Реферат: Гамма-излучение
Сдавался в русской школе на Кипре ( оценка 5- )
Реферат
по теме
Гамма-излучение.
Гамма-излучение– это коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитныхволн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область болеевысоких частот. Гамма-излучение обладает чрезвычайно малой длинной волны (λ<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol"><
10 -8см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведетсебя подобно потоку частиц – гамма квантов, или фотонов, с энергией hν (ν– частота излучения, h– Планкапостоянная).Гамма- излучение возникает при распадах радиоактивныхядер, элементарных частиц, прианнигиляции пар частицы-античастица, а также при прохождении быстрых заряженныхчастиц через вещество.
Гамма-излучение,сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра изболее возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или восновное. Энергия γ –кванта равна разности энергий Δεсостояний, между которыми происходит переход.
Возбужденноесостояние
<img src="/cache/referats/2295/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1034"><img src="/cache/referats/2295/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1026"> Е2
<img src="/cache/referats/2295/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1042">
<img src="/cache/referats/2295/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1039"> hν
<img src="/cache/referats/2295/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1038"> Основное состояние ядра Е1
Испусканиеядром γ-кванта не влечет за собой изменения атомногономера или массового числа, в отличие от других видов радиоактивныхпревращений. Ширина линий гамма-излучений чрезвычайно мала (~10-2эв). Поскольку расстояние между уровнями во много раз больше ширины линий,спектр гамма-излучения является линейчатым, т.е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектровгамма-излучения позволяет установить энергии возбужденных состояний ядер.Гамма-кванты с большими энергиями испускаются при распадах некоторыхэлементарных частиц. Так, при распаде покоящегося π0 — мезона возникает гамма-излучение с энергией ~70Мэв.Гамма-излучение от распада элементарных частиц также образует линейчатыйспектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто движутся соскоростями, сравнимыми с скоростью света. Вследствие этого возникаетдоплеровское уширение линии и спектр гамма-излучения оказывается размытым вшироком интервале энергий. Гамма-излучение, образующееся при прохождениибыстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением ккулоновском поле атомных ядер вещества. Тормозное гамма –излучение, также как итормозное рентгеноовское излучение, характерезуется сплошным спектром, верхняяграница которого совпадает с энергией заряженной частицы, например электрона. Вускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма- излучение с максимальнойэнергией до нескольких десятков Гэв.
Вмежзвёзном пространстве гамма-излучение может возникать в результате соударенийквантов более мягкого длинноволнового,электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускореннымимагнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передает своюэнергию электромагнитному излучению и видимый свет превращается в более жесткоегамма-излучение.
Аналогичноеявление может иметь место в земных условиях при столновении электронов большойэнергии, получаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивныхпучках света, создаваемых лазерами. Электрон передает энергию световому фотону,который превращается в γ-квант. Таким образом, можнона практике превращать отдельные фотоны света в кванты гамма-излучения высокойэнергии.
Гамма-излучениеобладает большой проникающей способностью, т.е. может проникать сквозь большиетолщи вещества без заметного ослабления. Основные процессы, происходящие привзаимодействии гамма-излучения с веществом, — фотоэлектрическое поглощение(фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образавание парэлектрон-позитрон. При фотоэффекте происходит поглощение γ-квантаодним из электронов атома, причём энергия γ-квантапреобразуется ( за вычетом энергии связи электрона в атоме ) в кинетическуюэнергию электрона, вылетающего за пределы атома. Вероятность фотоэффекта прямопропорциональна пятой степени атомного номера элемента и обратнопропорциональна 3-й степени энергии гамма-излучения. Таким образом, фотоэффектпреобладает в области малых энергии γ-квантов ( <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EL;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">£
100 кэв ) на тяжелых элементах ( Pb, U).Прикомптон-эффекте происходит рассеяние γ-кванта на одномиз электронов, слабо связанных в атоме. В отличие от фотоэффекта, прикомптон-эффекте γ-квант не исчезает, а лишь изменяет энергию ( длиннуволны ) и направление распрастранения. Узкий пучок гамма-лучей в результатекомптон-эффекта становится более широким, а само излучение — более мягким(длинноволновым ). Интенсивность комптоновского рассеяния пропорциональна числуэлектронов в 1см3 вещества, и поэтому вероятность этого процессапропорциональна атомному номеру вещества. Комптон-эффект становится заметным ввеществах с малым атомным номером и при энергиях гамма-излучения, превышвютэнергию связи электронов в атомах. Так, в случае Pbвероятность комптоновского рассеяния сравнима с вероятностью фотоэлектрическогопоглощения при энергии ~ 0,5 Мэв. В случае Alкомптон-эффект преобладает при гораздо меньших энергиях.
Еслижнергия γ-кванта превышает 1,02 Мэв, становится возможнымпроцесс 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 влюбом веществе оказывается образованиепар.
<img src="/cache/referats/2295/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1043 _x0000_s1046 _x0000_s1065">
<img src="/cache/referats/2295/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1069"> 100
<img src="/cache/referats/2295/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1067"><img src="/cache/referats/2295/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1051"> 50
<img src="/cache/referats/2295/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1066">
<img src="/cache/referats/2295/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1076"><img src="/cache/referats/2295/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1075"><img src="/cache/referats/2295/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1074"><img src="/cache/referats/2295/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1073"><img src="/cache/referats/2295/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1072"><img src="/cache/referats/2295/image009.gif" v:shapes="_x0000_s1071"><img src="/cache/referats/2295/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1070"><img src="/cache/referats/2295/image011.gif" v:shapes="_x0000_s1068"> 0
0,1 0,5 1 2 5 10 50
Энергия γ-лучей( Мэв )
Обратныйпроцесс аннигиляция электрон-позитронной пары является источникомгамма-излучения.
Дляхарактеристики ослабления гамма-излучения в веществе обычно пользуютсякоэффициентом поглощения, который показывает, на какой толщине Х поглотителяинтенсивностьI0 падающегопучка гамма-излучение ослабляется в е раз:
I=I0e-μ0x
Здесь μ0 – линейный коэффициент поглощения гамма-излучения.Иногда вводят массовый коэффициент поглощения, равный отношению μ0к плотности поглотителя.
Экспоненциальныйзакон ослабления гамма-излучения справедлив для узкого направления пучкагамма-лучей, когда любой процесс, как поглощения, так и рассеяния, выводитгамма-излучение из состава первичного пучка. Однако при высоких энергияхпроцесс прохождения гамма-излучения через вещество значительно усложняется.Вторичные электроны и позитроны обладают большой энергией и поэтому могут, всвою очередь, создавать гамма-излучение благодаря процессам торможения ианнигиляциии. Таким образом в веществе возникает ряд чередующихся поколенийвторичного гамма-излучения, электронов и позитронов, то есть происходитразвитие каскадного ливня. Число вторичных частиц в таком ливне сначалавозрастает с толщиной, достигая максимума. Однако затем процессы поглощенияначинают преобладать над процессами размножения частиц и ливень затухает.Способность гамма-излучения развивать ливни зависит от соотношения между егоэнергией и так называемой критической энергией, после которой ливень в данномвеществе практически теряет способность развиваться.
Дляизменения энергии гамма-излучения в эксперементальной физике применяютсягамма-спектрометры различных типов, основанные большей частью на измеренииэнергии вторичных электронов. Основные типы спектрометров гамма-излучения:магнитные, сцинтиляционные, полупроводниковые, кристал-дифракционные.
Изучениеспектров ядерных гамма-излучений дает важную информацию о структуре ядер.Наблюдение эффектов, связанных с влиянием внешней среды на свойства ядерногогамма-излучения, используется для изучения свойств твёрдых тел.
Гамма-излучениенаходит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлическихдеталях – гамма-дефектоскопия. В радиационной химии гамма-излучение применяетсядля инициирования химических превращений, например процессов полимеризации.Гамма-излучение используется в пищевой промышленности для стерилизациипродуктов питания. Основными источниками гамма-излучения служат естественные иискусственные радиоактивные изотопы, а также электронные ускорители.
Действиена организм гамма-излучения подобно действию других видов ионизирующихизлучений. Гамма-излучение может вызывать лучевое поражение организма, вплотьдо его гибели. Характер влияния гамма-излучения зависит от энергии γ-квантов и пространственных особенностей облучения,например, внешнее или внутреннее. Относительная биологическая эффективностьгамма-излучения составляет 0,7-0,9. В производственных условиях (хроническоевоздействие в малых дозах) относительная биологическая эффективностьгамма-излучения принята равной 1. Гамма-излучение используется в медицине длялечения опухолей, для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственныхпрепаратов. Гамма-излучение применяют также для получения мутаций с последующимотбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят высокопродуктивные сортамикроорганизмов (например, для получения антибиотиков ) и растений.
Современныевозможности лучевой теропии расширились в первую очередь за счёт средств иметодов дистанционной гамма-теропии. Успехи дистанционной гамма-теропиидостигнуты в результате большой работы в области использования мощныхискусственных радиоактивных источников гамма-излучения (кобальт-60, цезий-137),а также новых гамма-препаратов.
Большоезначение дистанционной гамма-теропии объясняется также сравнительной доступностьюи удобствами использования гамма-аппаратов. Последние, так же как ирентгеновские, конструируют для статического и подвижного облучения. С помощьюподвижного облучения стремятся создать большую дозу в опухоли прирассредоточенном облучении здоровых тканей. Осуществлены конструктивныеусовершенствования гамма-аппаратов, направленные на уменьшение полутени,улучшение гомогенизации полей, использование фильтров жалюзи и поискидополнительных возможностей защиты.
Использованиеядерных излучений в растениеводстве открыло новые, широкие возможности дляизменения обмена веществ у сельскохозяйственных растений, повышение ихурожайности, ускорения развития и улучшения качества.
Врезультате первых исследований радиобиологов было установлено, что ионизирующаярадиация – мощный фактор воздействия на рост, развитие и обмен веществ живыхорганизмов. Под влиянием гамма-облучения у растений, животных илимикроорганизмов меняется слаженный обмен веществ, ускоряется или замедляется (взависимости от дозы) течение физиологических процессов, наблюдаются сдвиги вросте, развитии, формировании урожая.
Следуетособо отметить, что при гамма-облучении в семена не попадают радиоактивныевещества. Облученные семена, как и выращенный из них урожай, нерадиоактивны.Оптимальные дозы облучения только ускоряют нормальные процессы, происходящие врастении, и поэтому совершенно необоснованны какие-либо опасения ипредостережения против использования в пищу урожая, полученного из семян,подвергавшихся предпосевному облучению.
Ионизирующиеизлучения стали использовать для повышения сроков хранения сельскохозяйственныхпродуктов и для уничтожения различных насекомых-вредителей. Например, еслизерно перед загрузкой в элеватор пропустить через бункер, где установлен мощныйисточник радиации, то возможность размножения насекомых-вредителей будетисключена и зерно сможет храниться длительное время без каких-либо потерь. Самозерно как питательный продукт не меняется при таких дозах облучения.Употребление его для корма четырех поколений экспериментальных животных невызвало каких бы то ни было отклонений в росте, способности к размножению идругих патологических отклонений от нормы.