|
Гамма излучение
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.
Изменение мощности дозы гамма излучения в зависимости от расстояния до источника. Расчёт уровня гамма излучения в зависимости от расстояния от источника. Чем можно облучить человека гамма излучением через бетонную стену. Расчет толщины защиты контейнера для источников гамма излучения. Гамма излучение воздействие на физические способности человека. Какое из излучений обладает набольшей проникаюшей способностью. Ослабление пучка гамма излучения веществе Москва Россия Москве. Какое излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Расчет мощности дозы гамма излучения от точечного источника. Физические механизмы поглощения гамма излучения в веществе. Реферат на тему Мощность дозы гамма излучения в помещении. Поглощение радиоактивного гамма излучения телом человека. Как зависит мощность дозы гамма излучения от расстояния. Механизмы поглощения рентгеновского и гамма излучения. Методы и средства защиты от мощного гамма излучения.
|
|
|
