Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение - это форма энергии, излучаемой химическими элементами или соединениями, которые имеют нестабильный электрический заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным. Испускаемые электрически заряженные частицы известны как альфа-частицы, бета-частицы или гамма-лучи, и каждый тип излучения имеет различные характерные эффекты. Некоторые тяжелые элементы в природе естественным образом производят эти эффекты, такие как уран, торий и радий, и наличие или близость этих материалов по отношению к организму человека может быть вредной для здоровья человека. Это связано с тем, что ионизирующее излучение существует в целом по спектру излучения, где оно отвечает за гораздо более высокие уровни излучения энергии, чем неионизирующее излучение, такое как излучение радиоволн.

Формы неионизирующего излучения, которые считаются относительно безопасными при контролируемом воздействии, включают в себя волны видимого света, микроволновую энергию и инфракрасный свет, такие как использование тостера для нагрева хлеба. Эти формы излучения имеют чрезвычайно большую длину волны по сравнению с ионизирующим излучением и либо быстро теряют мощность с расстояния, либо могут легко отражаться от поверхности. Опасность воздействия ионизирующего излучения в значительной степени связана с высокочастотными волнами, которые он переносит, которые могут в некоторой степени проникать в большинство материалов и изменять их химическую структуру, разрушая нормальные химические связи.

Типы ионизирующих излучений, которые обычно встречаются, имеют различные уровни выделения энергии. Типичный процесс ионизации для одного атома или молекулы выделяет 33 электрон-вольт энергии в окружающую область, что достаточно для разрыва большинства типов химических связей. Этот уровень высвобождения энергии считается особенно важным, поскольку он способен разрушать связи между атомами углерода, на которых основаны все формы жизни на Земле.

Эмиссия альфа-частиц, в которой участвуют два протона и два нейтрона, производится такими радиоактивными элементами, как радон, плутоний и уран. Они являются частицами ионизирующего излучения с самой большой массой, и это означает, что они не могут далеко пройти, пока их не остановит барьер. Им не хватает энергии, чтобы проникнуть во внешние слои кожи человека, но при попадании в организм через воздух или воду они могут вызвать рак.

Излучение бета-частиц происходит от свободных частиц в атомном ядре, которые напоминают электроны. Эти частицы имеют гораздо меньшую массу, чем альфа-частицы, и поэтому могут путешествовать дальше. Они также производятся редкими элементами, такими как изотопы стронция, цезия и йода. Воздействие ионизирующей радиации от бета-частиц может быть серьезным в больших дозах, приводя к смерти, и они являются одним из главных компонентов радиоактивных выпадений при детонации ядерного оружия. В небольших количествах они полезны для лечения рака и медицинской визуализации. Эти частицы также полезны в археологических исследованиях, так как нестабильные элементы углерода, такие как углерод-14, могут использоваться для датирования остатков ископаемых.

Гамма-ионизирующее излучение создается гамма-фотонами, которые часто испускаются из нестабильных атомных ядер наряду с бета-частицами. Хотя они являются типом фотона, который переносит энергию света, как нормальный видимый свет, гамма-фотон имеет в 10 000 раз больше энергии, чем стандартный фотон белого света. Эти выбросы не имеют массы, как альфа-частицы, и они могут путешествовать на огромные расстояния, прежде чем потерять свой энергетический заряд. Хотя гамма-лучи часто классифицируются с помощью рентгеновских лучей, они испускаются атомным ядром, тогда как рентгеновские лучи испускаются электронными оболочками вокруг атома.

Правила ионизирующего излучения строго ограничивают уровни воздействия гамма-излучения, хотя они естественным образом встречаются на низких уровнях и вырабатываются изотопом калия-40, который содержится в почве, воде и продуктах с высоким содержанием калия. Промышленное использование гамма-излучения включает в себя практику рентгенографии для картирования трещин и пустот в сварных деталях и металлических композитах, таких как высокоскоростные турбины реактивных двигателей для самолетов. Излучение от гамма-лучей на сегодняшний день считается самой опасной формой облучения живых существ в больших дозах, и постулируется, что, если бы звезда гамма-излучения на расстоянии 8000 световых лет от Земли взорвалась, она могла бы уничтожить половину Озоновый слой Земли, что делает воздействие ионизирующего излучения нашего Солнца гораздо более вредным для здоровья человека.