Ионизирующее излучение — что это такое?

Вся энергия — это излучение, которое представляет явление испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. Существует два типа: неионизирующее и ионизирующее излучение и оба достаточно распространены на Земле.

Характеристики и различия между ионизирующим и неионизирующим излучением важны для понимания, учитывая как потенциальный вред, так и полезность их распространения для человеческого организма.

В то время как оба являются потенциально опасными, ионизирующее излучение является более опасным, чем неионизирующее, но ионизирующее излучение имеет ряд медицинских применений.

Что представляет собой процесс ионизации

Ионизация — это процесс, посредством которого электроны удаляются с орбиты вокруг определенного атома, заставляя этот атом заряжаться или ионизоваться. Этот процесс может происходить, когда испускание энергии достаточно большой силы возбуждает движение атомов и нагревание их.процесс ионизации

Ионизация это непрерывный поток, а не как серия отдельных событий. Интенсивность пучка ионизирующего излучения измеряется подсчетом количества ионов (электрического заряда), которое он создает в воздухе.

Разделение неионизирующего и ионизирующего   излучения происходит в ультрафиолетовом диапазоне (УФ), поэтому этот диапазон разделяется на лучи УФ-А (длина волны от 400-315 нм, нанометров) и УФ-В (290—400 нм), а последний является более мощным и опасным.

Известно, что энергия волн отличается  частотой и длиной и бывает:

  • тепловая волна
  • радиоволна
  • инфракрасный свет
  • видимый свет
  • ультрафиолет
  • рентгеновские лучи
  • гамма-лучи

Более длинноволновые волны с низкой частоты (тепло и радиоволны) имеют меньше энергии чем более коротковолновые. Не все электромагнитное испускание энергии ионизируется. Ионизируется только высокочастотная часть электромагнитного спектра, включающая рентгеновские и гамма-лучи.

Типы  излучения

Существует много типов ионизирующего излучения, но наиболее известными являются Альфа, Бета и Гамма. ионизирующее излучение

Альфа-частицы представляют собой кластеры из двух нейтронов и двух протонов в каждом. Они идентичны ядрам атомов гелия,  второго по распространенности элемента во Вселенной после водорода. По сравнению с другими формами, это очень тяжелые частицы-примерно в 7300 раз больше массы электрона. По мере того, как они путешествуют, эти большие и тяжелые частицы часто взаимодействуют с электронами атомов, быстро теряя свою энергию. Они не могут даже проникать в бумагу или слой мертвых клеток на поверхности нашей кожи. Но если высвободятся внутри тела из радиоактивного атома внутри или вблизи клетки, Альфа-частицы могут нанести большой ущерб, поскольку они ионизируют атомы, разрушая живые клетки. Радий и плутоний являются двумя примерами Альфа-излучателей.

Бета-частицы -это электроны, путешествующие с очень высокими энергиями. Если Альфа-частицы можно рассматривать как большие и медленные шары для боулинга, бета-частицы могут быть визуализированы как мячи для футбола. Они путешествуют дальше Альфа-частиц и, в зависимости от их энергии, могут нанести такой же ущерб. Например, бета-частицы  могут вызвать серьезные ожоги кожи, известные как бета-ожоги. Радиоизотопы, испускающие бета-частицы, могут присутствовать в продуктах деления, производимых в ядерных реакторах и при ядерных взрывах. Некоторые бета-излучающие радиоизотопы, такие как йод 131, вводятся внутрь пациентам для диагностики и лечения заболеваний.

Гамма и рентгеновское излучение состоит из пакетов энергии, известных как фотоны. Фотоны не имеют массы или заряда и движутся по прямым линиям. Видимый свет, видимый нашими глазами, также состоит из фотонов, но при более низких энергиях. Энергия гамма-излучения обычно превышает 100 килоэлектронных вольт на фотон, что более чем в 200 000 раз превышает энергию видимого света (0,5 эВ). Если Альфа-частицы визуализируются в виде шаров для боулинга, а бета-в виде мячей, то фотоны гамма-и рентгеновского испускания подобны невесомым пулям, движущимся со скоростью света.

Гамма-лучи возникают из событий внутри атомного ядра. Их энергия и скорость производства зависят от процесса радиоактивного распада радионуклида, который является их источником. Рентгеновские лучи представляют собой фотоны, которые обычно возникают из энергетических переходов электронов атома. Они могут быть искусственно созданы путем бомбардировки соответствующих атомов электронами высокой энергии, как в классической рентгеновской трубке. Как рентгеновские, так и гамма-лучи могут глубоко проникать в организм человека. Как глубоко они проникают, зависит от их энергии; более высокая энергия приводит к более глубокому проникновению в тело. 1 МэВ («М» — аббревиатура mega, префикс, который умножает базовую единицу на 1 000 000) гамма-луч с энергией в 2 000 000 раз больше видимого света, может полностью проходить через тело, создавая десятки тысяч ионов.

Нейтронное также является формой ионизирующего излучения. Нейтроны, наряду с протонами, являются одним из компонентов атомного ядра. Как и протоны, они имеют большую массу. В отличие от протонов, они не имеют электрического заряда, что позволяет им легче скользить между атомами. Как  истребитель-невидимка, высокоэнергетические нейтроны могут перемещаться дальше в тело, мимо защитного внешнего слоя кожи доставляя свою энергию и вызывая ионизацию.

Несколько других типов частиц с высокой энергией также представляют ионизирующее излучение. Космические лучи, проникающее в атмосферу Земли из космоса, состоят в основном из протонов, Альфа-частиц и более тяжелых атомных ядер.

Позитроны, мезоны, пионы и другие экзотические частицы также могут быть ионизирующим излучением, так как свет Вселенной не изучен.

Влияние  излучений

Примеры неионизирующего излучения включают инфракрасные, микроволновые печи и свет по всему видимому спектру. Просто потому, что он не отделяет электроны от атомов. Но это не означает, что неионизирующее излучение безвредно. Оно способно возбуждать атомы и, в свою очередь, нагревать их. Это принцип микроволновых печей, и человеческая биологическая ткань принципиально не освобождается от этого явления.

Воздействие типов неионизирующего излучения, длина волн которого небольшая, может привести к опасным ожогам. Вот почему воздействие солнечных лучей воздействует на кожу и, в конечном итоге, происходит загар в нашем бытовом понимании.

Ионизирующее излучение не создает тепла, но является еще более опасным, чем неионизирующее к живой ткани.

Благодаря принципиальному изменению химического состава атома этот вид излучения может вызвать молекулярное повреждение и хаотичный клеточный рост, известный как рак. При воздействии на репродуктивные органы человека ионизирующее излучение может также приводить к будущим врожденным дефектам у неродившихся детей.

Солнце производит как ионизирующее, так и неионизирующее излучение. Хотя солнце несет ответственность за большое количество естественной радиации, которой может подвергаться человек, лишь небольшая часть того, что достигает поверхности Земли, ионизирует.

На Земле  образуется газ  радон, который вносит наибольший процент ионизирующего излучения и который поглощается людьми. Радон возникают в природе при радиоактивном распаде материнских ядер. За радоном следуют другие радиоактивные элементы, такие как плутоний и радий, которые встречаются в горных породах и других геологических особенностях.

Тем не менее, ионизирующее излучение обладает ценными свойствами и доказало свою жизненно важную роль в области здравоохранения. Медицинская визуализация и как работают рентген лучи, основывается на искусственной ионизирующей радиации. Лучевая терапия используется для лечения состояний, включая рак, путем уничтожения целевых областей ткани. Однако, опасности, которые происходят от естественного испускания энергии, присутствуют и при высоких дозах лучевой терапии и могут быть серьезными сами по себе.