Радиоактивность и виды радиоактивных распадов

Радиоактивность— способность неустойчивых ядер атомов самопроизвольно превращаться в другие, более устойчивые или стабильные ядра.

Бета-излучение (?-излучение) – это поток электронов или позитронов. ?-частицы обладают элементарным отрицательным (электрон) или положительным (позитрон) зарядом. Они возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и излучаются оттуда. ?-частицы могут проходить сквозь слой воды толщиной 1-2 см. Для защиты от ?-излучения, как правило, достаточно листа алюминия толщиной несколько миллиметров.

Альфа-излучение (?-излучение) – это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Они в 7300 раз тяжелее ?-частиц. По своей физической природе ?-частицы представляют собой ядра атома гелия: они состоят из двух протонов и двух нейтронов и, следовательно, несут два элементарных положительных электрических заряда. Защититься от них можно листом обычной бумаги. Их пробег в воздухе не превышает 11 см.

Нейтроны – нейтральные, не несущие электрического заряда частицы – при оценке радиационной аварийной обстановки могут играть существенную роль. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при реакциях деления ядер урана или плутония. Нейтроны обладают высокой проникающей способностью.

Период полураспада число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду. Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза.

Единицы радиоактивности

Мерой радиоактивности служит активность. Измеряется в Беккерелях (Бк), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или объема (Бк/куб.м).Также встречается еще такая единица активности, как Кюри (Ки). Это - огромная величина: 1 Ки = 37000000000 Бк. Активность радиоактивного источника характеризует его мощность. Так, в источнике активностью 1 Кюри происходит 37000000000 распадов в секунду.

Фотопластинка в роли детектора излучения

Как известно, фотоэмульсия представляет собой слой желатина с вкрапленными в него зернами бромистого серебра (AgBr). Под действием пролетающей частицы в эмульсии возникают ионы, причем молекулы AgBr очень неустойчивы и при ионизации разваливаются на атомы серебра и брома. Однако даже при сильном облучении число таких свободных атомов относительно невелико, и внешне облученная пластинка ничем не отличается от необлученной; точно так же и при обычном фотографировании на пластинке до ее проявления не видно никаких следов изображения. При проявлении в первую очередь начинают восстанавливаться в чистое серебро те зерна AgBr, в которых -были свободные атомы серебра. Чем более сильному облучению подверглась фотопластинка, тем больше окажется в ней зерен AgBr, содержащих свободные атомы серебра, и, стало быть, тем сильнее потемнеет она при проявле нии. Таким образом, по степени почернения фотопластинки можно судить о поглощенной энергии излучения, или, как принято говорить, о дозе поглощенного излучения. Этим свойством фотоэмульсии широко пользуются работники службы радиационной безопасности для контроля условий труда в лабораториях и на ядерно-физических установках.

Ионизационные камеры

 Одним из старых, но до сих пор широко применяемых детекторов ядерного излучения является ионизационная камера. Простейшая ионизационная камера представляет собой  замкнутый газовый объем, в котором расположены два плоско-параллельных электрода. К электродам прикладывается разность потенциалов U, создающая в рабочем объеме камеры электрическое поле напряженности Е. Здесь R - сопротивление нагрузки, с которой снимается сигнал, а C - распределенная емкость, включающая межэлектродную емкость камеры, входную емкость усилителя и емкость монтажа камеры. Заряженные частицы, проходя через рабочий объем камеры, производят ионизацию атомов газа, в результате чего вдоль пути частицы образуются электроны и положительные ионы. Под действием электрического поля Е они начинают двигаться к соответствующим электродам камеры.

118.Пропорциональные счетчики

 Конструктивно пропорциональный счётчик обычно изготавливают в форме цилиндрического конденсатора с анодом в виде тонкой металлической нити по оси цилиндра, что обеспечивает вблизи анода напряженность электрического поля значительно большую, чем в остальной области детектора. При разности потенциалов между анодом и катодом 1000 вольт напряжённость поля вблизи нити-анода может достигать 40 000 вольт/см., в то время как у катода она равна сотням в/см.

Если ещё больше увеличить разность потенциалов между анодом и катодом и увеличить коэффициент газового усиления до значений >104, то начинает нарушаться пропорциональность между потерянной частицей в детекторе энергией и величиной импульса тока. Прибор переходит в режим ограниченной пропорциональности и уже не может быть использован как спектрометр, а лишь как счётчик частиц.

Временное разрешение пропорционального счетчика может достигать10-7с.

Пропорциональные счетчики используются для регистрации альфа-, бета-частиц, протонов, гамма-квантов и нейтронов.

Полупроводниковые детекторы

Газонаполненные детекторы имеют два недостатка. Во-первых, плотность газа низка и энергия, теряемая частицей в объёме детектора мала, что не позволяет эффективно регистрировать высокоэнергичные и слабоионизующие частицы. Во-вторых, энергия, необходимая для рождения пары электрон-ион в газе велика (30-40 эВ), что увеличивает относительные флуктуации числа зарядов и ухудшает энергетическое разрешение. Значительно более удобными в этом плане являются детекторы с твёрдотельной рабочей средой. Наибольшее распространение получили полупроводниковые детекторы из кристаллов кремния (плотность 2.3 г/см3) и германия (5.3 г/см3). В полупроводниковом детекторе определенным образом создается чувствительная область, в которой нет свободных носителей заряда. Попав в эту область, заряженная частица вызывает ионизацию, соответственно в зоне проводимости появляются электроны, а в валентной зоне - дырки. Под действием напряжения, приложенного к напылённым на поверхность чувствительной зоны электродам, возникает движение электронов и дырок, формируется импульс тока. К полупроводниковому кристаллу прикладывается напряжение до нескольких кВ, что обеспечивает сбор всех зарядов, образованных частицей в объёме детектора.