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 л10 -8 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.

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 г кванта равна разности энергий Де состояний, между которыми происходит переход.Возбужденное состояние Е2 hн Основное состояние ядра Е1 Испускание ядром г-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 р0- 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 межзвзном 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 г-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 г-кванта одним из электронов атома, причм энергия г-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 г-квантов 100 кэв на тяжелых элементах Pb, U. При комптон-эффекте происходит рассеяние г-кванта на одном из электронов, слабо связанных в атоме.

В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте г-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 г-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 hн. Поэтому при hн 10 Мэв основным процессом в любом веществе оказывается образование пар. 100 50 0 0,1 0,50 Энергия г-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 II0e-м0x Здесь м0 линейный коэффициент поглощения гамма-излучения.

Иногда вводят массовый коэффициент поглощения, равный отношению м0 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 тврдых 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 г-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 счт 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.