Свойства альфа бета и гамма частиц сообщение
Обновлено: 16.05.2024
Альфа- частицы - ядро, состоящее из 2-х протонов и 2-х нейтронов.
Альфа - излучение - поток ядер атомов гелия (альфа-частиц).
электрическом поле они отклоняются к положительному полюсу. Их скорость
приближается к скорости, света. Бета- частицы имеют небольшую массу (они в 1840
раз легче протонов), но отличаются большой проникающей способностью — в воздухе
они могут пробегать путь длинной, измеряемой десятками сантиметров и даже
несколькими метрами (в мягких тканях максимальный пробег бета — частиц достигает
Бета — частицы средних энергий задерживаются оконным стеклом, подошвой
обувью и т.п., но бета — частицы с энергией 0,07 МэВ (электронвольт) уже могут
пробить эпидермис. Поэтому даже при работе с мягкими (бета - излучателями руки
должны быть защищены перчатками, а от жестких (бета - частиц с энергией 0,5 МэВ и
Гамма-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное
Гамма - лучи не отклоняются ни в электрическом, ни в магнитном поле. По
свойствам это излучение близко к рентгеновскому, но обладает значительно большей
скоростью и энергией. Оно распространяется со скоростью света. Характерная
особенность гамма-излучения - исключительно высокая проникающая способность .
Пробег гамма - квантов в воздухе может достигать 100 м, в мягки тканях —
Гамма - излучение в поглотителе тем сильнее, чем меньше энергия квантов и
больше масса, т.е. объем, плотность и порядковый номер поглотителя. По воздуху γ-
кванты свободно пролетают 100 м. При этом слой полуослабления ( 1/2) для квантов с
энергией 2,5 МэВ составляет в воздухе 200 м, в свинце только — 1,8 см, в бетоне-10 см,
Слой свинца толщиной 40 см ослабляет энергию таких γ -квантов в 10 7 раз.
С целью противорадиационной защиты должны проводиться мероприятия по
предупреждению попадания и резобции радионуклеидов и ускорение их выведения из
организма. С этой целью используется большое количество химических веществ,
сорбирующих радионуклиды или переводящие их в прочные комплексы.
Гамма-кванты — высвечиваемое излучение, испускаемое при радиоактивном
распаде ядрами с избытком энергией, не захваченной альфа и бета - частицами.
3.2. Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом.
Обнаружение и регистрация всех видов ядерных излучений (α и бета-частицы, γ-
кванты, нейтроны и т.д.) выбор материала для защиты, оценка биологического
действия излучения основаны на эффектах, которые возникают при взаимодействии
излучений с веществом.. Для понимания принципов этих явлений необходимо знать,
каким образом различные по природе излучения взаимодействуют с веществом.
Заряженные частицы, проходя через вещество, постепенно теряют энергию в
основном в результате взаимодействия с электронами атомов, а также с электрическим
В процессе взаимодействия с электронами атомов кинетическая энергия альфа и
бета — частиц растрачивается на ионизацию, т.е. на отрыв электронов от атомов и на
возбуждение атомов и молекул (ионизационные потери энергии) .Взаимодействуя с
электрическим полем ядра, заряженная частица тормозится и меняет направление
своего движения, при этом происходит испускание излучения, которая по своей
характеристике близко к рентгеновскому и называется тормозным рентгеновым
Уменьшение кинетической энергии заряженных частиц в электрическом поле
ядра составляет радиационные потери, которые будут тем значительнее, чем больше
порядковый номер атомов среды (плотность вещества) и энергия частиц. Следует
отметить, что радиационные потери и тормозное излучение характерно для бета-
Исходя из этого в практической работе для защиты от бета
целесообразно использовать материалы малой плотности
Величиной, определяющей энергетическую сторону процесса ионизации служит
так называемая работа ионизации - средняя работа, затрачиваемая на образование
одной пары ионов. Для воздуха этот показатель составляет в среднем 35 эВ для альфа и
34 эВ для бета - частиц. Если известна энергия заряженной частицы, легко можно
подсчитать полную ионизацию, т.е. количество пар ионов, образованных на всем пути
= Е/W, где Е - энергия частицы,W- средняя энергия затраченная на
Заряженные частицы различные по природе, но с одинаковой энергией образуют
практически одинаковое число пар ионов (одинаковая полярная ионизация.). Однако
плотность ионизации или удельная ионизация, т.е. число пар ионов на единицу пути
частицы в веществе, будет различная. Плотность ионизации возрастает с увеличением
заряда частицы и с уменьшением ее скорости. Это обусловлено тем, что частицы с
большим зарядом сильнее взаимодействуют с электронами, а частицы, обладающие
меньшей скоростью, большее время находятся вблизи электронов, и их взаимодействие
с ними также оказывается более сильным. Удельная ионизация у альфа-частиц самая
большая из всех ядерных излучений. В воздухе на 1см пути альфа - частица образует
несколько десятков тысяч пар ионов, в то время как бета-частицы- 50-100 пар ионов.
Проходя через вещество заряженные частицы, постепенно теряют энергию и скорость,
поэтому плотность ионизации вдоль пути частицы возрастает и достигает наибольшей
Процесс ионизации будет происходить до тех пор пока энергия альфа и бета-
частиц будет способна производить ионизацию. В конце пробега альфа-частица
2 электрона и превращается в атом гелия, а бета-частица
(электрон) может включиться в один из атомов среды или на какое-то время остается
Путь, проходимый альфа или бета- частицей в веществе, на протяжении
которого она производит ионизацию, называется пробегом частицы .
Пробег бета-частиц в воздухе достигает 25 см, а в биологической ткани до 1см.
Распространяются альфа-частицы в веществе прямолинейно и изменяют
направления движения только при соударениях с ядрами встречных атомов.
Бета-частицы, имея малую массу (в 7000 раз легче альфа - частицы), большую
скорость и отрицательный заряд, значительно отклоняются от первоначального
направления в результате соударения с орбитальными электронами и ядрами
Претерпевая многократное рассеяние бета - частицы могут даже двигаться в
обратном направление - обратное рассеяние. Эффект обратного рассеяния наблюдается
при радиометрии исследуемых препаратов, если пробу наносить на подложку из
материала большей плотности. Скорость счета в таких случаях иногда возрастает до
Вследствие значительного рассеяния бета-частиц в веществе истинная длина
Таким образом, путь и пробег при характеристике бета-излучения имеет разное
понятие, путь бета-частиц всегда больше чем, пробег. Пробег выражается в единицах
длины (мк, мм, см и т.п.) или поверхности плотности (г/см 2 , мг/см 2 ). Следует отметить
еще одно различие прохождения альфа и бета-частиц через вещество.
1. Поскольку все альфа-частицы испускаемые данным радиоактивным изотопом,
обладают относительно равной энергией и движутся в веществе прямолинейно, то
число альфа-частиц в параллельном пучке, проходящем через единицу поверхности
поглотителя, резко падает до нуля лишь в конце пробега.
2. Спектр бета- частиц непрерывен, поэтому с увеличением толщины поглотителя
число бета- частиц в параллельном пучке, проходящем через единицу поверхности
уменьшается постепенно, так как бета-частицы различной энергии будут поглощаться
Ослабление интенсивности потока бета- частиц в веществе приблизительно
N - число бета- частиц прошедших через слой поглотителя d см; N 0 -число бета-
частиц, поступивших за 1 с на площадку поглотителя равную 1 см 2 ; е - основание
натуральных логарифмов (2,72); μ (ми, мю) - линейный коэффициент ослабления
излучения, характеризующий относительное ослабление интенсивности потока бета-
частиц после прохождения поглотителя толщиной 1 см.
Обычно толщину поглотителя выражают не в единицах длины (см, мм), а в г/см 2
мг/см 2 , т.е. указывают массу поглотителя, приходящуюся на 1 см 2 его поверхности.
При радиоактивном распаде ядра испускают гамма - кванты с энергией в
пределах от нескольких КэВ (килоэлектроновольт) до нескольких МэВ (мега).
Гамма - кванты при прохождении через вещество теряют энергию в результате
3. Образование электронно-позитронных пар (образование пар).
Относительная величина каждых из этих электронов зависит от атомного
Фотоэффект. При фотоэлектрическом поглощении γ - квант, сталкиваясь с
прочно связанным электроном (чаще с электронами К-слоя) в атомах излучаемого
вещества, полностью передает ему свою энергию сам исчезает, а электрон приобретает
кинетическую энергию, равную энергии γ - кванта минус энергия связи электрона в
атоме. Таким образом, при фотоэффекте вся энергия первичного γ
преобразуется в кинетическую энергию фотоэлектронов, которые ионизируют атомы и
молекулы. На освободившееся место в орбите К-слоя перескакивает электрон l-слоя, на
- электрон М-слоя и т.д. с высвечиванием квантом характеристического
Фотоэлектрическое поглощение преобладает тогда, когда энергия γ - кванта не
превышает 0,05 МэВ, а поглотитель представляет собой вещество с большим атомным
Процесс фотоэффекта не возможен на слабосвязанных и свободных электронах
(не связанных с атомом), так как они не могут поглощать γ - кванты.
В воздухе, воде и биологических тканях фотоэлектрическое поглощение
составляет 50% при энергии γ - квантов порядка 60 кЭВ.
При Е γ (энергия) - 120кЭВ для фотоэлектрического поглощения составляет
около 10%, а начиная с 200кЭэВ, этим процессом логично пренебречь. В этом случае γ
-излучение ослабляется за счет комптоновского рассеяния.
электронами, передают им не всю свою энергию, а только часть ее и после соударения
изменяют направление своего движения, т.е. рассеиваются. Образовавшиеся в
значительную кинетическую энергию и растрачивают ее на ионизацию вещества
В отличии от процессов фотоэлектрического поглощения при комптонэффекте γ
-кванты взаимодействуют с внешними, валентными электронами, энергия связи
которых минимальная. Комптоновское рассеивание возможно на свободных
Таким образом в результате комптонэффекта интенсивность γ
рассеиваются в различных направления, и выходят за пределы первичного пучка, а
также за счет передачи электронам части своей энергии.
Некоторые γ - кванты с энергией не ниже 1,02 МэВ, проходя через вещество,
превращаются под давлением сильного электрического поля вблизи ядра атома в пару
(позитрон- элементарная частица подобная электрону но с
В данном случае происходит преобразование одной формы материи γ
Образование такой пары возможна только при энергиях, γ -квантов, не меньших
чем энергия, эквивалентная массе обеих частиц — электрона и позитрона. Поскольку
Образовавшаяся электронно-протонная пара в дальнейшем исчезает
превращаясь в два вторичных гамма - кванта с энергией, равному энергетическому
эквиваленту массы покоя частиц( - 0,511 МэВ позитронный распад).
Вторичные γ - кванты способны вызвать лишь комптонэффект и в конечном
счете фотоэффект, т.е. терять энергию только при соударениях с электронами.
Вероятность процесса образования пар увеличивается с увеличением энергии гамма -
квантов и плотности поглотителя. γ - лучи высоких энергий (более 8 МэВ) могут
взаимодействовать с ядрами атомов (ядерный эффект). Вероятность такого эффекта
весьма мала, и этот вид взаимодействия практически не ослабляет излучений в
Закон ослабления гамма-излучений веществом - существенно отличается от
закона ослабления альфа и бета-частиц. Пучок γ - лучей поглощается непрерывно с
увеличением толщины слоя поглотителя его интенсивность не обращается в ноль ни
Это значит что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью
поглотить поток гамма-лучей, а можно только ослабить его интенсивность на любое
заданное число раз. В это существенное различие характера ослабления гамма-лучей от
ослабления альфа и бета-частиц, для которых всегда можно подобрать такой слой
вещества в котором полностью поглощается поток б и бета-частиц.
Закон ослабления пучка γ - λζχει θμεες ρλεδζώωθι βθδ:
Зная слой половинного ослабления можно довольно легко определить какой
нужно взять слой поглотителя, чтобы ослабить излучение в данное число раз.
Основные эффекты взаимодействия нейтронов с веществом.
Быстрые с энергией порядка мэВ, электроны попадая в ткань замедляются за
счет передачи энергии ядрам вещества при непосредственном столкновении с
последним, чем больше передача энергии при таком столкновении тем быстрее
Ткани организма животных практически полностью замедляют нейтроны так как
они много содержат водородных атомов и в среднем одно столкновение приходится на
Приведем некоторые примеры наиболее частой наведенной активностью в
1. При захвате теплового нейтрона ядром водорода последний превращается в
тяжелый водород (дейтерий). При этом выделяется гамма-фатон с энергией 2,18 МэВ.
Вторично ионизирующие частицы, энергия которых расходуется на выбивание
элементарных или сложных компонентов атома и его ядра при непосредственном
столкновении с ними и передается в виде кинетической энергии отрываемой частицы.
Отрываемые частицы, как правило являются заряженными и расходуют свою энергию
на процессы ионизации и возбуждения. К вторичным ионизирующим частицам следует
отнести незаряженные частицы - фотон и нейтрон. Фотон выбивает электроны с
оболочки атома, а нейтрон - протон из ядра. Нейтрон- элементарная частица не
имеющая электрического заряда, обладающая массой покоя 1, 67495 10 -27 кг и средним
В зависимости от энергии различают нейтроны: ультрахолодные, холодные,
надтепловые, промежуточные, быстрые и сверхбыстрые. В практике
(находятся в термодинамическом равновесии с рассеивающими атомами окружающей
среды). Промежуточные - нейтроны с энергией в интервале от энергетической границы
Быстрые нейтроны - нейтроны с энергией от 200 кэВ до 20 МэВ.
1. Дайте характеристику α - частицы и возможная защита от них.
2. Дайте характеристику бета - частицы и возможная защита от них.
3. Дайте характеристику γ - лучей и возможная защита от них.
4. Что понимается под воздействием ядерных излучений с веществом.
5. Перечислите основные эффекты взаимодействия нейтронов с веществом.
1. Ильин Л.А. Актуальная радиобиология [Электронный ресурс] : курс лекций / Л.А. Ильин
Из курса физики в 11 классе известно, что радиоактивное излучение испускается тяжелыми элементами при радиоактивном распаде. Ядро тяжелого элемента превращается в более легкие, испуская при этом излучение, которое имеет сложный состав. Поговорим кратко об основных видах радиоактивного излучения — альфа, бета, гамма.
Радиоактивное излучение
Радиоактивность была случайно открыта А. Беккерелем в конце XIX в. Оказалось, что все тяжелые элементы с номером более 83 постоянно испускают невидимые лучи, которые способны засвечивать фотопластинки даже без их экспонирования.
Рис. 1. Открытие радиоактивности Беккерелем.
При более детальном исследовании радиоактивного излучения выяснилось, что оно имеет сложный состав. Э. Резерфорд поставил эксперимент, в котором радиоактивное излучение радия проходило сквозь сильное магнитное поле и при этом распадалось на три компоненты с различными проникающими и ионизирующими способностями. Эти компоненты были названы альфа-, бета-, гамма-излучением.
Рис. 2. Опыт Резерфорда по составу излучения.
В дальнейшем были обнаружены и некоторые другие виды излучения (например, нейтронное), однако эти три вида встречались наиболее часто и сопровождали распад практически всех тяжелых элементов.
Альфа-излучение
Альфа-лучами назвали положительно заряженные частицы, слабо отклонявшиеся магнитным полем. Альфа-излучение обладало самой малой проникающей способностью, но при этом наиболее сильно ионизировало вещество. По отклонению альфа-частиц установили, что отношение заряда к массе у этих частиц вдвое меньше, чем у протона, а масса — вчетверо больше, чем масса протона.
Было сделано предположение (позже доказанное), что альфа-частицы представляют собой ядра гелия. Большой заряд и масса частиц обусловили их высокую ионизирующую способность. При этом частицы быстро теряют энергию, и поэтому проникающая способность альфа-частиц очень невелика.
Слой вещества порядка миллиметра полностью задерживает поток альфа-частиц. Например, внутрь живой ткани альфа-частицы не проникают, задерживаясь кожей. Однако высокая ионизирующая способность приводит к сильным кожным ожогам. Еще более опасно попадание альфа-радиоактивных препаратов внутрь организма.
Бета-излучение
Бета-излучением были названы лучи, сильно отклоняющиеся магнитным полем в противоположную (относительно альфа-излучения) сторону. Такое отклонение означало, что бета-частицы имеют отрицательный заряд, а их отношение заряда к массе гораздо больше, чем у альфа-частиц и у протонов.
Дальнейшие исследования бета-излучения показали, что оно имеет все те же характеристики, что и катодные лучи, а в 1897 г. Дж. Томсон открыл электрон и доказал, что бета-частицы являются электронами, летящими с большой скоростью.
Бета-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, по сравнению с альфа-излучением, но при этом более глубоко проникает в вещество.
Гамма-излучение
Наиболее высокой проникающей способностью обладает гамма-излучение. Эта компонента радиоактивных лучей не взаимодействует с магнитным полем, следовательно, гамма-частицы не имеют электрического заряда. Детальное изучение гамма-частиц показало, что их свойства эквивалентны квантам электромагнитного излучения (фотонам) высоких энергий с очень малой длины волны.
Гамма-излучение обладает наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью: для защиты от гамма-излучения требуется слой вещества большой толщины.
Сравнительные характеристики радиоактивных излучений удобно представить в виде таблицы:
Рис. 3. Таблица: альфа-, бета-, гамма-излучения.
Что мы узнали?
Главными компонентами радиоактивного излучения являются альфа-, бета- и гамма-частицы. Альфа-частицы — это положительно заряженные ядра гелия, бета-частицы — это отрицательные электроны, гамма-частицы — это нейтральные фотоны высоких энергий.
Что такое радиоактивность в физике
Любой атом имеет ядро и вращающиеся вокруг него отрицательные заряженные частицы - электроны.
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Причем число протонов всегда одинаково и соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе Менделеева. Ядра, в которых количество нейтронов отличается, называются изотопами.
Некоторые атомные ядра могут превращаться в разные изотопы с выделением элементарных частиц или легких ядер. Собственно этот процесс и называется радиоактивностью.
Можно дать такое определение этому явлению: способность атомного ядра бесконтрольно распадаться с испусканием проникающих частиц.
Распад ядер возможен в том случае, если он сопровождается выделением энергии. Сегодня известно около 3 тыс. атомных ядер. Из них не являются радиоактивными всего лишь 264.
В физике существуют такие виды радиоактивного распада:
α-распад с выделением α-частицы;
β-распад с испусканием электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, а также поглощение ядром электрона с выделением нейтрино;
γ-распад - излучение атомным ядром кванта ионизирующих лучей;
бесконтрольное деление ядра на осколки.
Альфа-излучение
Это поток ядер атомов гелия, имеющих положительный заряд. Возникает из-за распада атомов урана, тория или радия.
Их пробег очень короток (до 8 сантиметров в воздухе). Это означает, что их может задержать бумажный листок.
Вещества, которые испускают эти частицы, имеют большой период полураспада. Попадая в организм, они накапливаются в селезенке или лимфатических узлах и вызывают облучение.
Альфа-частицы опасны: они создают значительное количество ионов. Сами же альфа-частицы распространяются в тело на доли миллиметра.
Бета-излучение
Являет собой поток электронов (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов (соответственно, с положительным зарядом). Электрон образуется при превращении нейтрона в протон, а позитрон – в процессе обратного превращения.
Электроны намного меньше ядра атомов гелия. Они могут проникать в тело человека примерно на 15 см. Попадая на кожу живого организма, частицы вызывают сильные ожоги. Чтобы оградиться от бета-излучения, достаточно тонкого оргстекла. Если вещество, излучающее электроны или позитроны, попадет в организм, то оно будет облучать ткани.
Бета-излучение применяется в медицине в качестве лучевой терапии.
Гамма-излучение
Это волны с огромной энергией, образующиеся внутри ядра.
Возникает при:
переходе его из возбужденного состояния в стабильное;
аннигиляции электрона и позитрона.
Гамма-лучи могут проходить значительные расстояния, постепенно теряя свою энергию. Они обладают чрезвычайно высокой проникающей способностью.
Очень интенсивное излучение повреждает не только кожу, но и внутренние органы человека. Особая его опасность в том, что оно способно поражать ДНК, вызывая раковые новообразования.
Чтобы ослабить поток гамма-излучения, достаточно использовать вещества с высоким массовым числом атома и плотные составы.
Нейтронное излучение
Оно являет собой поток нейтронов, без заряда, не имеющих ионизирующего воздействия. Проявляется в результате рассеивания на атомных ядрах вещества.
Вещества, облученные нейтронами, могут обретать радиоактивные характеристики. Это свойство называется наведенной радиоактивностью.
Нейтроны отличаются наибольшей проникающей характеристикой. От них можно защититься материалами, содержащими атомы водорода. Излучение быстрых нейтронов губительно для всего живого в радиусе 2,5 км.
Рентгеновское излучение
Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.
Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.
Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.
Какое излучение самое опасное
Наиболее опасным является излучение нейтронов. Оно может пройти толщину вещества до 10 см. Приблизившись к ядру, нейтрон только отклоняется. А при столкновении с протоном нейтрон передает ему половину внутренней энергии, и последний увеличивает свою скорость, вызывая ионизацию.
Именно эти быстрые протоны разрушают весь организм. От наведенной нейтронной радиации нельзя избавиться.
Второе место в рейтинге опасности – гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью.
В природе существует много разновидностей радиационного излучения. Не каждое их них опасно для здоровья. Соблюдая меры предосторожности, можно защитить себя от вредных лучей.
Радиоактивностью называется способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц. После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения. Кроме Беккереля и супругов Кюри, в данном направлении проводил исследования и Резерфорд.
Рассмотрим опыт, который позволил обнаружить сложный состав радиоактивного излучения. Отметим, что установка размещена в вакууме. В куске свинца сделан узкий канал. На дно канала помещен препарат радия. Расположим фотопластинку против канала. После проявления на фотопластинке присутствуют одно темное пятно, которое расположено точно напротив канала. Создадим сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Магнитное поле действует на выходящее из канала излучение: пучок распадается на три пучка. Два из них отклоняются в противоположные стороны, что указывает на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. Отрицательный элемент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третий пучок совсем не отклоняется магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный — бета-лучей и нейтральный - гамма-лучей.
Альфа-частица — положительно заряженная частица, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия. Образуется при альфа-распаде ядер.
Бета-частицы представляют собой электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света. Отрицательно заряженные бета-частицы являются электронами (β−), положительно заряженные — позитронами (β+).
Гамма лучи представляют собой электромагнитные волны с чрезвычайно малой длиной волны. Вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.
Рассмотрим свойства этих излучений. Проникающая способность – свойство интенсивности поглощения различными веществами. α, β, γ - излучения очень сильно различаются по проникающей способности. Наименьшей проникающей способностью обладают α-лучи. Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружится пятна, соответствующего α-излучению, т.к. слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен. β-лучи, проходящие через вещество, поглощаются намного меньше. Алюминиевая пластинка, имеющая толщину несколько миллиметров, может полностью задержать β-лучи. γ-лучи имеют наибольшую проникающую способность. Интенсивность поглощения γ-лучей усиливается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя. При прохождении γ -лучей через слой свинца в 1 см их интенсивность ослабевает лишь вдвое. Различия в проникающей способности свидетельствуют о том, что другие свойства этих лучей также различны.
Гамма-лучи. По своим свойствам -лучи напоминают рентгеновские, но они имеют гораздо большую проникающую способность. Впоследствии была обнаружена дифракция γ-лучей на кристаллах, следовательно, γ-лучи представляют собой электромагнитные волны. Длина волны очень мала и составляет от 10-8 до 10-11 см. На шкале электромагнитных волн γ-лучи следуют непосредственно за рентгеновскими. Скорость распространения у γ-лучей соответствует скорости электромагнитных волн — около 300 000 км/с.
Бета-лучи. β-лучи – потоки заряженных частиц. Они сильнее чем α-лучи отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле. В результате исследования отклонения β-частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они по своим свойствам полностью совпадают с электронами, которые движутся со скоростью, очень близкой к скорости света. Причем, скорости β-частиц, испущенных различными радиоактивными элементами, неодинаковы. Встречаются частицы с самыми различными скоростями, что приводит к расширению пучка β-частиц в магнитном поле.
Альфа-частицы. Так как α-частицы слабее всех откланяются магнитным и электрическими полями, то выяснить природу данных частиц было трудной задачей. Её удалось решить Резерфорду. Он измерил отношение заряда q частицы к ее массе m по отклонению в магнитном поле. Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона — ядра атома водорода. Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы. Из чего следует, что у альфа-частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы. Но заряд α-частицы и ее масса оставались неизвестными. Для их определения Резерфорд провел серию опытов. Сперва он поместил на пути α-частиц счетчик Гейгера, который измерял число частиц, которые испускало радиоактивное вещество за определенное время. Потом заменил счетчик Гейгера на металлический цилиндр, который соединил с чувствительным электрометром. С помощью электрометра был измерен заряд α-частиц, испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время, так как радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем. Зная суммарный заряд α-частиц и их число, Резерфорд определил, что заряд одной α-частицы равен двум элементарным. Следовательно, у α-частицы на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы. А на два элементарных заряда приходится четыре атомные единицы массы. Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия. Отсюда был сделан вывод, что α-частица и есть ядро атома гелия.
Чтобы убедиться в полученных результатах, Резерфорд другими опытами доказал, что при радиоактивном α-распаде образуется именно гелий. Собирая α-частицы внутри специального резервуара на протяжении нескольких дней, он с помощью спектрального анализа убедился в том, что в сосуде накапливается гелий, т.к. каждая α-частица захватывала два электрона и превращалась в атом гелия.
Читайте также: