Ионизирующее излучение: понятие, природа и свойства
Рентгеновская трубка - двухэлектродный вакуумный прибор, в основе работы которого лежит явление термоэлектронной эмиссии. Механизм образования, спектры тормозного и характеристического излучений. Определение и основные характеристики радиоактивности.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 21.09.2017 |
Размер файла | 18,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Ионизирующие излучения - все излучения, которые при действии на вещество непосредственно вызывают его ионизацию.
Виды ионизирующих излучений:
1. Коротковолновое ультрафиолетовое
2. Рентгеновское излучение
3. Радиоактивные излучения:
a. Альфа-излучение.
b. Бэтта-излучение.
c. Гамма-излучение.
d. Нейтронные излучения.
Рентгеновское излучение - коротковолновое электромагнитное излучение, которое на шкале ЭМВ расположено между ультрафиолетовыми и гамма-лучами.
Виды рентгеновского излучения:
1. по длине волны и проникающей способности:
a. мягкое (длина волны больше, чем у жесткого, а проникающая способность меньше),
b. жёсткое.
2. по механизмам излучения и спектрам:
a. тормозное,
b. характеристическое.
Все виды рентгеновского излучения можно получить с помощью рентгеновской трубки. Рентгеновская трубка - двухэлектродный вакуумный прибор, в основе работы которого лежит явление термоэлектронной эмиссии:
Электрические токи разогревают катод, и он испускает электроны. Вылетевшие электроны образуют электронное облако у катода. Электроны летят к аноду. У анода происходит их взаимодействие с атомарным электроном и веществом анода, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Анод выполняется из тугоплавких теплопроводных металлов с высокой молекулярной массой (например, вольфрама). Применяется специальное охлаждение анода водой, маслом, либо используется технология «вращающегося анода».
Механизм образования и спектры тормозного и характеристического излучений.
Тормозное рентгеновское излучение - излучение, которое образуется при торможении быстрых электронов атомарным электрическим полем анода (полем атомарных электронов).
Теория Максвелла: вокруг движущихся заряженных частиц существует электрическое и магнитное поле. Когда скорость электронов уменьшается, уменьшается и индукция магнитного поля, следовательно, в пространстве происходит цепочка взаимосвязанных изменений электрического и магнитного полей, т.е. порождается электрическая волна.
В рамках закона превращения энергии: при тормозном излучении уменьшающаяся кинетическая энергия электронов переходит в энергию электромагнитного излучения, а также внутреннюю энергию атомов анода, вызывая его нагревание:
,
где е - заряд электрона; U - напряжение между катодом и анодом; Q - выделяющееся на аноде тепло; eU - энергия ускоренного электрона.
Соотношение между слагаемыми случайно, следовательно, при торможении большого числа электронов образуется радиоактивное излучение различных длин волн.
Зависимость потока рентгеновского излучения от его длины волны - спектр рентгеновского излучения. .
Спектр тормозного радиоактивного излучения непрерывный (сплошной). Этот спектр имеет чёткую границу со стороны коротких волн, так как энергия фотона радиоактивного излучения меньше энергии ускоренного электрона. Определить эту границу можно из условия перехода всей энергии электрона в энергию фотона (Q = 0).
Характеристики спектра можно получить двумя способами:
1. Изменить напряжение на трубке (между анодом и катодом),
2. Изменить температуру накала катода.
Увеличение напряжения на трубке вызовет два эффекта: 1) увеличатся скорость и энергия электрона, следовательно, увеличится число квантов тормозного излучения, следовательно, произойдёт изменение спектральных свойств излучения в сторону увеличения жёсткости (коротковолновая граница сместится в область меньших длин волн). 2) увеличится число электронов из электронного облака вокруг катода, которые достигнут анода, следовательно, произойдёт возрастание потока энергии тормозного излучения.
Увеличение температуры накала катода вызовет увеличение эмиссии электронов, следовательно, увеличится поток излучения без изменения спектрального состава.
Характеристическое рентгеновское излучение: увеличение напряжения между катодом и анодом => электрон в поле трубки сильнее ускорится и приобретёт большую энергию => электрон преодолевает отталкивание поля атомарных электронов анода и проникает внутрь атома => внутри атома электрон выбивает новый электрон из внутреннего слоя. На место выбитого электрона обязательно переходит электрон из более удалённого от ядра слоя. Так как энергия внешних электронов больше, чем энергия внутренних электронов, то избыток энергии высвечивается в виде кванта электромагнитного излучения.
Характеристическое рентгеновское излучение всегда образуется при возникновении свободного места в одном из внутренних электронных слоёв атома.
Распределение электронных слоёв определено, следовательно, спектр характеристического излучения дискретный (линейный). Внутренние электронные слои атомов заполнены, а значит одинаковы у атомов разных элементов, следовательно, особенности характеристических рентгеновских спектров атомов сравнимы с относительными атомными спектрами.
Характеристические спектры различных элементов однотипны по форме и отличаются лишь положением на оси длины волн. С увеличением порядкового номер испускаемого электрона (в трубке - вещество анода) спектры сдвигаются в сторону меньших длин волн (в зону больших частот). Причина сдвига - усиление влияния ядра на электронные оболочки.
Закон Мозли:
,
где А и В - постоянные, учитывающие взаимное расположение электронных слоёв и влияние ближних к ядру электронов.
Характеристический спектр элемента не зависит от того, в какие химические соединения он входит.
Радиоактивность - самопроизвольный распад атомных ядер с образованием новых дочерних ядер и различных излучений.
Естественный распад - свойственен неустойчивым ядрам, существующим в природе.
Искусственный распад - свойственен ядрам, возникающим при ядерных реакциях.
Протекание процесса радиоактивного распада во времени описывает основной закон радиоактивного распада:
,
где N - число целых ядер, dN - изменение числа N за промежуток времени dt, - постоянная распада, «-» - со временем число ядер уменьшается.
Число ядер уменьшается тем сильнее, чем дольше идёт распад и чем больше подвержено распаду ядер.
Окончательный вид:
.
В процессе радиоактивного распада число материнских ядер уменьшается по экспоненциальному закону.
Количественные характеристики радиоактивного распада:
Постоянная распада - . Пусть t - время релаксации, т.е. среднее время жизни изотопа. За это время по определению число ядер уменьшится в e раз.
Физический смысл: постоянная распада обратна времени релаксации. Чем больше постоянная распада, тем меньше время релаксации и тем быстрее идёт распад, независимо от исходного количества ядер. Постоянная распада - характеристика способности ядра к распаду или вероятности распада ядра. Для различных веществ постоянная распада различна. А процесс распада - статистический процесс. Период полураспада () - время, за которое распадётся половина от исходного количества ядер. Связь между постоянной распада и периодом полураспада:
Чем больше постоянная распада, тем меньше период полураспада ядер у данного вещества.
Активность (А) - скорость распада, т.е. число ядер, распадающихся в единицу времени.
Внесистемные ед.: 1 Рд = 106 Бк (резерфорд); 1 Ки = 3,7 . 1010 Бк (кюри).
Связь между активностью и другими единицами:
,
где А0 - исходная активность.
Активность уменьшается во времени по экспоненциальному закону.
Активность тем выше, чем больше число радиоактивных ядер и чем меньше период полураспада.
Удельная массовая активность - активность единицы массы вещества.
Удельная объёмная активность - активность единицы объёма вещества.
Основные характеристики микрочастиц.
Элементарные частицы и атомные ядра принято характеризовать зарядом и массой, выраженных в элементарных единицах.
В состав атома входят протоны (р), нейтроны (n) и электроны (е). Протоны и нейтроны - нуклоны. Заряды: протона 1, нейтрона 0, электрона -1. Массы: протона 1, нейтрона 1, электрона 0.
Позитрон (антиэлектрон) не входит в состав элемента, но образуется при позитронном распаде. Его заряд 1, масса 0.
Заряд ядра равен числу протонов в ядре и определяется порядковым номером элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева (Z).
Масса ядра равна сумме числа протонов и числа нейтронов в ядре (общему числу нуклонов) - массовое число (А).
Излучения, образующиеся при радиоактивном распаде.
Альфа-излучение - имеет корпускулярную природу, состоит из быстродвижущихся альфа-частиц - ядер атома гелия. Характеристики альфа-частицы: Z = 2, A = 4, образуется при альфа-распаде.
Электронное излучение () - имеет корпускулярную природу, состоит из быстродвижущихся -частиц (электронов), образующихся при -распаде.
Позитронное излучение () - имеет корпускулярную природу, состоит из быстродвижущихся -частиц (позитронов), образующихся при -распаде.
Гамма-излучение - имеет электромагнитную (волновую) природу, может сопровождать как альфа-, так и бэтта-распад.
Элементарная частица нейтрино (). Характеристики: заряд 0, масса 0. Образуется при позитронном распаде.
Элементарная частица антинейтрино (). Характеристики: заряд 0, масса 0. Отличается от нейтрино направлением спина. Образуется при электронном распаде.
Характерное рентгеновское излучение сопровождает электронный захват.
Альфа-распад - превращение ядра одного элемента в ядро другого элемента с испусканием альфа-частицы. Х - материнское ядро, У - дочернее ядро.
Дочернее ядро может образовываться в возбуждённой системе, затем энергия возбуждения высвечивается в виде гамма-фотонов.
Бэтта-распад - внутриядерное взаимное превращение нейтрона и протона с возможностью возникновения гамма-излучения.
Электронный распад - в ядре происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино.
Дочернее ядро имеет ту же массу, но на 1 э.е. больше заряд.
Позитронный распад - в ядре происходит превращение протона в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино.
.
Дочернее ядро имеет ту же массу, но на 1 э.е. меньше заряд.
Электронный захват - ядро захватывает электрон с одной из внутренних орбит атома.
Вакансия во внутреннем слое сразу заполняется электроном из более удалённого слоя, возникает характерное рентгеновское излучение. Масса ядра не изменяется, а заряд уменьшается на 1 э.е.
радиоактивность рентгеновский термоэлектронный излучение
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Вакуум - состояние газа при давлении, меньшем атмосферного. Открытие Эдисоном явления, получившего название термоэлектронной эмиссии. Явление термоэлектронной эмиссии и его применение. Появление электронных ламп разнообразных устройств. Вакуумный триод.
реферат [219,1 K], добавлен 19.12.2008Природа и источники ионизирующего излучения, его физические свойства, воздействие на окружающую среду и гигиеническое нормирование. Наведенная радиоактивность, радиоактивный распад. Методы измерения ионизирующих излучений и измерительная техника.
курсовая работа [582,7 K], добавлен 28.01.2014Строение вещества, виды ядерных распадов: альфа-распад, бета-распад. Законы радиоактивности, взаимодействие ядерных излучений с веществом, биологическое воздействие ионизирующего излучения. Радиационный фон, количественные характеристики радиоактивности.
реферат [117,7 K], добавлен 02.04.2012История открытия рентгеновского излучения. Источники рентгеновских лучей, их основные свойства и способы регистрации. Рентгеновская трубка, ускорители заряженных частиц. Естественная и искусственная радиоактивность. Применение рентгеновского излучения.
презентация [427,3 K], добавлен 28.11.2013Вакуум - состояние газа при давлении меньше атмосферного. Поток электронов в вакууме как разновидность электрического тока. Явление термоэлектронной эмиссии, его применение. Вакуумный диод (двухэлектродная лампа). Вольтамперная характеристика диода.
реферат [187,2 K], добавлен 24.10.2008Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц; газоразрядный счетчик Гейгера и камера Вильсона. Открытие радиоактивности; исследование альфа-, бета- и гамма-излучения. Рассмотрение биологического действия радиоактивных излучений на живые организмы.
презентация [2,2 M], добавлен 03.05.2014Характеристика и свойства теплового, люминесцентного и электро- и катодолюминесцентного излучений. Метод исследования химического состава различных веществ по их линейчатым спектрам испускания или поглощения (спектральный анализ). Основные виды спектров.
презентация [10,4 M], добавлен 21.05.2014Физические основы дозиметрии ионизирующих излучений. Основные понятия и величины клинической дозиметрии. Формирование дозного поля в зависимости от вида и источника излучения. Профессиональные обязанности лучевого терапевта. Понятие поглощенной энергии.
презентация [63,4 K], добавлен 06.05.2013Инфракрасное излучение: понятие, свойства, источник. Особенности стерилизации пищевых продуктов. Ультрафиолетовое излучение, отрицательное действие. Рентгеновские лучи: общее понятие, применение в медицине. Свойства рентгенотелевизионных интроскопов.
презентация [428,5 K], добавлен 04.08.2014Понятие и свойства радиоактивных излучений, их ионизирующая и проникающая способности. Особенности взаимодействия излучений с живым организмом. Важность экологических проблем, связанных с защитой природы и человека от действия ионизирующих излучений.
методичка [210,8 K], добавлен 30.04.2014Экспериментальное наблюдение характеристического излучения атома натрия в возбуждённом состоянии - в процессе горения; определение длины волны и энергетического уровня перехода наружного электрона, которым обусловлен характеристический цвет излучения.
практическая работа [13,7 K], добавлен 07.12.2010Метрология ионизирующих излучений и точность дозиметрических методов. Дозы и их характеристики, эквивалент поглощения. Единицы измерений физических величин. Основные методы дозиметрии: биологические, физические, химические, ионизационные и люминисцентные.
презентация [313,6 K], добавлен 12.02.2015Электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Спектр видимого излучения. Основные спектральные цвета. Открытие ультрафиолетового и инфракрасного излучений. Характеристики границ видимого излучения. Диапазон длин волн спектральных цветов.
презентация [143,3 K], добавлен 05.09.2013Особенности работы детекторов на основе щелочно-галоидных кристаллов для регистрации рентгеновского и мягкого гамма-излучения, пути ее оптимизации. Анализ методик, позволяющих значительно улучшить сцинтилляционные характеристики регистраторов излучений.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 16.12.2012Понятие и классификация радиоактивных элементов. Основные сведения об атоме. Характеристики видов радиоактивного излучения, его проникающая способность. Периоды полураспада некоторых радионуклидов. Схема процесса индуцированного нейтронами деления ядер.
презентация [5,0 M], добавлен 10.02.2014Понятие, свойства и источник инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского излучения. Положительные и отрицательные воздействия ультрафиолетового излучения. Свойства, функции и применение рентгеновских лучей в медицине, аэропортах и промышленности.
презентация [221,7 K], добавлен 26.01.2011Моделирование параметрического рентгеновского излучения релятивистского электрона в геометрии рассеяния Лауэ. Исследование влияния асиметрии на угловую плотность дифрагированного переходного излучения. Спектрально-угловые характеристики излучений.
реферат [1,4 M], добавлен 22.06.2014Источники и свойства инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Характеристики границ видимого излучения. Положительные и отрицательные воздействия ультрафиолетового излучения. Функции и применение рентгеновских лучей в медицине.
презентация [398,7 K], добавлен 03.03.2014Диапазон шкалы электромагнитных волн, особенности ее спектра (полоса частот). Скорость света, основные виды радиоволн. Излучение как поток квантов - фотонов, распространяющихся со скоростью света. Инфракрасное, световое и рентгеновское излучение.
презентация [635,5 K], добавлен 10.04.2014Тепловое излучение как электромагнитное излучение, которое возникает за счет энергии вращательного и колебательного движения атомов и молекул в составе вещества. Основные характеристики и законы этого явления. Излучение реальных тел и тела человека.
презентация [262,0 K], добавлен 23.11.2015