Unele tipuri de radiații ionizante pot fi detectate într-un nor de cameră.
radiația cu o energie suficient de mare poate ioniza atomii; adică poate bate electronii de pe atomi, creând ioni. Ionizarea are loc atunci când un electron este dezbrăcat (sau „scos”) dintr-o coajă de electroni a atomului, care lasă atomul cu o sarcină pozitivă netă., Deoarece celulele vii și, mai important, ADN-ul din aceste celule pot fi deteriorate de această ionizare, se consideră că expunerea la radiații ionizante crește riscul de cancer. Astfel, „radiația ionizantă” este oarecum separată artificial de radiațiile particulelor și de radiațiile electromagnetice, pur și simplu datorită potențialului său mare de deteriorare biologică. În timp ce o celulă individuală este formată din trilioane de atomi, doar o mică parte din aceștia vor fi ionizați la puteri de radiație scăzute până la moderate., Probabilitatea ca radiațiile ionizante să cauzeze cancer depinde de doza absorbită de radiație și este o funcție a tendinței dăunătoare a tipului de radiație (doza echivalentă) și a sensibilității organismului sau țesutului iradiat (doza eficientă).dacă sursa radiației ionizante este un material radioactiv sau un proces nuclear, cum ar fi fisiunea sau fuziunea, există radiații de particule de luat în considerare. Radiația particulelor este o particulă subatomică accelerată la viteze relativiste prin reacții nucleare., Din cauza momenta lor sunt destul de capabil de a bate electroni și materiale ionizante, dar din moment ce cele mai multe au o sarcină electrică, ei nu au puterea de penetrare a radiațiilor ionizante. Excepția este particulele de neutroni; vezi mai jos. Există mai multe tipuri diferite de aceste particule, dar majoritatea sunt particule alfa, particule beta, neutroni și protoni. Aproximativ vorbind, fotonii și particulele cu energii peste aproximativ 10 Electron volți (eV) sunt ionizante (unele autorități folosesc 33 eV, energia de ionizare pentru apă)., Radiația particulelor din materialul radioactiv sau razele cosmice aproape invariabil poartă suficientă energie pentru a fi ionizante.majoritatea radiațiilor ionizante provin din materiale radioactive și din spațiu (raze cosmice) și, ca atare, sunt prezente în mod natural în mediu, deoarece majoritatea rocilor și solului au concentrații mici de materiale radioactive. Deoarece această radiație este invizibilă și nu poate fi detectată direct de simțurile umane, instrumente precum contoarele Geiger sunt de obicei necesare pentru a detecta prezența acesteia., În unele cazuri, poate duce la emisii secundare de lumină vizibilă la interacțiunea sa cu materia, ca în cazul radiației Cherenkov și radio-luminiscenței.
Grafic arată relațiile dintre radioactivitate detectat radiații ionizante
radiații Ionizante are multe utilizări practice în medicină, cercetare și de construcție, dar prezintă un pericol pentru sănătate dacă este utilizat în mod necorespunzător., Expunerea la radiații provoacă daune țesut viu; doze mari duce la radiații Acută sindromul (ARS), cu arsuri ale pielii, caderea parului, organelor interne eșec și moarte, în timp ce orice doza poate duce la un risc crescut de cancer și daune genetice; – o anumită formă de cancer, cancer tiroidian, de multe ori apare atunci când armele nucleare, reactoare și sunt sursa de radiații din cauza biologice înclinațiile de iod radioactiv a produselor de fisiune, iod-131., Cu toate acestea, calcularea exactă a riscurilor și șansa de cancer care se formează în celulele cauzate de radiații ionizante nu este încă bine înțeles și în prezent, estimările sunt vag determinată de către populație pe baza datelor de la bombardamentele atomice de la Hiroshima și Nagasaki și de follow-up de reactor de accidente, cum ar fi cel de la Cernobîl., Comisia Internațională de Protecție Radiologică prevede că „Comisia este conștientă de incertitudinile și lipsa de precizie de la modele și valori de parametri”, „Colectiv doza eficace nu este conceput ca un instrument pentru epidemiologice de evaluare a riscurilor, și este nepotrivit să-l folosească în risc de proiecții” și „în special, calculul numărului de decese de cancer pe baza colective eficiente doze de banal doze individuale ar trebui să fie evitate.,”
Ultraviolete radiationEdit
Ultraviolete, de lungimi de undă de la 10 nm la 125 nm, ionizează moleculele de aer, facandu-l sa fie puternic absorbite de aer și de ozon (O3), în special. Prin urmare, ionizarea UV nu pătrunde în atmosfera Pământului într-o măsură semnificativă și este uneori denumită ultraviolet în vid. Deși prezentă în spațiu, această parte a spectrului UV nu are o importanță biologică, deoarece nu ajunge la organismele vii de pe Pământ.,există o zonă a atmosferei în care ozonul absoarbe aproximativ 98% din UV-C și UV-B neionizante, dar periculoase.acest așa-numit strat de ozon începe de la aproximativ 20 de mile (32 km) și se extinde în sus. Unele din spectrul ultraviolet, care nu ajunge la sol este non-ionizante, dar este încă biologic periculoase din cauza capacitatea unică de fotoni de această energie pentru a provoca electronice excitație în molecule biologice, și, astfel, a le deteriora prin intermediul unor reacții nedorite. Un exemplu este formarea dimerilor de pirimidină în ADN, care începe la lungimi de undă sub 365 nm (3.,4 eV), care este cu mult sub energia de ionizare. Această proprietate conferă spectrului ultraviolet unele dintre pericolele radiațiilor ionizante în sistemele biologice fără a avea loc ionizarea reală. În schimb, lumina vizibilă și radiația electromagnetică cu lungime de undă mai lungă, cum ar fi infraroșu, microunde și unde radio, constă din fotoni cu prea puțină energie pentru a provoca excitația moleculară dăunătoare și, prin urmare, această radiație este mult mai puțin periculoasă pe unitate de energie.,
X-raysEdit
razele X sunt unde electromagnetice cu o lungime de undă mai mică decât 10-9 m (mai mare decât 3×1017 Hz și 1,240 eV). O lungime de undă mai mică corespunde unei energii mai mari conform ecuației E=h c/λ. („E „este energie;” h „este constanta lui Planck;” c „este viteza luminii;” λ ” este lungimea de undă.,) Când un foton cu raze X se ciocnește cu un atom, atomul poate absorbi energia fotonului și poate stimula un electron la un nivel orbital superior sau dacă fotonul este extrem de energic, poate bate un electron din atom cu totul, determinând ionizarea atomului. În general, atomii mai mari sunt mai susceptibili să absoarbă un foton cu raze X, deoarece au diferențe de energie mai mari între electronii orbitali. Țesutul moale din corpul uman este compus din atomi mai mici decât atomii de calciu care alcătuiesc osul, prin urmare există un contrast în absorbția razelor X., Aparatele cu raze X sunt special concepute pentru a profita de diferența de absorbție dintre OS și țesutul moale, permițând medicilor să examineze structura în corpul uman.
razele X sunt, de asemenea, complet absorbite de grosimea atmosferei Pământului, rezultând în prevenirea ieșirii razelor X ale soarelui, mai mică în cantitate decât cea a UV, dar totuși puternică, de a ajunge la suprafață.
Gamma radiationEdit
radiații Gamma detectate într-un izopropanol cloud camera.,radiația gamma (γ) constă din fotoni cu o lungime de undă mai mică de 3×10−11 metri (mai mare de 1019 Hz și 41,4 keV). Emisia de radiații Gamma este un proces nuclear care are loc pentru a scăpa de un nucleu instabil de exces de energie după majoritatea reacțiilor nucleare. Atât particulele alfa cât și cele beta au o sarcină și o masă electrică și, prin urmare, sunt destul de susceptibile să interacționeze cu alți atomi în calea lor. Radiația Gamma, totuși, este compusă din fotoni, care nu au nici masă, nici sarcină electrică și, ca rezultat, penetrează mult mai departe prin materie decât radiația alfa sau beta.,razele Gamma pot fi oprite de un strat suficient de gros sau dens de material, unde puterea de oprire a materialului pe o anumită zonă depinde în cea mai mare parte (dar nu în întregime) de masa totală de-a lungul căii radiației, indiferent dacă materialul are o densitate mare sau mică. Cu toate acestea, ca și în cazul razelor X, materialele cu un număr atomic ridicat, cum ar fi plumbul sau uraniul sărăcit, adaugă o cantitate modestă (de obicei 20% până la 30%) de putere de oprire asupra unei mase egale de materiale atomice mai puțin dense și mai mici (cum ar fi apa sau betonul)., Atmosfera absoarbe toate razele gamma care se apropie de pământ din spațiu. Chiar și aerul este capabil să absoarbă razele gamma, reducând la jumătate energia acestor valuri trecând, în medie, 500 ft (150 m).
Alfa radiationEdit
particule Alfa detectat într-un izopropanol cloud camera
particulele Alfa sunt heliu-4 nuclee (doi protoni și doi neutroni)., Ei interacționează cu materia puternic datorită încărcărilor lor și a masei combinate, iar la vitezele lor obișnuite penetrează doar câțiva centimetri de aer sau câțiva milimetri de material cu densitate scăzută (cum ar fi materialul subțire de mică care este plasat special în unele tuburi Geiger pentru a permite particulelor alfa). Aceasta înseamnă că particulele alfa din dezintegrarea alfa obișnuită nu penetrează straturile exterioare ale celulelor moarte ale pielii și nu provoacă daune țesuturilor vii de mai jos., Unele particule alfa de energie foarte mari compun aproximativ 10% din razele cosmice, iar acestea sunt capabile să penetreze corpul și chiar plăcile metalice subțiri. Cu toate acestea, ele sunt periculoase numai pentru astronauți, deoarece sunt deviate de câmpul magnetic al Pământului și apoi oprite de atmosfera sa.radiația alfa este periculoasă atunci când radioizotopii care emit alfa sunt ingerați sau inhalați (respirați sau înghițiți). Acest lucru aduce radioizotopul suficient de aproape de țesutul viu sensibil pentru ca radiația alfa să deterioreze celulele., Per unitate de energie, particulele alfa sunt de cel puțin 20 de ori mai eficiente la deteriorarea celulelor ca razele gamma și razele X. A se vedea eficacitatea biologică relativă pentru o discuție despre acest lucru. Exemple de emițători alfa foarte otrăviți sunt toți izotopii de radiu, radon și poloniu, datorită cantității de dezintegrare care apar în aceste materiale cu timp de înjumătățire scurt.,
Beta radiationEdit
Electroni (radiație beta) detectat într-un izopropanol cloud camera
Beta-minus (β−) radiații constă dintr-o energic de electroni. Este mai penetrant decât radiația alfa, dar mai puțin decât gamma. Radiația Beta din dezintegrarea radioactivă poate fi oprită cu câțiva centimetri de plastic sau câțiva milimetri de metal. Apare atunci când un neutron se descompune într-un proton într-un nucleu, eliberând particula beta și un antineutrino., Radiația Beta de la acceleratoarele linac este mult mai energică și mai penetrantă decât radiațiile beta naturale. Este uneori utilizat terapeutic în radioterapie pentru a trata tumorile superficiale.radiația Beta-plus (β+) este emisia de pozitroni, care sunt forma de antimaterie a electronilor. Când un pozitron încetinește la viteze similare cu cele ale electronilor din material, pozitronul va anihila un electron, eliberând doi fotoni gamma de 511 keV în proces. Cei doi fotoni gamma vor călători în (aproximativ) direcție opusă., Radiația gamma din anihilarea pozitronilor constă din fotoni de energie înaltă și este, de asemenea, ionizantă.
radiațiile Neutroniceedit
neutronii sunt clasificați în funcție de viteza/energia lor. Radiația neutronică constă din neutroni liberi. Acești neutroni pot fi emise în timpul fisiunii nucleare spontane sau induse., Neutronii sunt rare particule de radiație; ele sunt produse în număr mare doar în cazul în care reacția în lanț de fisiune sau de fuziune reacții sunt active; acest lucru se întâmplă pentru aproximativ 10 microsecunde într-o explozie termonucleară, sau în mod continuu în interiorul unui operare reactor nuclear; producția de neutroni se oprește aproape imediat în reactor atunci când merge non-critice.neutronii pot face alte obiecte sau materiale radioactive. Acest proces, numit activare neutronică, este metoda principală utilizată pentru a produce surse radioactive pentru a fi utilizate în aplicații medicale, academice și industriale., Chiar și neutronii termici cu viteză relativ mică determină activarea neutronilor (de fapt, o provoacă mai eficient). Neutronii nu ionizează atomii în același mod în care particulele încărcate, cum ar fi protonii și electronii (prin excitația unui electron), deoarece neutronii nu au sarcină. Prin absorbția lor de către nuclee care apoi devin instabile provoacă ionizarea. Prin urmare, se spune că neutronii „ionizează indirect.”Chiar și neutronii fără energie cinetică semnificativă sunt ionizanți indirect și sunt astfel un pericol semnificativ de radiație., Nu toate materialele sunt capabile de activarea neutronilor; în apă, de exemplu, cele mai comune izotopi ai ambelor tipuri atomii prezenți (hidrogen și oxigen) captează neutronii și devin mai grei, dar rămân forme stabile ale acestor atomi. Numai absorbția a mai mult de un neutron, o întâmplare statistic rară, poate activa un atom de hidrogen, în timp ce oxigenul necesită două absorbții suplimentare. Astfel, apa este doar foarte slab capabilă de activare., Sodiul din sare (ca și în apa de mare), pe de altă parte, trebuie să absoarbă doar un singur neutron pentru a deveni Na-24, o sursă foarte intensă de dezintegrare beta, cu un timp de înjumătățire de 15 ore.în plus, neutronii de mare energie (de mare viteză) au capacitatea de a ioniza direct atomii. Un mecanism prin care neutronii cu energie înaltă ionizează atomii este de a lovi nucleul unui atom și de a scoate atomul dintr-o moleculă, lăsând unul sau mai mulți electroni în urmă, pe măsură ce legătura chimică este ruptă. Acest lucru duce la producerea de radicali liberi chimici., În plus, neutronii cu energie foarte mare pot provoca radiații ionizante prin „spallation neutron” sau knockout, în care neutronii provoacă emisii de protoni cu energie mare din nucleele atomice (în special nucleele de hidrogen) la impact. Ultimul proces conferă protonului cea mai mare parte a energiei neutronului, la fel ca o minge de biliard care lovește alta. Protonii încărcați și alte produse din astfel de reacții sunt ionizante direct.neutronii cu energie înaltă sunt foarte penetranți și pot parcurge distanțe mari în aer (sute sau chiar mii de metri) și distanțe moderate (câțiva metri) în solide comune., De obicei, acestea necesită ecranare bogată în hidrogen, cum ar fi betonul sau apa, pentru a le bloca pe distanțe mai mici de un metru. O sursă comună de radiații neutronice are loc în interiorul unui reactor nuclear, unde un strat de apă gros de metri este utilizat ca ecranare eficientă.