле электронной орбитали, то образуется три частицы и такое взаимодействие называют формированием триплета.И последнее, при фотохимическом распаде фотон с большой энергией влетает в ядро и выбивает нейтрон, протон или а-частицу.Это явление указывает на необходимость создания защиты при установке линейных ускорителей, дающих энергию более 15 МэВ.

действие радиации на днк

Способы защиты

Земля обладает естественным механизмом защиты от космической радиации, это озоновый слой и верхние слои атмосферы.

Те лучи, которые, обладая огромными скоростями, проникают в защищённое прострaнcтво земли, не причиняют большого вреда живым существам.Наибольшую опасность представляют источники и гамма-радиация, полученная в земных условиях.

Самым главным источником опасности радиационного заражения остаются предприятия, где под контролем человека осуществляется контролируемая ядерная реакция.Это атомные электростанции, где производится энергия для обеспечения населения и промышленности светом и теплом.

Для обеспечения работников этих объектов принимаются самые серьёзные меры.Трагедии, произошедшие в разных точках мира, из-за утраты человеком контроля за ядерной реакцией, научили людей быть осторожными с невидимым врагом.

Защита работников электростанций

На предприятиях ядерной энергетики и производствах, связанных с использованием гамма-излучения, строго ограничивается время контакта с источником радиационной опасности.

Все сотрудники, имеющие служебную необходимость контактировать или находиться вблизи источника гамма-излучения, используют специальные защитные костюмы и проходят несколько ступеней очистки перед тем, как вернуться в «чистую» зону.

Для эффективной защиты от гамма-лучей используются материалы, обладающие высокой прочностью.К ним относятся свинец, высокопрочный бетон, свинцовое стекло, определённые виды стали.Эти материалы применяются в сооружении защитных контуров электростанций.

Элементы из этих материалов используются при создании противорадиационных костюмов для сотрудников электростанций, имеющих допуск к источникам радиации.

В так называемой «горячей» зоне свинец нагрузки не выдерживает, так как его температура плавления недостаточно высока.В области, где протекает термоядерная реакция с выделением высоких температур, используются дорогие редкоземельные металлы, например вольфрам и тантал.

Все люди, имеющие дело с гамма-излучением, обеспечиваются индивидуальными измерительными приборами.

Ввиду отсутствия естественной чувствительности к радиации, человек может воспользоваться дозиметром, чтобы определить, какую дозу радиации он получил за определённый период.

Нормальной считается доза, не превышающая 18-20 микрорентген в час.Ничего особенно страшного не произойдёт при облучении дозой до 100 микрорентген.Если человек получил такую дозу, могут проявиться последствия через две недели.

При получении дозы в 600 рентген человеку грозит cмepть в 95% случаев в течение двух недель.Доза в 700 рентген cмepтельна в 100% случаев.

Из всех видов радиации именно гамма-лучи несут наибольшую опасность для человека.К сожалению, вероятность радиационного заражения существует для каждого.Даже находясь вдали от промышленных предприятий, производящих энергию посредством расщепления атомного ядра, можно подвергнуться опасности облучения.

Источники:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гамма-излучение

https://detdom-vidnoe.ru/for_parents/17978.php

https://meduniver.com/Medical/onkologia/gamma-luchi_i_rentgenovskoe_izluchenie.html


Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]