Гамма-излучение

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ

Гамма-излучение (г-излучение) - электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн. Приведем классификацию электромагнитных волн:

На шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует с рентгеновскими лучами, но имеет более короткую длину волны. Первоначально термин “гамма-излучение” относился к тому типу излучения радиоактивных ядер, который не отклонялся при прохождении через магнитное поле, в отличие от б- и в-излучений.

Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10-10 м. Между длиной волны л гамма-излучения и его частотой н существует то же соотношение, что и для других типов электромагнитных волн:

н·л = с (с - скорость света)

Гамма-излучение было открыто в 1910 г. Генри Брэггом. Электромагнитная природа Гамма-излучения была доказана в 1914 г. Эрнестом Резерфордом. Гамма-излучение - это коротковолновое электромагнитное излучение. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (л<10 -10 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц - гамма квантов, или фотонов, с энергией hн (н - частота излучения, h - Планка постоянная).

Частота гамма-излучения (> 3*1018 Гц) отвечает скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и с участием элементарных частиц. Поэтому источниками гамма-излучения могут быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами, в частности аннигиляция пар частица-античастица. И наоборот, гамма-излучение может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц. Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего в процессах взаимодействия частиц, дает важную информацию о структуре этих микрообъектов.

Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение).

Источниками гамма-излучения являются также процессы в космическом пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик, квазаров, сверхновых звёзд.

Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, и энергия испускаемого гамма-кванта с точностью до незначительной энергии отдачи ядра равна разности энергий этих состояний (уровней) ядра. Энергия ядерного гамма-излучения обычно лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ и спектр этого излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии состояний (уровней) ядра.

При распадах частиц и реакциях с их участием обычно испускаются гамма-кванты с бoльшими энергиями - десятки-сотни МэВ.

Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер вещества. Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.

Гамма-излучение можно получить при соударении электронов большой энергии от ускорителей с интенсивными пучками видимого света, создаваемых лазерами. При этом электрон передает свою энергию световому фотону, который превращается в гамма-квант. Аналогичное явление может иметь место и в космическом пространстве в результате соударений фотонов с большой длиной волны с быстрыми электронами, ускоренными электромагнитными полями космических объектов.

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь большие толщи вещества.

Особенности действия гамма-излучения:

1. Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.

2. Наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений.

3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

4. Генетический эффект - воздействие на потомство.

5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению.

6. Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение.

7. Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.

Основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом - фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте гамма-квант выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При комптон-эффекте гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных электронов вещества.

Если энергия гамма-кванта превышает 1.02 МэВ, то возможно его превращение в электрическом поле ядер в пару электрон-позитрон (процесс обратный аннигиляции).

Зависимость полного коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце и алюминии от энергии (сплошные линии). Поглощение за счёт фотоэффекта в алюминии пренебрежимо мало при рассматриваемых энергиях. Пунктирные линии ? отдельные вклады, вносимые в полный коэффициент поглощения фотоэффектом, комптоновским рассеянием, рождением пар для свинца.

Рисунок:

Гамма-излучение используется в технике (напр., дефектоскопия), радиационной химии (для инициирования химических превращений, напр., при полимеризации), сельском хозяйстве и пищевой промышленности (мутации для генерации хозяйственно-полезных форм, стерилизация продуктов), в медицине (стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия) и др.

Актуальной проблемой медицины и радиобиологии является изучение отдаленных последствий различных дозовых нагрузок гамма-излучения на иммунную систему организма. Риск развития отдаленных последствий облучения, в первую очередь, канцерогенных эффектов становится наиболее значимым в условиях длительного воздействия ионизирующего излучения, связанного с радиационным загрязнением больших территорий, происходящим в результате аварий на АЭС, выброса и утечки радиоактивных веществ, использования атомного оружия, применения несовершенных технологий. Все это создает реальную угрозу здоровью миллионов людей, проживающих на этих территориях. Вместе с тем, атомная энергетика продолжает развиваться, постоянно увеличивается количество людей, имеющих профессиональные контакты с ионизирующим излучением. Поэтому проблема влияния ионизирующей радиации на иммунную систему человека и в перспективе будет иметь большое практическое значение.

Применение гамма-излучения: Используется в медицине для лечения опухолей, для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных препаратов; Применяют для получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. электромагнитный излучение кванта

Так выводят высокопродуктивные сорта м/о (например, для получения антибиотиков) и растений; Находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических деталях - гамма-дефектоскопия; В радиационной химии применяется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации; Используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания; Гамма-нож - установка для стереотаксической радиохирургии патологий головного мозга.

Размещено на Allbest.ru