Rrezatimi elektromagnetik,

1) në elektrodinamikën klasike - procesi i formimit të një fushe elektromagnetike të lirë që ndodh gjatë bashkëveprimit të grimcave të ngarkuara elektrike (ose sistemeve të tyre); në teorinë kuantike - procesi i lindjes (emetimit) të fotoneve kur ndryshon gjendja e një sistemi kuantik;

2) fushë elektromagnetike e lirë - valë elektromagnetike.

Themelet e teorisë klasike të rrezatimit - elektrodinamikës - u hodhën në gjysmën e parë të shekullit të 19-të në veprat e M. Faraday dhe J.K. Maxwell, të cilët zhvilluan idetë e Faradeit, duke u dhënë ligjeve të rrezatimit një formë rigoroze matematikore. Nga ekuacionet e Maxwell-it rrjedh se valët elektromagnetike në vakum në çdo kornizë referimi përhapen me të njëjtën shpejtësi - me shpejtësinë e dritës c = 3·10 8 m/s. Teoria e Maxwell shpjegoi shumë fenomene fizike, fenomene të kombinuara optike, elektrike dhe magnetike, u bënë baza e inxhinierisë elektrike dhe radiofonike, por një numër fenomenesh (për shembull, spektrat e atomeve dhe molekulave) mund të shpjegoheshin vetëm pas krijimit të kuantit. teoria e rrezatimit, bazat e së cilës u hodhën nga M. Plath, A. Einstein, N. Bohr, P. Dirac e të tjerë.Teoria e rrezatimit u vërtetua plotësisht në elektrodinamikën kuantike, e cila u përfundua në vitet 1950 në punimet e R. F. Feynman, J. Schwinger, F. Dyson dhe të tjerë.

Karakteristikat e procesit të rrezatimit dhe fushës së lirë elektromagnetike (intensiteti i rrezatimit, spektri i rrezatimit, shpërndarja e energjisë në të, dendësia e fluksit të energjisë së rrezatimit, etj.) varen nga vetitë e grimcës së ngarkuar rrezatuese (ose sistemi i grimcave) dhe kushtet e ndërveprimi i tij me fushat elektrike dhe/ose magnetike, duke çuar në rrezatim. Pra, kur një grimcë e ngarkuar kalon nëpër një substancë, si rezultat i ndërveprimit me atomet e substancës, shpejtësia e grimcës ndryshon dhe ajo lëshon të ashtuquajturin bremsstrahlung (shih më poshtë). Fusha e lirë elektromagnetike, në varësi të diapazonit të gjatësisë valore λ, quhet emetim radio (shih valët e radios), rrezatim infra të kuqe, rrezatim optik, rrezatim ultravjollcë, rrezatim me rreze X, rrezatim gama.

Fusha elektromagnetike e një grimce të ngarkuar që lëviz në mënyrë të njëtrajtshme dhe drejtvizore në vakum në distanca larg saj është e papërfillshme dhe mund të themi se fusha e futur prej saj lëviz së bashku me të me të njëjtën shpejtësi. Vetitë e një vetëfushe të tillë të një grimce të ngarkuar varen nga madhësia dhe drejtimi i shpejtësisë së saj dhe nuk ndryshojnë nëse është konstante; një grimcë e tillë nuk rrezaton. Nëse shpejtësia e një grimce të ngarkuar ka ndryshuar (për shembull, në një përplasje me një grimcë tjetër), atëherë fusha e vet para dhe pas ndryshimit të shpejtësisë është e ndryshme - kur shpejtësia ndryshon, fusha e vet riorganizohet në mënyrë që një pjesë e saj del dhe nuk është më i lidhur me grimcën e ngarkuar - bëhet një fushë e lirë. Kështu, formimi i valëve elektromagnetike ndodh kur shpejtësia e një grimce të ngarkuar ndryshon; Arsyet e ndryshimit të shpejtësisë janë të ndryshme, në përputhje me këtë, lindin lloje të ndryshme të rrezatimit (bremsstrahlung, bremsstrahlung magnetike, etj.). Rrezatimi i një sistemi grimcash varet nga struktura e tij; mund të jetë analog me rrezatimin e grimcave, të jetë një rrezatim dipol (rrezatim dipol) ose një rrezatim shumëpolësh (rrezatim shumëpolësh).

Gjatë asgjësimit të një elektroni dhe një pozitroni (shih Asgjësimi dhe prodhimi i çifteve), formohet gjithashtu një fushë elektromagnetike e lirë (fotone). Energjia dhe momenti i grimcave asgjësuese ruhen, domethënë ato transferohen në fushën elektromagnetike. Kjo do të thotë se fusha e rrezatimit ka gjithmonë energji dhe vrull.

Valët elektromagnetike të formuara gjatë procesit të rrezatimit formojnë një rrjedhë energjie që largohet nga burimi, dendësia e së cilës S(r,t) (vektori Poynting është energjia që rrjedh për njësi të kohës nëpër një sipërfaqe njësi pingul me rrjedhën) në kohën t në një distancë r nga grimca e ngarkuar rrezatuese është proporcionale me produktin vektorial të fuqive të fushave magnetike H (r, t) dhe elektrike E (r, t):

Energjia totale W e humbur nga një grimcë e ngarkuar për njësi të kohës gjatë rrezatimit mund të merret duke llogaritur fluksin e energjisë përmes një sfere me rreze pafundësisht të madhe r.

ku dΩ. - elementi i këndit të ngurtë, n - vektori njësi në drejtim të përhapjes së rrezatimit Vetëfusha e sistemit të ngarkesave në distanca të gjata zvogëlohet me largësi më të madhe se 1/r dhe fusha e rrezatimit në largësi të mëdha nga burimi zvogëlohet me 1. /r.

Koherenca e emetuesit. Dendësia e fluksit të rrezatimit që vjen në një pikë të caktuar në hapësirë ​​nga dy burime identike është proporcionale me produktin vektorial të shumave të fuqive elektrike E 1 (r, t) dhe E 2 (r, t) dhe H 1 magnetike ( r, t) dhe H2 (r, t) fushat e valëve elektromagnetike nga burimet 1 dhe 2:

Rezultati i shtimit të dy valëve të planit sinusoidal varet nga fazat në të cilat ato arrijnë në një pikë të caktuar. Nëse fazat janë të njëjta, atëherë fushat E dhe H dyfishohen, dhe energjia e fushës në një pikë të caktuar rritet me 4 herë në krahasim me energjinë e fushës nga një burim i vetëm. Në rastin kur valët nga dy burime të ndryshme vijnë në detektor me faza të kundërta, produktet e kryqëzuara të fushave dhe [E 2 (r, t) H 1 (r, t)] në (3) zhduken. Si rezultat, dy herë më shumë energji vjen nga dy emetues në një pikë të caktuar sesa nga një emetues. Në rastin e emetuesve N, valët nga të cilët arrijnë në një pikë të caktuar në të njëjtat faza, energjia do të rritet me N 2 herë. Emitues të tillë quhen koherent. Nëse fazat e valëve që vijnë në detektor nga çdo emetues janë të rastësishme, atëherë fushat nga emetues të ndryshëm anulohen pjesërisht kur shtohen në pikën e vëzhgimit. Pastaj, nga burimet N, detektori do të regjistrojë energji N herë më të madhe se nga një burim. Burime të tilla (dhe rrezatimi i tyre) quhen jokoherente. Këto përfshijnë pothuajse të gjitha burimet konvencionale të dritës (flaka e qiririt, llambat inkandeshente, llambat fluoreshente, etj.); në to, momentet kohore të emetimit të çdo atomi ose molekule (dhe, në përputhje me rrethanat, fazat në të cilat valët e rrezatimit të tyre vijnë në një pikë të caktuar) janë të rastësishme. Burimet koherente të rrezatimit janë lazerët, në të cilët krijohen kushte për ndriçimin e njëkohshëm të të gjithë atomeve të substancës punuese.

Reagimi i rrezatimit. Një grimcë e ngarkuar me rrezatim humbet energjinë, kështu që në procesin e rrezatimit krijohet një forcë që vepron në grimcë, e cila ngadalëson shpejtësinë e saj dhe quhet forca e reagimit të rrezatimit ose forca e fërkimit rrezatues. Me shpejtësi jorelativiste të grimcave të ngarkuara, forca e reagimit të rrezatimit është gjithmonë e vogël, por me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, ajo mund të luajë një rol kryesor. Kështu, në fushën magnetike të Tokës, humbjet e energjisë për shkak të rrezatimit të elektroneve me rreze kozmike me energji të lartë janë aq të mëdha sa që elektronet nuk mund të arrijnë në sipërfaqen e Tokës. Grimcat e rrezeve kozmike me të njëjtën energji dhe masë më të madhe kanë më pak humbje energjie ndaj rrezatimit sesa elektronet, dhe ato arrijnë në sipërfaqen e Tokës. Nga kjo rrjedh se përbërja e rrezeve kozmike të regjistruara në sipërfaqen e Tokës dhe nga satelitët mund të jetë e ndryshme.

Gjatësia e koherencës së rrezatimit. Proceset e rrezatimit me shpejtësi jorelativiste dhe ultrarelativiste të një grimce të ngarkuar ndryshojnë në madhësinë e rajonit të hapësirës ku formohet fusha e rrezatimit. Në rastin jorelativist (kur shpejtësia v e grimcës është e ulët), fusha e rrezatimit largohet nga ngarkesa me shpejtësinë e dritës dhe procesi i rrezatimit përfundon shpejt, madhësia e rajonit të formimit të rrezatimit (gjatësia e koherencës) L është shumë më e vogël se gjatësia e valës së rrezatimit λ, L~λv/s. Nëse shpejtësia e grimcës është afër shpejtësisë së dritës (me shpejtësi relativiste), fusha e rrezatimit që rezulton dhe grimca që e krijoi atë lëvizin për një kohë të gjatë afër njëra-tjetrës dhe ndryshojnë, pasi kanë fluturuar një distancë mjaft të gjatë. Formimi i fushës së rrezatimit zgjat shumë më tepër, dhe gjatësia L është shumë më e madhe se gjatësia e valës, L~λγ (ku γ= -1/2 është faktori Lorentz i grimcës).

Bremsstrahlung ndodh kur një grimcë e ngarkuar shpërndahet në atomet e materies. Nëse koha Δt gjatë së cilës një grimcë me ngarkesë e gjatë shpërndarjes ndryshon shpejtësinë e saj nga v 1 në v 2 është shumë më e vogël se koha e formimit të rrezatimit L/v, atëherë ndryshimi në shpejtësinë e një grimce të ngarkuar mund të konsiderohet i menjëhershëm. Atëherë shpërndarja e energjisë së rrezatimit mbi kënde dhe frekuenca rrethore ω ka formën:

Duke e shumëzuar këtë shprehje me probabilitetin e ndryshimit të shpejtësisë së grimcave gjatë shpërndarjes nga v 1 në v 2 dhe duke integruar shprehjen që rezulton mbi të gjithë v 2 , mund të marrim shpërndarjen e energjisë bremsstrahlung mbi frekuenca dhe kënde (të pavarur nga frekuenca). Grimcat më të lehta devijohen më lehtë kur ndërveprojnë me një atom, kështu që intensiteti i bremsstrahlung është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e masës së grimcës së shpejtë. Bremsstrahlung është arsyeja kryesore për humbjen e energjisë së elektroneve relativiste në materie kur energjia e elektroneve është më e madhe se disa energji kritike, e cila është 83 MeV për ajrin, 47 MeV për Al dhe 59 MeV për Pb.

Bremsstrahlung magnetike ndodh kur një grimcë e ngarkuar lëviz në një fushë magnetike që përkul trajektoren e lëvizjes së saj. Në një fushë magnetike konstante dhe uniforme, trajektorja e një grimce të ngarkuar me masë m është një spirale, d.m.th., ajo përbëhet nga lëvizje uniforme përgjatë drejtimit të fushës dhe rrotullim rreth saj me një frekuencë ω H = eH/γmс.

Periodiciteti i lëvizjes së grimcës çon në faktin se valët e emetuara prej saj kanë frekuenca që janë shumëfisha të ω H: ω = Mω H, ku N=1,2,3 ... . rrezatimi i grimcave ultrarelativiste në një fushë magnetike quhet rrezatim sinkrotron. Ka një spektër të gjerë frekuence me një maksimum në ω të rendit ω Н γ 3 dhe pjesa kryesore e energjisë së emetuar qëndron në diapazonin e frekuencës ω » ω Н. Në këtë rast, intervalet midis frekuencave ngjitur janë shumë më të vogla se frekuenca, kështu që shpërndarja e frekuencës në spektrin e rrezatimit sinkrotron mund të konsiderohet përafërsisht e vazhdueshme. Në diapazonin e frekuencës ω » ω Н γ 3 intensiteti i rrezatimit rritet me frekuencë si ω 2/3 , dhe në diapazonin e frekuencës ω » ω Н γ 3 intensiteti i rrezatimit zvogëlohet në mënyrë eksponenciale me rritjen e frekuencës. Rrezatimi sinkrotron ka një divergjencë të vogël këndore (në rendin l/γ) dhe një shkallë të lartë polarizimi në rrafshin e orbitës së grimcës. Bremsstrahlung magnetik me shpejtësi jorelativiste të grimcave të ngarkuara quhet rrezatim ciklotron, frekuenca e tij është ω = ω H.

Rrezatimi undulator ndodh kur një grimcë e ngarkuar ultrarelativiste lëviz me devijime të vogla periodike tërthore, për shembull, kur fluturon në një fushë elektrike që ndryshon periodikisht (një fushë e tillë formohet, për shembull, në pajisje speciale - valëzues). Frekuenca ω e rrezatimit undulator lidhet me frekuencën e dridhjeve tërthore ω 0 të grimcës nga relacioni

ku θ është këndi ndërmjet shpejtësisë së grimcave v dhe drejtimit të përhapjes së rrezatimit undulator. Një analog i këtij lloji rrezatimi është rrezatimi që ndodh kur grimcat e ngarkuara kanalizohen në kristale të vetme, kur një grimcë që lëviz midis planeve grafike kristalore fqinje përjeton dridhje tërthore për shkak të ndërveprimit me një fushë intrakristalore.

Rrezatimi Vavilov-Cherenkov vërehet kur një grimcë e ngarkuar lëviz në mënyrë të njëtrajtshme në një mjedis me një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë fazore të dritës c/ε 1/2 në mjedis (ε është lejueshmëria e mediumit). Në këtë rast, një pjesë e fushës së vetë grimcës mbetet pas saj dhe formon valë elektromagnetike që përhapen në një kënd në drejtimin e lëvizjes së grimcave (shih rrezatimi Vavilov-Cherenkov), i cili përcaktohet nga barazia cos θ = с/vε 1/2 . Për zbulimin dhe shpjegimin e këtij lloji rrënjësisht të ri rrezatimi, i cili ka gjetur aplikim të gjerë për matjen e shpejtësisë së grimcave të ngarkuara, I. E. Tamm, I. M. Frank dhe P. A. Cherenkov u nderuan me çmimin Nobel (1958).

rrezatimi i tranzicionit(parashikuar nga V. L. Ginzburg dhe I. M. Frank në 1946) lind gjatë lëvizjes drejtvizore uniforme të një grimce të ngarkuar në hapësirë ​​me veti dielektrike johomogjene. Më shpesh, ai formohet kur një grimcë kalon ndërfaqen midis dy mediave me lejime të ndryshme (shpesh është ky rrezatim që konsiderohet rrezatim tranzicioni; shih Rrezatimi në tranzicion). Vetëfusha e një grimce që lëviz me një shpejtësi konstante në media të ndryshme është e ndryshme, kështu që në ndërfaqen midis mediave, fusha e vetvetes riorganizohet, duke çuar në rrezatim. Rrezatimi i tranzicionit nuk varet nga masa e një grimce të shpejtë, intensiteti i tij nuk varet nga shpejtësia e grimcës, por nga energjia e saj, gjë që bën të mundur krijimin e metodave unike të sakta mbi bazën e tij për zbulimin e grimcave me energji ultra të lartë.

Rrezatimi i difraksionit lind gjatë kalimit të një grimce të ngarkuar në një vakum pranë sipërfaqes së një substance, kur fusha e vetë grimcës ndryshon për shkak të ndërveprimit të saj me johomogjenitetet sipërfaqësore. Rrezatimi i difraksionit përdoret me sukses për të studiuar vetitë sipërfaqësore të materies.

Rrezatimi i sistemeve të grimcave të ngarkuara.

Sistemi më i thjeshtë që mund të rrezatojë është një dipol elektrik me një moment dipoli të ndryshueshëm - një sistem i dy grimcave lëkundëse të ngarkuara në mënyrë të kundërt. Kur ndryshon fusha e dipolit, për shembull, kur grimcat vibrojnë përgjatë vijës së drejtë (boshti i dipolit) që i lidh ato me njëra-tjetrën, një pjesë e fushës shkëputet dhe formohen valë elektromagnetike. Një rrezatim i tillë nuk është izotropik, energjia e tij në drejtime të ndryshme nuk është e njëjtë: është maksimale në drejtimin pingul me boshtin e lëkundjes së grimcave dhe mungon në drejtimin pingul, për drejtimet e ndërmjetme, intensiteti i tij është proporcional me sinθ 2 (θ është këndi ndërmjet drejtimit të rrezatimit dhe boshtit të lëkundjes së grimcave). Emituesit realë, si rregull, përbëhen nga një numër i madh grimcash të ngarkuara në mënyrë të kundërt, por shpesh duke marrë parasysh vendndodhjen e tyre dhe detajet e lëvizjes larg sistemit janë të parëndësishme; në këtë rast, është e mundur të thjeshtohet shpërndarjen e vërtetë duke "tërhequr" tarifat me të njëjtin emër në disa qendra të shpërndarjes së ngarkesave. Nëse sistemi në tërësi është elektrikisht neutral, atëherë rrezatimi i tij mund të konsiderohet përafërsisht si rrezatimi i një dipoli elektrik.

Nëse sistemi nuk ka rrezatim dipol, atëherë ai mund të përfaqësohet si një katërpol ose një sistem më kompleks - një shumëpol. Kur ngarkesat lëvizin në të, lind rrezatimi katërpolësh elektrik ose shumëpolësh. Burimet e rrezatimit mund të jenë gjithashtu sisteme që janë dipole magnetike (për shembull, një lak rrymë) ose shumëpole magnetike. Intensiteti i rrezatimit të dipolit magnetik, si rregull, është (v/c) 2 herë më i vogël se intensiteti i rrezatimit të dipolit elektrik dhe i rendit të njëjtë të madhësisë si rrezatimi katërpolësh elektrik.

Teoria kuantike e rrezatimit. Elektrodinamika kuantike merr në konsideratë proceset e rrezatimit nga sistemet kuantike (atomet, molekulat, bërthamat atomike, etj.), sjellja e të cilave i nënshtrohet ligjeve të mekanikës kuantike; në këtë rast, fusha e lirë elektromagnetike paraqitet si një grup kuantesh të kësaj fushe - fotone. Energjia e fotonit E është proporcionale me frekuencën e saj v (v = ω/2π), domethënë E=hv (h është konstanta e Plankut), dhe momenti p është proporcional me vektorin e valës k: p = hk. Emetimi i një fotoni shoqërohet me një kalim kuantik të sistemit nga një gjendje me energji E 1 në një gjendje me energji më të ulët E 2 =E 1 - hv (nga niveli i energjisë E 1 në nivelin E 2). Energjia e një sistemi kuantik të lidhur (për shembull, një atom) kuantizohet, domethënë merr vetëm vlera diskrete; frekuencat e rrezatimit të një sistemi të tillë janë gjithashtu diskrete. Kështu, rrezatimi i një sistemi kuantik përbëhet nga linja të veçanta spektrale me frekuenca të caktuara, d.m.th., ai ka një spektër diskret. Një spektër emetimi i vazhdueshëm (i vazhdueshëm) fitohet kur një (ose të dyja) nga sekuencat e vlerave të energjive fillestare dhe përfundimtare të sistemit në të cilin ndodh tranzicioni kuantik është i vazhdueshëm (për shembull, gjatë rikombinimit të një elektroni të lirë dhe një jon).

Elektrodinamika kuantike bëri të mundur llogaritjen e intensiteteve të rrezatimit të sistemeve të ndryshme, marrjen në konsideratë të probabiliteteve të tranzicioneve jorrezatuese, proceset e transferimit të rrezatimit, llogaritjen e të ashtuquajturave korrigjime rrezatuese dhe karakteristika të tjera të rrezatimit të sistemeve kuantike.

Të gjitha gjendjet e atomit, përveç gjendjes bazë (gjendja me energji minimale), të quajtura gjendje të ngacmuara, janë të paqëndrueshme. Duke qenë në to, atomi pas një kohe të caktuar (rreth 10 -8 s) lëshon spontanisht një foton; rrezatimi i tillë quhet spontan ose spontan. Karakteristikat e emetimit spontan të një atomi - drejtimi i përhapjes, intensiteti, polarizimi - nuk varen nga kushtet e jashtme. Grupi i gjatësive të valëve të rrezatimit është individual për atomin e çdo elementi kimik dhe përfaqëson spektrin e tij atomik. Rrezatimi kryesor i një atomi është rrezatimi dipol, i cili mund të ndodhë vetëm gjatë tranzicioneve kuantike të lejuara nga rregullat e përzgjedhjes për tranzicionet e dipoleve elektrike, domethënë me marrëdhënie të caktuara midis karakteristikave (numrave kuantikë) të gjendjeve fillestare dhe përfundimtare të atomit. Rrezatimi shumëpolësh i një atomi (të ashtuquajturat vija të ndaluara) gjithashtu mund të lindë në kushte të caktuara, por probabiliteti i tranzicionit në të cilin ndodh është i vogël dhe intensiteti i tij është zakonisht i ulët. Rrezatimi i bërthamave atomike ndodh gjatë tranzicioneve kuantike midis niveleve të energjisë bërthamore dhe përcaktohet nga rregullat përkatëse të përzgjedhjes.

rrezatimi i molekulave të ndryshme, në të cilat ndodhin lëvizje vibruese dhe rrotulluese të grimcave të ngarkuara përbërëse të tyre, ka spektra komplekse që kanë një strukturë elektro-vibruese-rrotulluese (shih Spectra molekulare).

Probabiliteti i emetimit të një fotoni me moment hk dhe energji hv është proporcional me (n k + 1), ku n k është numri i fotoneve saktësisht të njëjta në sistem përpara momentit të emetimit. Në n k = 0, ndodh emetimi spontan, nëse n k ≠ 0, shfaqet edhe emetimi i stimuluar. Një foton me emetim të stimuluar, ndryshe nga ai spontan, ka të njëjtin drejtim të përhapjes, frekuencës dhe polarizimit si një foton i rrezatimit të jashtëm; intensiteti i emetimit të stimuluar është proporcional me numrin e fotoneve të rrezatimit të jashtëm. Ekzistenca e emetimit të stimuluar u postulua në vitin 1916 nga A. Einstein, i cili llogariti probabilitetin e emetimit të stimuluar (shih koeficientët e Ajnshtajnit). Në kushte normale, probabiliteti (dhe, rrjedhimisht, intensiteti) i emetimit të stimuluar është i vogël, por në gjeneratorët kuantikë (lazerët), për të rritur n k, substanca punuese (emetuesi) vendoset në zgavra optike që mbajnë fotonet e rrezatimit të jashtëm pranë. atë. Çdo foton i emetuar nga substanca rritet n k, kështu që intensiteti i rrezatimit me një k të dhënë rritet me shpejtësi në një intensitet të ulët të emetimit të fotoneve me të gjithë k të tjerat. Si rezultat, gjeneratori kuantik rezulton të jetë një burim i rrezatimit të stimuluar me një brez shumë të ngushtë të vlerave v dhe k - rrezatim koherent. Fusha e një rrezatimi të tillë është shumë intensive, mund të bëhet e krahasueshme në madhësi me fushat intramolekulare, dhe bashkëveprimi i rrezatimit të gjeneratorit kuantik (rrezatimi lazer) me materien bëhet jolinear (shih Optika jolineare).

Rrezatimi i objekteve të ndryshme mbart informacion për strukturën, vetitë dhe proceset e tyre që ndodhin në to; studimi i tij është një mënyrë e fuqishme dhe shpesh e vetmja (për shembull, për trupat kozmikë) për t'i studiuar ato. Teoria e rrezatimit luan një rol të veçantë në formimin e pamjes moderne fizike të botës. Në procesin e ndërtimit të kësaj teorie, u ngrit teoria e relativitetit, mekanika kuantike, u krijuan burime të reja të rrezatimit, u morën një sërë arritjesh në fushën e inxhinierisë radio, elektronike, etj.

Lit .: Akhiezer A. I., Berestetsky V. B. Elektrodinamika kuantike. Ed. 4. M., 1981; Landau L.D., Lifshits E.M. Teoria e fushës. botimi i 8-të. M., 2001; Tamm I. E. Bazat e teorisë së energjisë elektrike. botimi i 11-të. M., 2003.

Beta, gama.

Si formohen ato?

Të gjitha llojet e mësipërme të rrezatimit janë produkt i procesit të kalbjes së izotopeve të substancave të thjeshta. Atomet e të gjithë elementëve përbëhen nga një bërthamë dhe elektrone që rrotullohen rreth saj. Bërthama është njëqind mijë herë më e vogël se atomi, por, për shkak të densitetit jashtëzakonisht të lartë, masa e saj është pothuajse e barabartë me masën totale të të gjithë atomit. Bërthama përmban grimca të ngarkuara pozitivisht - protone dhe neutrone që nuk kanë ngarkesë elektrike. Të dyja janë të lidhura ngushtë me njëri-tjetrin. Nga numri i protoneve në bërthamë, ata përcaktojnë se cilit atom të veçantë i përket, për shembull, - 1 proton në bërthamë është hidrogjen, 8 protone është oksigjen, 92 protone është uranium. në një atom korrespondon me numrin e protoneve në bërthamën e tij. Çdo elektron ka një ngarkesë elektrike negative, të barabartë me ngarkesën e një protoni, për këtë arsye, në tërësi, atomi është neutral.

Ato atome që kanë bërthama identike në numrin e protoneve, por të ndryshme në numrin e neutroneve, janë variante të një lënde kimike dhe quhen izotopë të saj. Për t'i dalluar disi ato, simbolit që tregon një element i caktohet një numër, i cili është shuma e të gjitha grimcave që janë në bërthamën e këtij izotopi. Për shembull, bërthama e elementit uranium-238 përfshin 92 protone, si dhe 146 neutrone, dhe uranium-235, gjithashtu 92 protone, por tashmë ka 143 neutrone.Shumica e izotopeve janë të paqëndrueshme. Për shembull, uraniumi-238, lidhjet midis protoneve dhe neutroneve në bërthamën e të cilit janë shumë të dobëta dhe herët a vonë një grup kompakt i përbërë nga një palë neutronesh dhe një palë protone do të ndahet prej tij, duke e kthyer uraniumin-238 në një tjetër. element - torium-234, gjithashtu një element i paqëndrueshëm, bërthama e të cilit përmban 144 neutrone dhe 90 protone. Prishja e tij do të vazhdojë zinxhirin e transformimeve, i cili do të ndalet me formimin e atomit të plumbit. Gjatë secilit prej këtyre zbërthimeve, energjia çlirohet, duke krijuar lloje të ndryshme të

Nëse thjeshtojmë situatën, atëherë mund të përshkruajmë shfaqjen e llojeve të ndryshme lëshon një bërthamë, e cila përbëhet nga një palë neutrone dhe një palë protone, rrezet beta vijnë nga një elektron. Dhe ka situata në të cilat izotopi është aq i ngacmuar sa lëshimi i grimcave nuk e stabilizon plotësisht atë, dhe më pas e hedh tepricën e energjisë së pastër në një pjesë, ky proces quhet rrezatim gama. Llojet e tilla të rrezatimit si rrezet gama dhe rrezet e ngjashme X, formohen pa emetimin e grimcave materiale. Koha që i duhet gjysmës së të gjitha atomeve të çdo izotopi të veçantë në çdo burim radioaktiv për t'u zbërthyer quhet gjysmë jeta. Procesi i transformimeve atomike është i vazhdueshëm dhe aktiviteti i tij vlerësohet nga numri i zbërthimeve që kanë ndodhur në një sekondë dhe matet në bekerel (1 atom për sekondë).

Llojet e ndryshme të rrezatimit karakterizohen nga çlirimi i sasive të ndryshme të energjisë dhe aftësia e tyre depërtuese është gjithashtu e ndryshme, kështu që ato ndikojnë ndryshe edhe në indet e organizmave të gjallë.

Rrezatimi alfa, i cili është një rrjedhë grimcash të rënda, madje mund të vonojë një copë letre, nuk është në gjendje të depërtojë në shtresën e qelizave të vdekura të epidermës. Nuk është e rrezikshme për sa kohë që substancat që lëshojnë grimca alfa nuk hyjnë në trup nëpërmjet plagëve ose nëpërmjet ushqimit dhe/ose ajrit të thithur. Pikërisht atëherë ato bëhen jashtëzakonisht të rrezikshme.

Rrezatimi beta është i aftë të depërtojë 1-2 centimetra në indet e një organizmi të gjallë.

Rrezet gama, të cilat udhëtojnë me shpejtësinë e dritës, janë më të rrezikshmet dhe mund të ndalohen vetëm nga një pllakë e trashë plumbi ose betoni.

Të gjitha llojet e rrezatimit mund të shkaktojnë dëme në një organizëm të gjallë, dhe ato do të jenë sa më të mëdha, aq më shumë energji u transferua në inde.

Në aksidente të ndryshme në objektet bërthamore dhe gjatë armiqësive me përdorimin e armëve bërthamore, është e rëndësishme të merren parasysh faktorët dëmtues që ndikojnë në trupin në tërësi. Përveç efekteve të dukshme fizike tek një person, lloje të ndryshme të rrezatimit elektromagnetik gjithashtu kanë një efekt të dëmshëm.

Rrezatimi radioaktiv është një efekt i fuqishëm në trupin e njeriut, i aftë për të shkaktuar procese të pakthyeshme që çojnë në pasoja tragjike. Në varësi të fuqisë, lloje të ndryshme të rrezatimit radioaktiv mund të shkaktojnë sëmundje serioze, ose, përkundrazi, mund të shërojnë një person. Disa prej tyre përdoren për qëllime diagnostikuese. Me fjalë të tjera, gjithçka varet nga kontrollueshmëria e procesit, d.m.th. intensiteti i tij dhe kohëzgjatja e ekspozimit ndaj indeve biologjike.

Thelbi i fenomenit

Në rastin e përgjithshëm, koncepti i rrezatimit nënkupton lëshimin e grimcave dhe përhapjen e tyre në formën e valëve. Radioaktiviteti nënkupton prishjen spontane të bërthamave të atomeve të substancave të caktuara me shfaqjen e një rryme grimcash të ngarkuara me fuqi të lartë. Substancat e afta për një fenomen të tillë quhen radionuklide.

Pra, çfarë është rrezatimi radioaktiv? Zakonisht, nën këtë term, vërehen si emetimet radioaktive ashtu edhe ato të rrezatimit. Në thelbin e tij, kjo është një rrjedhë e drejtuar e grimcave elementare me fuqi të konsiderueshme, duke shkaktuar jonizimin e çdo mediumi që i pengon: ajri, lëngjet, metalet, mineralet dhe substancat e tjera, si dhe indet biologjike. Jonizimi i çdo materiali çon në një ndryshim në strukturën dhe vetitë e tij themelore. Indet biologjike, përfshirë. të trupit të njeriut, pësojnë ndryshime që janë të papajtueshme me aktivitetin e tyre jetësor.

Llojet e ndryshme të rrezatimit radioaktiv kanë aftësi të ndryshme depërtuese dhe jonizuese. Vetitë e dëmshme varen nga karakteristikat themelore të mëposhtme të radionuklideve: lloji i rrezatimit, fuqia e fluksit, gjysma e jetës. Aftësia jonizuese vlerësohet nga treguesi specifik: numri i joneve të substancës së jonizuar, të formuar në një distancë prej 10 mm përgjatë rrugës së depërtimit të rrezatimit.

Ndikimi negativ në një person

Ekspozimi ndaj rrezatimit të një personi çon në ndryshime strukturore në indet e trupit. Si rezultat i jonizimit, në to shfaqen radikalet e lira, të cilat janë molekula kimikisht aktive që dëmtojnë dhe vrasin qelizat. I pari dhe më i prekuri është sistemi gastrointestinal, gjenitourinar dhe hematopoietik. Ka simptoma të theksuara të mosfunksionimit të tyre: të përziera dhe të vjella, ethe, jashtëqitje e dëmtuar.

Mjaft tipike është një katarakt rrezatimi i shkaktuar nga ekspozimi ndaj rrezatimit në indet e syrit. Ka pasoja të tjera serioze të ekspozimit ndaj rrezatimit: skleroza vaskulare, një rënie e mprehtë e imunitetit, probleme hematogjene. Me rrezik të veçantë është dëmtimi i mekanizmit gjenetik. Radikalët aktivë në zhvillim janë në gjendje të ndryshojnë strukturën e bartësit kryesor të informacionit gjenetik - ADN-së. Çrregullime të tilla mund të çojnë në mutacione të paparashikueshme që prekin brezat e ardhshëm.

Shkalla e dëmtimit të trupit të njeriut varet nga llojet e rrezatimit radioaktiv, cili është intensiteti dhe ndjeshmëria individuale e trupit. Treguesi kryesor është doza e rrezatimit, e cila tregon se sa rrezatim ka hyrë në trup. Është vërtetuar se një dozë e vetme e madhe është shumë më e rrezikshme sesa akumulimi i një doze të tillë gjatë ekspozimit të zgjatur ndaj rrezatimit me fuqi të ulët. Sasia e rrezatimit të përthithur nga trupi matet në evert (Ev).

Çdo mjedis jetësor ka një nivel të caktuar rrezatimi. Sfondi i rrezatimit konsiderohet normal jo më i lartë se 0,18-0,2 meV / orë ose 20 mikroroentgjene. Niveli kritik që çon në vdekje vlerësohet në 5.5-6.5 Ev.

Llojet e rrezatimit

Siç u përmend, rrezatimi radioaktiv dhe llojet e tij mund të ndikojnë në trupin e njeriut në mënyra të ndryshme. Mund të dallohen llojet e mëposhtme kryesore të rrezatimit.

Rrezatimet e tipit korpuskular, të cilat janë rrjedha grimcash:

1. Rrezatimi alfa. Kjo është një rrjedhë e përbërë nga grimca alfa, të cilat kanë një fuqi të madhe jonizuese, por thellësia e depërtimit është e vogël. Edhe një copë letër e trashë mund të ndalojë grimca të tilla. Veshja e njeriut luan në mënyrë efektive rolin e mbrojtjes.
2. Rrezatimi beta shkaktohet nga një rrymë grimcash beta që fluturojnë me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës. Për shkak të shpejtësisë së madhe, këto grimca kanë një aftësi të shtuar depërtuese, por aftësitë e tyre jonizuese janë më të ulëta se në versionin e mëparshëm. Dritaret e dritareve ose një fletë metalike 8-10 mm e trashë mund të shërbejnë si ekran nga ky rrezatim. Për njerëzit, është shumë e rrezikshme me kontakt të drejtpërdrejtë me lëkurën.
3. Rrezatimi neutron përbëhet nga neutrone dhe ka efektin më të madh dëmtues. Mbrojtja e mjaftueshme ndaj tyre sigurohet nga materialet në strukturën e të cilave ka hidrogjen: uji, parafina, polietileni etj.

Rrezatimi valor, i cili është përhapja e rrezeve të energjisë:

1. Rrezatimi gama është, në thelb, një fushë elektromagnetike e krijuar gjatë transformimeve radioaktive në atome. Valët lëshohen në formën e kuanteve, impulseve. Rrezatimi ka një përshkueshmëri shumë të lartë, por një fuqi të ulët jonizuese. Për t'u mbrojtur nga rrezet e tilla nevojiten ekrane prej metalesh të rënda.
2. Rrezet X, ose rrezet X. Këto rreze kuantike janë në shumë mënyra të ngjashme me rrezet gama, por fuqia depërtuese është disi e nënvlerësuar. Kjo lloj valë prodhohet në makinat me rreze x me vakum duke goditur elektronet në një objektiv të veçantë. Qëllimi diagnostik i këtij rrezatimi është i njohur mirë. Sidoqoftë, duhet mbajtur mend se veprimi i zgjatur i tij mund të shkaktojë dëm serioz në trupin e njeriut.

Si mund të rrezatohet një person

Një person merr ekspozim radioaktiv me kusht që rrezatimi të hyjë në trupin e tij. Mund të ndodhë në 2 mënyra: ndikimi i jashtëm dhe i brendshëm. Në rastin e parë, burimi i rrezatimit radioaktiv është jashtë dhe për arsye të ndryshme një person hyn në fushën e veprimtarisë së tij pa mbrojtjen e duhur. Ekspozimi i brendshëm kryhet kur radionuklidi depërton në trup. Kjo mund të ndodhë kur konsumoni ushqime ose lëngje të rrezatuara, me pluhur dhe gazra, kur thithni ajër të kontaminuar etj.

Burimet e jashtme të rrezatimit mund të ndahen në 3 kategori:

1. Burimet natyrore: elementet e rënda kimike dhe izotopet radioaktive.
2. Burimet artificiale: pajisje teknike që sigurojnë rrezatim gjatë reaksioneve të duhura bërthamore.
3. Rrezatimi i induktuar: media të ndryshme, pasi ekspozohen ndaj rrezatimit intensiv jonizues, bëhen vetë burim rrezatimi.

Objektet më të rrezikshme për sa i përket ekspozimit të mundshëm ndaj rrezatimit përfshijnë burimet e mëposhtme të rrezatimit:

1. Prodhimi i lidhur me nxjerrjen, përpunimin, pasurimin e radionuklideve, prodhimin e karburantit bërthamor për reaktorët, në veçanti industrinë e uraniumit.
2. Reaktorët bërthamorë të çdo lloji, përfshirë. në termocentrale dhe anije.
3. Ndërmarrje radiokimike të përfshira në rigjenerimin e karburantit bërthamor.
4. Vendet e depozitimit (varrimit) të mbetjeve të lëndëve radioaktive, si dhe ndërmarrjet e përpunimit të tyre.
5. Kur përdorni rrezatim në industri të ndryshme: mjekësi, gjeologji, bujqësi, industri, etj.
6. Testimi i armëve bërthamore, shpërthimet bërthamore për qëllime paqësore.

Shfaqja e dëmtimit të trupit

Karakteristika e rrezatimit radioaktiv luan një rol vendimtar në shkallën e dëmtimit të trupit të njeriut. Si pasojë e ekspozimit zhvillohet sëmundja nga rrezatimi, e cila mund të ketë 2 drejtime: dëmtime somatike dhe gjenetike. Sipas kohës së shfaqjes, dallohet një efekt i hershëm dhe i largët.

Efekti i hershëm zbulon simptoma karakteristike në periudhën nga 1 orë deri në 2 muaj. Shenjat e mëposhtme konsiderohen tipike: skuqje dhe lëkurë e lëkurës, turbullim i thjerrëzave të syrit, shkelje e procesit hematopoietik. Opsioni ekstrem me një dozë të madhe rrezatimi është një rezultat vdekjeprurës. Lezionet lokale karakterizohen nga shenja të tilla si djegiet nga rrezatimi i lëkurës dhe mukozave.

Manifestimet në distancë zbulohen pas 3-5 muajsh, madje edhe pas disa vitesh. Në këtë rast, vërehen lezione të vazhdueshme të lëkurës, tumore malinje të lokalizimit të ndryshëm, një përkeqësim i mprehtë i imunitetit, një ndryshim në përbërjen e gjakut (një rënie e konsiderueshme në nivelin e eritrociteve, leukociteve, trombociteve dhe neutrofileve). Si rezultat, shpesh zhvillohen sëmundje të ndryshme infektive dhe jetëgjatësia zvogëlohet ndjeshëm.

Për të parandaluar ekspozimin e njeriut ndaj rrezatimit jonizues, përdoren lloje të ndryshme të mbrojtjes, të cilat varen nga lloji i rrezatimit. Për më tepër, rregullohen standarde strikte për kohëzgjatjen maksimale të qëndrimit të një personi në zonën e rrezatimit, distancën minimale nga burimi i rrezatimit, përdorimin e pajisjeve mbrojtëse personale dhe instalimin e ekraneve mbrojtëse.

Rrezatimi radioaktiv mund të ketë një efekt të fortë shkatërrues në të gjitha indet e trupit të njeriut. Në të njëjtën kohë, përdoret edhe në trajtimin e sëmundjeve të ndryshme. E gjitha varet nga doza e rrezatimit të marrë nga një person në një mënyrë të vetme ose afatgjatë. Vetëm respektimi i rreptë i standardeve të mbrojtjes nga rrezatimi do të ndihmojë në ruajtjen e shëndetit, edhe nëse jeni brenda rrezes së një burimi rrezatimi.

Prezantimi

Rrezatimi jonizues, nëse flasim për të në terma të përgjithshëm, janë lloje të ndryshme mikrogrimcash dhe fushash fizike të afta të jonizojnë një substancë. Llojet kryesore të rrezatimit jonizues janë rrezatimi elektromagnetik (rrezatimi me rreze X dhe gama), si dhe rrjedhat e grimcave të ngarkuara - grimcat alfa dhe grimcat beta që ndodhin gjatë një shpërthimi bërthamor. Mbrojtja nga faktorët dëmtues është baza e mbrojtjes civile të vendit. Konsideroni llojet kryesore të rrezatimit jonizues.

Llojet e rrezatimit

rrezatimi alfa

Rrezatimi alfa është një rrymë grimcash të ngarkuara pozitivisht të formuara nga 2 protone dhe 2 neutrone. Grimca është identike me bërthamën e atomit të helium-4 (4He2+). Ajo formohet gjatë kalbjes alfa të bërthamave. Për herë të parë, rrezatimi alfa u zbulua nga E. Rutherford. Duke studiuar elementët radioaktivë, në veçanti, duke studiuar elementë të tillë radioaktivë si uraniumi, radiumi dhe aktiniumi, E. Rutherford arriti në përfundimin se të gjithë elementët radioaktivë lëshojnë rreze alfa dhe beta. Dhe, më e rëndësishmja, radioaktiviteti i çdo elementi radioaktiv zvogëlohet pas një periudhe të caktuar kohe. Burimi i rrezatimit alfa janë elementet radioaktive. Ndryshe nga llojet e tjera të rrezatimit jonizues, rrezatimi alfa është më i padëmshmi. Është e rrezikshme vetëm kur një substancë e tillë hyn në trup (inhalimi, ngrënia, pirja, fërkimi, etj.), pasi diapazoni i një grimce alfa, për shembull, me një energji prej 5 MeV, në ajër është 3.7 cm, dhe në ind biologjik 0, 05 mm. Rrezatimi alfa i një radionuklidi që ka hyrë në trup shkakton një shkatërrim vërtet të tmerrshëm, tk. faktori i cilësisë për rrezatimin alfa me energji më të vogla se 10 MeV është 20 mm. dhe humbjet e energjisë ndodhin në një shtresë shumë të hollë të indit biologjik. Praktikisht e djeg atë. Kur grimcat alfa absorbohen nga organizmat e gjallë, mund të ndodhin efekte mutagjene (faktorë që shkaktojnë mutacion), kancerogjen (substanca ose agjent fizik (rrezatim) që mund të shkaktojë zhvillimin e neoplazmave malinje) dhe efekte të tjera negative. Aftësia depërtuese A. - dhe. i vogël sepse mbajtur prapa nga një copë letër.

rrezatimi beta

Grimca beta (grimca beta), një grimcë e ngarkuar e emetuar si rezultat i kalbjes beta. Rrjedha e grimcave beta quhet rreze beta ose rrezatim beta.

Grimcat beta të ngarkuara negativisht janë elektronet (b-), të ngarkuara pozitivisht - pozitronet (b+).

Energjitë e grimcave beta shpërndahen vazhdimisht nga zero në njëfarë energjie maksimale, në varësi të izotopit të kalbur; kjo energji maksimale varion nga 2,5 keV (për renium-187) deri në dhjetëra MeV (për bërthamat jetëshkurtra larg vijës së stabilitetit beta).

Rrezet beta nën veprimin e fushave elektrike dhe magnetike devijojnë nga një drejtim drejtvizor. Shpejtësia e grimcave në rrezet beta është afër shpejtësisë së dritës.

Rrezet beta janë në gjendje të jonizojnë gazrat, të shkaktojnë reaksione kimike, lumineshencë, të veprojnë në pllaka fotografike.

Doza të konsiderueshme të rrezatimit të jashtëm beta mund të shkaktojnë djegie nga rrezatimi në lëkurë dhe të çojnë në sëmundje nga rrezatimi. Akoma më i rrezikshëm është ekspozimi i brendshëm nga radionuklidet beta-aktive që kanë hyrë në trup. Rrezatimi beta ka një fuqi depërtuese dukshëm më të ulët se rrezatimi gama (megjithatë, një rend i madhësisë më i madh se rrezatimi alfa). Një shtresë e çdo substance me një densitet sipërfaqësor prej rreth 1 g/cm2 (për shembull, disa milimetra alumini ose disa metra ajër) thith pothuajse plotësisht grimcat beta me një energji prej rreth 1 MeV.

Rrezatimi gama

Rrezatimi gama është një lloj rrezatimi elektromagnetik me një gjatësi vale jashtëzakonisht të shkurtër -< 5Ч10-3 нм и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению, если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке-то к рентгеновскому излучению. Очевидно, физически кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Rrezatimi gama emetohet gjatë tranzicionit midis gjendjeve të ngacmuara të bërthamave atomike (energjitë e kuanteve të tilla gama variojnë nga ~ 1 keV në dhjetëra MeV), gjatë reaksioneve bërthamore (për shembull, gjatë asgjësimit të një elektroni dhe një pozitroni, prishja e një pion neutral, etj.), si dhe gjatë devijimit të grimcave të ngarkuara energjike në fushat magnetike dhe elektrike (shih Rrezatimi sinkrotron).

Rrezet gama, ndryshe nga rrezet b dhe rrezet b, nuk devijohen nga fusha elektrike dhe magnetike dhe karakterizohen nga fuqia më e madhe depërtuese në energji të barabarta dhe kushte të tjera të barabarta. Rrezet gama shkaktojnë jonizimin e atomeve të materies. Proceset kryesore që ndodhin gjatë kalimit të rrezatimit gama përmes materies:

Efekti fotoelektrik (gama kuantike absorbohet nga elektroni i guaskës atomike, duke transferuar të gjithë energjinë në të dhe duke jonizuar atomin).

Shpërndarja e komptonit (gama-kuantike shpërndahet nga një elektron, duke transferuar në të një pjesë të energjisë së tij).

Lindja e çifteve elektron-pozitron (në fushën e bërthamës një kuant gama me energji të paktën 2mec2=1.022 MeV kthehet në elektron dhe pozitron).

Proceset fotonukleare (në energjitë mbi disa dhjetëra MeV, një kuantë gama është në gjendje të rrëzojë nukleonet nga bërthama).

Rrezet gama, si çdo foton tjetër, mund të polarizohen.

Rrezatimi me rreze gama, në varësi të dozës dhe kohëzgjatjes, mund të shkaktojë sëmundje kronike dhe akute të rrezatimit. Efektet stokastike të rrezatimit përfshijnë lloje të ndryshme të kancerit. Në të njëjtën kohë, rrezatimi gama pengon rritjen e qelizave kancerogjene dhe qelizave të tjera që ndahen me shpejtësi. Rrezatimi gama është një faktor mutagjen dhe teratogjen.

Një shtresë materie mund të shërbejë si mbrojtje kundër rrezatimit gama. Efektiviteti i mbrojtjes (d.m.th., probabiliteti i përthithjes së një gama-kuantike kur kalon nëpër të) rritet me një rritje të trashësisë së shtresës, densitetit të substancës dhe përmbajtjes së bërthamave të rënda (plumbi, tungsteni, i varfëruar. uranium etj.) në të.

Llojet e rrezatimit jonizues

Rrezatimi jonizues (IR) - rrjedhat e grimcave elementare (elektrone, pozitrone, protone, neutrone) dhe kuante të energjisë elektromagnetike, kalimi i të cilave përmes substancës çon në jonizimin (formimin e joneve me polaritete të ndryshme) dhe ngacmimin e atomeve dhe molekulave të saj. Jonizimi - shndërrimi i atomeve ose molekulave neutrale në grimca të ngarkuara elektrikisht - jone. bII bien në Tokë në formën e rrezeve kozmike, lindin si rezultat i zbërthimit radioaktiv të bërthamave atomike (grimcat β β, γ- dhe rrezet X) , krijohen artificialisht në përshpejtuesit e grimcave të ngarkuara. Me interes praktik janë llojet më të zakonshme të IR - flukset e grimcave a- dhe β, rrezatimi γ, rrezet X dhe flukset e neutroneve.

rrezatimi alfa(a) - rrjedha e grimcave të ngarkuara pozitivisht - bërthamat e heliumit. Aktualisht njihen më shumë se 120 bërthama alfa radioaktive artificiale dhe natyrore, të cilat, duke emetuar një grimcë α, humbasin 2 protone dhe 2 neutrone. Shpejtësia e grimcave gjatë kalbjes është 20 mijë km/s. Në të njëjtën kohë, grimcat α kanë aftësinë më të ulët depërtuese, gjatësia e rrugës së tyre (distanca nga burimi deri në thithjen) në trup është 0,05 mm, në ajër - 8–10 cm. Ato nuk mund të kalojnë as nëpër një fletë letre. , por dendësia e jonizimit për njësi diapazoni është shumë i madh (nga 1 cm deri në dhjetëra mijëra çifte), kështu që këto grimca kanë aftësinë më të lartë jonizuese dhe janë të rrezikshme brenda trupit.

rrezatimi beta(β) është fluksi i grimcave të ngarkuara negativisht. Aktualisht njihen rreth 900 izotope radioaktive beta. Masa e grimcave β është disa dhjetëra mijëra herë më pak se grimcat α, por ato kanë një fuqi më të madhe depërtuese. Shpejtësia e tyre është 200-300 mijë km/s. Gjatësia e rrugës së rrjedhës nga burimi në ajër është 1800 cm, në indet e njeriut - 2,5 cm.-grimcat β mbahen plotësisht nga materiale të ngurta (pllakë alumini 3,5 mm, xhami organik); aftësia e tyre jonizuese është 1000 herë më e vogël se ajo e grimcave α.

Rrezatimi gama(γ) - rrezatimi elektromagnetik me një gjatësi vale nga 1 10 -7 m deri në 1 10 -14 m; emetohet gjatë ngadalësimit të elektroneve të shpejta në materie. Ai lind nga prishja e shumicës së substancave radioaktive dhe ka një fuqi të lartë depërtuese; përhapet me shpejtësinë e dritës. Në fushat elektrike dhe magnetike, rrezet γ nuk devijohen. Ky rrezatim ka një fuqi jonizuese më të ulët se rrezatimi a- dhe β, pasi densiteti i jonizimit për njësi gjatësi është shumë i ulët.

rrezatimi me rreze x mund të merret në tuba të posaçëm të rrezeve X, në përshpejtues elektronesh, gjatë ngadalësimit të elektroneve të shpejta në materie dhe gjatë kalimit të elektroneve nga shtresat e jashtme elektronike të atomit në ato të brendshme, kur krijohen jonet. Rrezet X, si rrezatimi γ, kanë një aftësi të ulët jonizuese, por një thellësi të madhe depërtimi.

Neutronet - grimcat elementare të bërthamës atomike, masa e tyre është 4 herë më e vogël se masa e grimcave α. Jeta e tyre është rreth 16 minuta. Neutronet nuk kanë ngarkesë elektrike. Gjatësia e rrugës së neutroneve të ngadalta në ajër është rreth 15 m, në një mjedis biologjik - 3 cm; për neutronet e shpejta, përkatësisht 120 m dhe 10 cm.Këta të fundit kanë fuqi depërtuese të lartë dhe paraqesin rrezikun më të madh.

Ekzistojnë dy lloje të rrezatimit jonizues:

Korpuskulare, e përbërë nga grimca me masë pushimi jo zero (rrezatim α-, β- dhe neutron);

Elektromagnetike (rrezatimi γ- dhe rreze X) - me një gjatësi vale shumë të shkurtër.

Për të vlerësuar ndikimin e rrezatimit jonizues në çdo substancë dhe organizëm të gjallë, përdoren sasi të veçanta - dozat e rrezatimit. Karakteristika kryesore e bashkëveprimit të rrezatimit jonizues dhe mediumit është efekti jonizues. Në periudhën fillestare të zhvillimit të dozimetrisë së rrezatimit, më së shpeshti ishte e nevojshme të merreshim me rrezet X që përhapeshin në ajër. Prandaj, shkalla e jonizimit të ajrit të tubave ose aparateve me rreze X është përdorur si masë sasiore e fushës së rrezatimit. Një masë sasiore e bazuar në sasinë e jonizimit të ajrit të thatë në presion normal atmosferik, e cila është mjaft e lehtë për t'u matur, quhet doza e ekspozimit.

Doza e ekspozimit përcakton aftësinë jonizuese të rrezeve X dhe rrezeve γ dhe shpreh energjinë e rrezatimit të shndërruar në energji kinetike të grimcave të ngarkuara për njësi masë të ajrit atmosferik. Doza e ekspozimit është raporti i ngarkesës totale të të gjithë joneve të së njëjtës shenjë në një vëllim elementar ajri me masën e ajrit në këtë vëllim. Në sistemin SI, njësia e dozës së ekspozimit është kulombi i ndarë me kilogramin (C/kg). Njësia jashtë sistemit është roentgen (R). 1 C/kg = 3880 R. Me zgjerimin e gamës së llojeve të njohura të rrezatimit jonizues dhe shtrirjes së zbatimit të tij, rezultoi se masa e efektit të rrezatimit jonizues në një substancë nuk mund të përcaktohet thjesht për shkak të kompleksitetit. dhe shumëllojshmërinë e proceseve që ndodhin në këtë rast. Më e rëndësishmja prej tyre, që shkakton ndryshime fiziko-kimike në substancën e rrezatuar dhe çon në një efekt të caktuar rrezatimi, është thithja e energjisë së rrezatimit jonizues nga substanca. Si rezultat, lindi koncepti i dozës së absorbuar.

Doza e përthithur tregon se sa energji rrezatimi absorbohet për njësi masë të çdo substance të rrezatuar dhe përcaktohet nga raporti i energjisë së absorbuar të rrezatimit jonizues me masën e substancës. Njësia SI e dozës së absorbuar është gri (Gy). 1 Gy është një dozë e tillë në të cilën energjia e rrezatimit jonizues prej 1 J bartet në masën 1 kg. Njësia josistematike e dozës së absorbuar është rad. 1 Gy = 100 rad. Studimi i efekteve individuale të rrezatimit të indeve të gjalla ka treguar se me të njëjtat doza të absorbuara, lloje të ndryshme rrezatimi prodhojnë efekte të pabarabarta biologjike në trup. Kjo është për shkak të faktit se një grimcë më e rëndë (për shembull, një proton) prodhon më shumë jone për njësi rrugë në ind sesa një e lehtë (për shembull, një elektron). Me të njëjtën dozë të absorbuar, efekti shkatërrues radiobiologjik është sa më i lartë, aq më i dendur është jonizimi i krijuar nga rrezatimi. Për të llogaritur këtë efekt, u prezantua koncepti i dozës ekuivalente.

Doza ekuivalente llogaritet duke shumëzuar vlerën e dozës së absorbuar me një koeficient të veçantë - koeficientin e efektivitetit relativ biologjik (RBE) ose faktorin e cilësisë. Vlerat e koeficientit për lloje të ndryshme të rrezatimit janë dhënë në Tabelën. 7.

Tabela 7

Koeficienti relativ i efektivitetit biologjik për lloje të ndryshme të rrezatimit

Njësia SI e dozës ekuivalente është sieverti (Sv). Vlera e 1 Sv është e barabartë me dozën ekuivalente të çdo lloj rrezatimi të përthithur në 1 kg ind biologjik dhe duke krijuar të njëjtin efekt biologjik si doza e përthithur prej 1 Gy rrezatimi fotoni. Njësia jashtë sistemit e dozës ekuivalente është rem (ekuivalenti biologjik i rad). 1 Sv = 100 rem. Disa organe dhe inde njerëzore janë më të ndjeshme ndaj efekteve të rrezatimit se të tjerët: për shembull, në të njëjtën dozë ekuivalente, shfaqja e kancerit në mushkëri ka më shumë gjasa sesa në gjëndrën tiroide, dhe rrezatimi i gjëndrave seksuale është veçanërisht i rrezikshëm. për shkak të rrezikut të dëmtimit gjenetik. Prandaj, dozat e rrezatimit të organeve dhe indeve të ndryshme duhet të merren parasysh me një koeficient të ndryshëm, i cili quhet koeficienti i rrezikut të rrezatimit. Duke shumëzuar vlerën e dozës ekuivalente me koeficientin përkatës të rrezikut të rrezatimit dhe duke e përmbledhur atë në të gjitha indet dhe organet, marrim doza efektive, duke reflektuar efektin e përgjithshëm në trup. Koeficientët e ponderuar vendosen në mënyrë empirike dhe llogariten në atë mënyrë që shuma e tyre për të gjithë organizmin të jetë një. Njësitë e dozës efektive janë të njëjta me njësitë e dozës ekuivalente. Gjithashtu matet me sieverta ose rems.