Занимательная радиация

Возьмём, к примеру, одинаковые количества урана-238 и стронция-90. Одинаковые по активности, а конкретно – по миллиарду беккерелей каждого. Для урана-238 это около 80 кг, а для стронция-90 – 0,2 мг. Будет ли отличаться их опасность для здоровья? Как небо от Земли!

Рядом со слитком урана массой 80 кг можно спокойно стоять, можно даже сесть на него. Ведь почти все альфа-частицы, образующиеся в процессе распада урана, останутся внутри слитка.

А вот такое же по активности и при этом ничтожно малое по массе количество стронция-90 чрезвычайно опасно. Если человек находится рядом без средств защиты – за короткое время он получит как минимум радиационные ожоги глаз и кожи.

Знаете, на что похожа удельная активность? Тут напрашивается аналогия – скорострельность оружия. Помните, я предупреждал – вопрос об опасности долго- и короткоживущих радионуклидов – провокационный? Так оно и есть. Всё равно, что спросить: какое оружие опасней: которое делает сто выстрелов в минуту или один выстрел в час? Здесь важно и другое: калибр оружия, чем оно стреляет? И, самое главное: долетит ли пуля до цели, поразит ли её, и какие при этом будут повреждения?

Начнём с простого – с «калибра». Вы наверняка и раньше слыхали об альфа-, бета- и гамма-излучениях. Именно эти виды излучений образуются при радиоактивных распадах (вернёмся к таблице 2.1). У этих излучений имеются общие свойства – и есть различия.

Общие свойства: все три вида излучений – ионизирующие. Что это значит? Высокая энергия излучений. Настолько высокая, что при попадании в другой атом они выбивают с его орбиты электрон. Атом-мишень при этом превращается в положительно заряженный ион (вот почему излучения – ионизирующие). Именно высокая энергия отличает ионизирующие излучения от всех прочих (например, от микроволнового или ультрафиолетового).

Чтобы стало совсем понятно, представим атом. При огромном увеличении он выглядит как маковое зерно (ядро атома), окружённое тончайшей сферической плёнкой типа мыльного пузыря диаметром несколько метров (электронная оболочка).

И вот из нашего зёрнышка-радионуклида вылетает совсем крошечная пылинка (альфа- или бета-частица). Это радиоактивный распад – процесс физический. Ведь при испускании заряженной частицы заряд ядра изменяется – и образуется новый химический элемент.

А наша пылинка мчится с огромной скоростью – и врезается в электронную оболочку другого – ближайшего атома, выбивая из неё электрон. Атом-мишень, потеряв электрон, превращается в положительно заряженный ион. Но прежнего химического элемента. Такая ионизация – процесс химический: то же самое происходит с металлами при растворении в кислотах.

Вот по такой способности ионизировать атомы излучения и относят к радиоактивным. Ионизирующие излучения могкт возникать не только в результате радиоактивного распада. Их источником может служить реакция деления (атомный взрыв или ядерный реактор); реакция синтеза лёгких ядер (Солнце и другие звёзды, водородная бомба); ускорители заряженных частиц и рентгеновская трубка (сами по себе эти устройства не радиоактивны). Главное отличие радиации – высочайшая энергия ионизирующих излучений.

Различия же альфа-, бета- и гамма-излучений определяются их природой. В конце 19-го века, когда была открыта радиация, никто не знал, что это за зверь. И вновь открываемые «радиоактивные лучи» просто обозначали первыми буквами греческого алфавита.

Первым открыли альфа-излучение, испускаемое при распаде тяжёлых радионуклидов – урана, радия, тория, радона. Природу же альфа-частиц выяснили уже после их открытия. Оказалось, это летящие с огромной скоростью ядра атомов гелия. То есть тяжёлые положительно заряженные «пакеты» из двух протонов и двух нейтронов. Эти «крупнокалиберные» частицы далеко пролететь не могут. Даже в воздухе они проходят не более нескольких сантиметров; а лист бумаги или, скажем, внешний омертвевший слой кожи (эпидермис) задерживает их полностью.

Бета-частицы при ближайшем рассмотрении оказались обычными электронами, но опять же летящими с огромной скоростью. Они значительно легче альфа-частиц, и электрический заряд у них поменьше. Такие «мелкокалиберные» частицы глубже проникают в разные материалы. В воздухе бета-частицы пролетают несколько метров; их способен задержать тонкий лист металла, оконное стекло и обычная одежда. Внешнее облучение обычно приводит к ожогу хрусталика глаза или кожи (подобно солнечному ультрафиолету).

И, наконец, гамма-излучение. Оказалось, оно имеет ту же природу, что и видимый свет, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи или радиоволны. То есть гамма-лучи – это электромагнитное (фотонное) излучение, но с чрезвычайно высокой энергией фотонов. Или, другими словами, с очень короткой длиной волны (рис. 2.2).