Ионизирующие излучения и их источники. Общая характеристика взаимодействия излучения с веществом

Лекция 1

1.1. Введение

Основная масса знаний, которыми обладает человечество, была получена им именно в последние несколько столетий. Вначале процесс познания шел очень медленно Каменный век длился сотни тысячелетий (примерно от 800000-го до 4000-го года до н.э.). От начала бронзового века (~6000 лет назад) до того, как люди научились получать железо и его сплавы (~2500 лет назад), прошло еще 3500 лет. Был еще медный век за 1000 лет до бронзового. Анализ накопления информации свидетельствует о том, что процесс познания представляет собой геометрическую прогрессию (или экспоненциальную функцию, в непрерывном представлении). Это дает возможность грубо оценить период удвоения знаний, который составляет сейчас всего лишь несколько десятков лет. Интеллект человека уже сейчас и, тем более в будущем, может быть усилен за счет использования искусственного интеллекта.

Применять естественные источники тепла (дерево, уголь) человек научился очень давно. Это же можно сказать и о неосознанном использовании химических процессов (приготовление пищи, обжиг посуды и т.п.). Гораздо позднее, но все-таки достаточно давно он научился преобразовывать и использовать механическую энергию воды и ветра для мореплавания, приведения в действие мельниц, подъемных устройств, устройств для перекачки воды и других механизмов.

Долгое время человечество не владело методами целенаправленного превращения различных видов энергии друг в друга (тепловой, химической, механической), за исключением примитивных процессов. Первый паровой двигатель появился в 1764 г. (благодаря изобретениям И.И.Ползунова в России, Д.Уатта в Англии). Цикл Карно был описан Никола Карно в 1824 году. Первые систематические исследования электрической энергии были выполнены в начале 19 века М.Фарадеем, в результате чего были установлены ее основные законы (~ к 1830 г).

19-й век уже можно назвать веком пара и электричества, хотя до сих пор создаются уникальные электрические устройства, позволяющие, например, получать токи в сотни миллионов ампер, что дает возможность моделировать ядерный взрыв, достигая сопоставимых плотностей энергии. Это же касается разработки уникальных ускорителей, позволяющих изучать все более экзотические взаимодействия элементарных частиц, и получать мощные потоки излучений.

20-й век часто называют веком атомной или ядерной энергии. Он принес человечеству много полезного и, в то же время, много крайне опасного. Известны трагические случаи применения ядерного оружия.

Явление естественной радиоактивности было открыто в 1896 г. французским ученым А.Беккерелем, а затем изучено П.Кюри. М.Скдодорской-Кюри, Э. Резерфордом и др.

Области применения атомной энергии:

-   атомные электростанции, в т.ч. небольшие (питающие атомные ледоколы, космические аппараты, подводные лодки);

-   медицина и некоторые отрасли промышленности;

-   ядерные вооружения.

Широкое применение радиоактивных веществ и ионизирующих излучений требует детального изучения их свойств, закономерностей прохождения через конденсированные среды и последствий воздействия на вещество

Цель настоящего курса – рассмотреть закономерности воздействия различных видов излучения на вещество, и дать общий анализ причин изменения структуры и свойств материалов под воздействием излучений. Для этого вначале необходимо хотя бы кратко рассмотреть виды и источники ионизирующих излучений.

2.2. Ионизирующие излучения и их источники

К ионизирующим излучениям относятся все виды излучения, под действием которых в веществе может происходить ионизация атомов, ионов, молекул, или их перезарядка (изменение заряда).

Все виды ионизирующих излучений можно подразделить на два типа: корпускулярное и электромагнитное. К корпускулярному относятся следующие типы излучения: α, β⁺, β^-, n, p, d и др. (дейтрон или дейтон – ядро тяжелого атома водорода ). Выделяют такие типы электромагнитного излучения, как ультрафиолетовое (УФ), рентгеновское (Р) и γ-излучение (Г). Приняты следующие условные диапазоны энергий для этих видов излучения:

УФ      3,1 эВ – 124 эВ

Р      124 эВ – 12,4 кэВ

Γ      12,4 кэВ – 1,24 МэВ и более.

Ионизирующее излучение (с одними и теми же параметрами) может испускаться различными источниками.

Источниками излучения могут быть

-           космические объекты (тела) межзвездного пространства, звезды, солнце;

-           источники, основанные на явлении естественной радиоактивности (некоторые тяжелые элементы);

-           источники, основанные на искусственной радиоактивности (более легкие элементы с радиоактивностью, наведенной облучением);

-           ускорители заряженных частиц.

Есть специальные реакторы, которые используют явления искусственной и естественной радиоактивности.