В 1898 г. М.Складовская-Кюри установила, что излучения испускают не только соли урана, но и элемент торий и его соединения. Она и ее супруг Пьер Кюри выделили из урановой руды два новых радиоактивных элемента, которые были названы полонием и радием.
Естественная радиоактивность - это самопроизвольный распад радиоактивного вещества с образованием а- в и у-излучения и нового вещества с выделением энергии.
Активность радиоактивного вещества - мера количества радиоактивного вещества, выраженная числом распадов атомных ядер в единицу времени. Единица радиоактивности распад атома в секунду.
Кюри - единица измерения активности, символическое обозначение С. I кюри = 3,7 х 1010 актов распада в секунду. Производные от кюри единицы активности 1 милликюрн/1 МКюри = 0,001 кюри микрокюри /I мк кюри 0,00001 кюри/.
Беккерель - один распад в одну секунду.
РАДИЙ - в переводе на русский означает ЛУЧИСТЫЙ. Естественные радиоактивные вещества - это элементы, обладающие свойством самопроизвольно испускать невидимые лучи. Радий испускает три вида излучений, которые были названы по первым трем буквам греческого алфавита: а-лучи, 0-лучи, у-лучи.
Альфа - излучение это поток частиц с массой, равной 4 и двойным положительным зарядом. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов и представляет собой ядра элемента гелия. Альфа-частицы возникают при распаде радиоактивных веществ (естественная радиоактивность) или при явлении искусственной радиоактивности - в ядерном реакторе. Они обладают очень маленькой проникающей способностью, составляющую в тканях человека 50 - 70 мкм. но вызывая при этом высокую плотность ионизации 3-4 тыс. пар ионов на единицу пробега. В воздухе одна альфа частица образует 200 тыс. пар ионов. Высокая плотность ионизации обуславливает высокую биологическуюэффективность. Альфа-частицы, несущие в себе высокую энергию (до 800 Мэв), полученные в атомных реакторах, обладают высокой проникающей способностью.
Бета-излучение - это положительно или отрицательно заряженные частицы. Они образуются при распаде радиоактивных веществ (естественная радиоактивность) или явлении искусственной радиоактивности в ядерном реакторе, а также в линейных или цикли ческих ускорителях (линейный ускоритель, бетатрон). Проникающая способность бета-излучения, образующегося при распаде радиоактивного вещества в ткани равна 8-10 мм. Плотность ионизации от бета-частиц в 100 раз меньше, чем альфа-частиц. Вместе с тем, поток электронов может обладать большой проникающей способностью, образующейся в ускорителях и зависит от энергии, которую они имеют.
Гамма-лучи - электромагнитные колебания по своим свойствам напоминают рентгеновские лучи. Энергия у-лучей, как правило, больше ренттеновых, поэтому проникающая способность значительно больше.
Гамма-излучение - электромагнитное колебание, возникающее при изменении энергетического состояния атомного ядра.
Таблица 4
Свойства излучений
| Вид, природа излучения | Скорость | Энергия (Е) | Длина пробега воздух - ткани | Плотность ионизации в тканях | |
Ядра гелия | 15-20 тыс. км/сек. | До 9 МЭВ | 3-7 см | 50-70 мк | 3000-4000 пар ионов на 1 м |
Поток электронов | 87-298 тыс. км/сек | До 3 МЭВ | до 13 м | до 10 мм | 50-70 пар ионов на 1 м |
| Электромагнитные колебания | 300 тыс. км/сек. | До 3 МЭВ | до 0,6 км | В CM | 3000 пар ионов на всем пути |
Вскоре после открытия радиоактивности было обнаружено существование нескольких десятков элементов с разными атомными весами, каждый из которых имел характерные свойства - радиоактивные.
Число их значительно превышало число клеток в таблице Менделеева, оставшихся свободными. Содди назвал эти разновидности изотопами, что в переводе с греческого языка означает "занимающий одно и то же место". Изотопы данного элемента представляют собой атомы, ядра которых построены из одного и того же числа протонов /обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами/, но имеют различное число нейтронов. В настоящее время у 102 элементов известно 274 стабильных и около 700 радиоактивных изотопов. В ядрах радиоактивных изотопов имеется несоответствие между числом нейтронов и протонов, в результате чего ядро находится в энергетически неустойчивом состоянии.
Стабилизация радиоактивного ядра происходит самопроизвольно без какого бы то ни было внешнего воздействия и этот процесс называется радиоактивным распадом. Каждому радиоактивному элементу свойственна различная, но для данного элемента совершенно определенная вероятность распада. Время, в течение которого распадается половина радиоактивного вещества, носит название периода полураспада.
Э.Резерфорд (1919) сообщил, что путем бомбардировки атомов азота частицами добился превращения их в ядра атомов кислорода, т.е. превращения одного химического элемента в другой.
В 1934г. Ирен и Фредерик Жолио Кюри обнаружили, что после бомбардировки альфа-лучами атомных ядер некоторых нерадиоактивных изотопов химических элементов оли начали испускать проникающие лучи, т.е. становятся радиоактивными. Первый генератор нейтронов, так называемый ускоритель тяжелых зараженных частиц циклотрон, был сконструирован 1930-1936 гг. Лоуренсом. В эти же годы Энрико Ферми со своими сотрудниками показал возможность вызывать искусственную радиоактивность почта всех химических элементов путем воздействия нейтронов. В 1934 г. супруги Жолио Кюри впервые получили влаборатории искусственные радиоактивные изотопы. В 1939 г. Ган и Штрасман в Германии обнаружили деление урана после бомбардировки его нейтронами, а в 1942 г. под руководством Ферми в Чикаго был построен первый атомный реактор. Этот успех расширил возможности получения радиоактивных изотопов.
Искусственная радиоактивность - распад вещества под воздействием энергии извне с образованием потоков электронов, нейтронов, протонов, тяжелых частиц с выделением огромной энергии.
Нейтронное излучение - поток нейтронов, представляющих собой элементарные частицы не имеющие электрического заряда. В клинически практике находят применение быстрые нейтроны с энергией от 20 кэв до 200 Мэв. Основными источниками нейтронов, используемых с лечебной целью, являются ускорители и атомные реакторы.
Протонное излучение - это поток элементарных частиц, несущий положительный заряд. Преимущество протонного излучения заключается в том что в конце пробега в тканях они образуют максимум ионизации, именуемых пиком Брегга-Грея. При этом доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5-3,5 раза.
Пи-мезанное излучение - поток элементарных частиц, имеющих промежуточную массу между электроном и протоном. Пи-мезоны могут быть положительно заряженными частицами, отрицательно и нейтральные. Заряд положительных и отрицательных пи-мезонов равен заряду электрона, а масса составляет 273 массы электрона. Как и у протона плотность ионизации у пи-мезонов растет к концу пробега. Однако в отличие от протонов, отрицательные пи-мезоны захватываются ядрами атомов кислорода, углерода, азота, водорода, а затем расщепляются с высвобождением громадного количества энергии, образуя при этом максимум ионизации. При этом соотношение дозы в пике к дозе окружающих тканей достигает 10:1. Основным источником пи-мезонов являются ядерные реакторы.
Тормозное излучение высокой энергии (выше 1 Мэв) является электромагнитным колебанием, ионизирующее излучение, возникающее при изменении кинетической энергии заряженных частиц с непрерывным спектром.
Генерируется оно в ускорителях /линейный ускоритель или бетатрон/. Основным свойством их является способность проникать в плотные среды и вызывать процессы ионизации. Процесс ионизации лежит в основе биологического действия, относительная биологическая эффективность определяется плотностью ионизации в тканях.
ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР
После открытия нейтрона в 1932 г., а затем искусственной радиоактивности в 1934 г. ученые увлеклись «современной алхимией», т. е. созданием новых радиоактивных элементов под воздействием нейтронов.
Молодой еще в то время Ферми, стремясь получить новый неизвестный миру 93-й элемент, попытался облучить нейтронами уран—92-й элемент таблицы Менделеева. Однако в результате захвата нейтронов ядрами урана образовался не один искусственно радиоактивный элемент, а по крайней мере целый десяток.
Природа задала человеку новую задачу. Можно считать, что с этого момента начался новый этап в развитии ядерной физики — возможность использования энергии, таившейся в недрах атома, стала реальностью.
Объяснение новому явлению дали Фредерик Жолио-Кюри и Лизе Мейтнер. Они показали, что в процессе облучения урана нейтронами происходит новый тип ядерной реакции — деление ядра урана на две примерно равные части (осколки). Энергия, выделяемая при этой реакции, составляет около 200 Мэв, т. е. в десятки раз больше, чем при обычных известных в то время ядерных реакциях.
Теория деления урана была разработана одновременно и независимо друг от друга советским ученым Френкелем и датским ученым Бором.