Понятие об энергии и проникающей способности радиоактивного излучения

Представление об энергии α-частиц, испускаемых ядрами радиоактивных элементов, можно получить, измерив длину их пробега в веществе.

Выброшенные из ядер с огромной начальной скоростью (до 20 000 км/с) α-частицы растрачивают энергию на ионизацию встречающихся на пути атомов вещества и останавливаются. В воздухе при нормальных условиях α-частицы образуют в среднем примерно 50 000 пар ионов на 1 см пути.

Чем больше энергия α-частицы, тем больше и ее длина пробега. Длину пробега α-частиц удобно изучать с помощью камеры Вильсона. Энергия α-частиц, испускаемых ядрами при естественной радиоактивности, лежит в пределах от 4 до 9 МэВ (1 МэВ = 10⁶ эВ). Если длина пробега α-частиц в воздухе составляет от 2 до 12 см, то в твердых веществах и жидкостях — лишь несколько микрометров. Поэтому α-частицы задерживаются тонкой металлической фольгой и даже просто листом бумаги.

Длину пробега α-частиц в воздухе можно определить с помощью спинтарископа (рис. 37.6). Спинтарископ состоит из люминесцирующего экрана, иглы с радиоактивным препаратом и лупы. Через лупу наблюдают сцинтилляции, создаваемые α-частицами на экране. Отодвигая иглу от экрана, добиваются исчезновения сцинтилляций. Тогда расстояние от иглы до экрана можно считать максимальной длиной пробега α-частиц. С помощью спинтарископа удалось установить, что в одном грамме радия ежесекундно распадается 3,7*10¹⁰ атомных ядер.

Число распадов в единицу времени характеризует активность различных радиоактивных препаратов. В СИ за единицу активности принята активность препарата, в котором за 1 с распадается одно атомное ядро (1 расп. /с).  На практике часто используются единицы активности кюри и резерфорд.

Кюри (Ки) называется активность препарата, в котором за 1 с распадается 3,7*10¹⁰ атомных ядер: 1 Ки=3,7*10¹⁰ расп. /с.  Таким образом, активность 1 г радия составляет 1 Ки.

Резерфордом (Рд) называется активность, соответствующая 10⁶ расп. /с: 1 Рд = 10⁶ расп. /с

Скорости электронов в β-лучах доходят почти до скорости света, а их энергия колеблется в широких пределах: примерно от 0,01 до 2,3 МэВ. Длина пробега электронов в веществе значительно больше, чем α-частиц, так как электроны создают значительно меньше ионов на своем пути и не так быстро растрачивают свою энергию; в воздухе при нормальном давлении β-частицы создают в среднем около 50 пар ионов на 1 см пути. Чтобы задержать β-излучение, нужен слой металла толщиной около 3 мм.

Энергия γ-квантов изменяется примерно от 0,02 до 2,6 МэВ. Проникающая способность γ-лучей значительно больше, чем рентгеновских. Для поглощения наиболее жестких γ-лучей требуется слой свинца толщиной более 20 см. Интенсивность γ-лучей изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника излучения.

Интенсивность облучения рентгеновскими и γ-лучами определяется поглощенной веществом энергией радиации. За единицу поглощения радиации принимается рентген (Р). 1 Р соответствует радиационной энергии, поглощение которой в 1 см³ воздуха при нормальных условиях создает ионы с общим зарядом каждого знака в 1/(3*10⁹) Кл. При кратковременном облучении человека доза в 20—50 Р вызывает изменения в крови, доза в 100—250 Р вызывает лучевую болезнь, доза в 600 Р смертельна.