Сдавался
в русской школе на Кипре ( оценка 5- )
Реферат
по теме
Гамма-излучение.
Гамма-излучение
– это коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных
волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более
высоких частот. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (λ<10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженными
корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц – гамма
квантов, или фотонов, с энергией hν (ν – частота излучения, h – Планка постоянная).
Гамма- излучение возникает при распадах радиоактивных ядер, элементарных частиц, при аннигиляции пар частицы-античастица, а также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество.
Гамма-излучение,
сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из
более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в
основное. Энергия γ – кванта равна разности энергий Δε состояний, между которыми
происходит переход.
Возбужденное состояние
Е2
hν
Основное состояние ядра Е1
Испускание
ядром γ-кванта не влечет за собой
изменения атомного номера или массового числа, в отличие от других видов
радиоактивных превращений. Ширина линий гамма-излучений чрезвычайно мала (~10-2
эв). Поскольку расстояние между уровнями во много раз больше ширины линий,
спектр гамма-излучения является
линейчатым, т.е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров
гамма-излучения позволяет установить энергии возбужденных состояний ядер.
Гамма-кванты с большими энергиями испускаются при распадах некоторых
элементарных частиц. Так, при распаде покоящегося π0- мезона возникает
гамма-излучение с энергией ~70Мэв. Гамма-излучение от распада элементарных частиц также образует
линейчатый спектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто
движутся со скоростями, сравнимыми с скоростью света. Вследствие этого
возникает доплеровское уширение линии и спектр гамма-излучения оказывается
размытым в широком интервале энергий. Гамма-излучение, образующееся при
прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением
к кулоновском поле атомных ядер вещества. Тормозное гамма –излучение, также как
и тормозное рентгеноовское излучение, характерезуется сплошным спектром,
верхняя граница которого совпадает с энергией заряженной частицы, например
электрона. В ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма- излучение
с максимальной энергией до нескольких десятков Гэв.
В
межзвёзном пространстве гамма-излучение может возникать в результате соударений
квантов более мягкого длинноволнового,
электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными
магнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передает свою
энергию электромагнитному излучению и видимый свет превращается в более жесткое
гамма-излучение.
Аналогичное
явление может иметь место в земных условиях при столновении электронов большой
энергии, получаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивных
пучках света, создаваемых лазерами. Электрон передает энергию световому фотону,
который превращается в γ-квант. Таким образом, можно на практике превращать отдельные фотоны света в кванты
гамма-излучения высокой энергии.
Гамма-излучение
обладает большой проникающей способностью, т.е. может проникать сквозь большие
толщи вещества без заметного ослабления. Основные процессы, происходящие при
взаимодействии гамма-излучения с веществом, - фотоэлектрическое поглощение
(фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образавание пар
электрон-позитрон. При фотоэффекте происходит поглощение γ-кванта одним из электронов атома,
причём энергия γ-кванта
преобразуется ( за вычетом энергии связи электрона в атоме ) в кинетическую
энергию электрона, вылетающего за пределы атома. Вероятность фотоэффекта прямо
пропорциональна пятой степени атомного номера элемента и обратно пропорциональна
3-й степени энергии гамма-излучения. Таким образом, фотоэффект преобладает в
области малых энергии γ-квантов ( £100 кэв ) на тяжелых
элементах ( Pb, U).
При
комптон-эффекте происходит рассеяние γ-кванта на одном из электронов, слабо
связанных в атоме. В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте γ-квант
не исчезает, а лишь изменяет энергию ( длинну волны ) и направление
распрастранения. Узкий пучок гамма-лучей в результате комптон-эффекта
становится более широким, а само излучение - более мягким (длинноволновым ).
Интенсивность комптоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в 1см3
вещества, и поэтому вероятность этого процесса пропорциональна атомному
номеру вещества. Комптон-эффект становится заметным в веществах с малым атомным
номером и при энергиях гамма-излучения, превышвют энергию связи электронов в
атомах. Так, в случае Pb вероятность комптоновского рассеяния сравнима с вероятностью
фотоэлектрического поглощения при энергии ~ 0,5 Мэв. В случае Al комптон-эффект
преобладает при гораздо меньших энергиях.
Если
жнергия γ-кванта превышает 1,02 Мэв,
становится возможным процесс образования электрон-позитроновых пар в
электрическом поле ядер. Вероятность образования пар пропорциональна квадрату атомного номера и
увеличивается с ростом hν. Поэтому при hν
~10 Мэв основным процессом в любом
веществе оказывается образование пар.
100
50
0
0,1 0,5
1 2 5
10 50
Энергия γ-лучей ( Мэв )
Обратный
процесс аннигиляция электрон-позитронной пары является источником
гамма-излучения.
Для
характеристики ослабления гамма-излучения в веществе обычно пользуются
коэффициентом поглощения, который показывает, на какой толщине Х поглотителя
интенсивность I0 падающего пучка гамма-излучение
ослабляется в е раз:
I=I0e-μ0x
Здесь μ0 – линейный коэффициент поглощения
гамма-излучения. Иногда вводят массовый коэффициент поглощения, равный
отношению μ0 к плотности поглотителя.
Экспоненциальный
закон ослабления гамма-излучения справедлив для узкого направления пучка
гамма-лучей, когда любой процесс, как поглощения, так и рассеяния, выводит
гамма-излучение из состава первичного пучка. Однако при высоких энергиях
процесс прохождения гамма-излучения через вещество значительно усложняется.
Вторичные электроны и позитроны обладают большой энергией и поэтому могут, в
свою очередь, создавать гамма-излучение благодаря процессам торможения и
аннигиляциии. Таким образом в веществе возникает ряд чередующихся поколений
вторичного гамма-излучения, электронов и позитронов, то есть происходит
развитие каскадного ливня. Число вторичных частиц в таком ливне сначала
возрастает с толщиной, достигая максимума. Однако затем процессы поглощения
начинают преобладать над процессами размножения частиц и ливень затухает.
Способность гамма-излучения развивать ливни зависит от соотношения между его энергией
и так называемой критической энергией, после которой ливень в данном веществе
практически теряет способность развиваться.
Для
изменения энергии гамма-излучения в эксперементальной физике применяются
гамма-спектрометры различных типов, основанные большей частью на измерении
энергии вторичных электронов. Основные типы спектрометров гамма-излучения:
магнитные, сцинтиляционные, полупроводниковые, кристал-дифракционные.
Изучение
спектров ядерных гамма-излучений дает важную информацию о структуре ядер. Наблюдение
эффектов, связанных с влиянием внешней среды на свойства ядерного
гамма-излучения, используется для изучения свойств твёрдых тел.
Гамма-излучение
находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических
деталях – гамма-дефектоскопия. В радиационной химии гамма-излучение применяется
для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации.
Гамма-излучение используется в пищевой промышленности для стерилизации
продуктов питания. Основными источниками гамма-излучения служат естественные и
искусственные радиоактивные изотопы, а также электронные ускорители.
Действие
на организм гамма-излучения подобно действию других видов ионизирующих
излучений. Гамма-излучение может вызывать лучевое поражение организма, вплоть
до его гибели. Характер влияния гамма-излучения зависит от энергии γ-квантов и пространственных
особенностей облучения, например, внешнее или внутреннее. Относительная
биологическая эффективность гамма-излучения составляет 0,7-0,9. В
производственных условиях (хроническое воздействие в малых дозах) относительная
биологическая эффективность гамма-излучения принята равной 1. Гамма-излучение
используется в медицине для лечения опухолей, для стерилизации помещений,
аппаратуры и лекарственных препаратов. Гамма-излучение применяют также для
получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят
высокопродуктивные сорта микроорганизмов (например, для получения антибиотиков
) и растений.
Современные
возможности лучевой теропии расширились в первую очередь за счёт средств и
методов дистанционной гамма-теропии. Успехи дистанционной гамма-теропии
достигнуты в результате большой работы в области использования мощных
искусственных радиоактивных источников гамма-излучения (кобальт-60, цезий-137),
а также новых гамма-препаратов.
Большое
значение дистанционной гамма-теропии объясняется также сравнительной
доступностью и удобствами использования гамма-аппаратов. Последние, так же как
и рентгеновские, конструируют для статического и подвижного облучения. С
помощью подвижного облучения стремятся создать большую дозу в опухоли при
рассредоточенном облучении здоровых тканей. Осуществлены конструктивные
усовершенствования гамма-аппаратов, направленные на уменьшение полутени,
улучшение гомогенизации полей, использование фильтров жалюзи и поиски
дополнительных возможностей защиты.
Использование
ядерных излучений в растениеводстве открыло новые, широкие возможности для
изменения обмена веществ у сельскохозяйственных растений, повышение их
урожайности, ускорения развития и улучшения качества.
В
результате первых исследований радиобиологов было установлено, что ионизирующая
радиация – мощный фактор воздействия на рост, развитие и обмен веществ живых
организмов. Под влиянием гамма-облучения у растений, животных или микроорганизмов
меняется слаженный обмен веществ, ускоряется или замедляется (в зависимости от
дозы) течение физиологических процессов, наблюдаются сдвиги в росте, развитии,
формировании урожая.
Следует
особо отметить, что при гамма-облучении в семена не попадают радиоактивные
вещества. Облученные семена, как и выращенный из них урожай, нерадиоактивны.
Оптимальные дозы облучения только ускоряют нормальные процессы, происходящие в
растении, и поэтому совершенно необоснованны какие-либо опасения и предостережения
против использования в пищу урожая, полученного из семян, подвергавшихся
предпосевному облучению.
Ионизирующие
излучения стали использовать для повышения сроков хранения сельскохозяйственных
продуктов и для уничтожения различных насекомых-вредителей. Например, если
зерно перед загрузкой в элеватор пропустить через бункер, где установлен мощный
источник радиации, то возможность размножения насекомых-вредителей будет
исключена и зерно сможет храниться длительное время без каких-либо потерь. Само
зерно как питательный продукт не меняется при таких дозах облучения.
Употребление его для корма четырех поколений экспериментальных животных не
вызвало каких бы то ни было отклонений в росте, способности к размножению и
других патологических отклонений от нормы.
![]() |