Ionlashtiruvchi nurlanish

Ionlashtiruvchi nurlanish , shu jumladan yadroviy nurlanish subatomik zarrachalar yoki elektromagnit to'lqinlardan iborat bo'lib, ular elektronlarni ajratib olish orqali atomlar yoki molekulalarni ionlashtirish uchun etarli energiyaga ega.  Ba'zi zarralar yorug'lik tezligining 99% gacha harakatlanishi mumkin va elektromagnit to'lqinlar elektromagnit spektrning yuqori energiyali qismida joylashgan.

Gamma nurlari, rentgen nurlari va elektromagnit spektrning yuqori energiyali ultrabinafsha qismi ionlashtiruvchi nurlanish hisoblanadi, shuningdek past energiyali ultrabinafsha, ko'rinadigan yorug'lik, deyarli barcha turdagi lazer nurlari, infraqizil, mikroto'lqinlar va radio to'lqinlar ham   ionlashtiruvchi nurlanishdir . Ultrabinafsha sohada ionlashtiruvchi va ionlashtirmaydigan nurlanish o'rtasidagi chegarani keskin aniqlab bo'lmaydi, chunki turli molekulalar va atomlar turli energiyalarda ionlashadi. Ionlashtiruvchi nurlanish energiyasi 10 dan boshlanadi elektronvolts (eV) va 33 eV.

Odatda ionlashtiruvchi subatomik zarralar alfa zarralari, beta zarralari va neytronlarni o'z ichiga oladi. Ular odatda radioaktiv parchalanish natijasida hosil bo'ladi va deyarli barchasi ionlash uchun etarlicha energiyaga ega. Koinot nurlarining Yer atmosferasi bilan oʻzaro taʼsiridan soʻng hosil boʻladigan ikkilamchi kosmik zarralar, jumladan, muonlar, mezonlar va pozitronlar ham mavjud. Kosmik nurlar Yerda radioizotoplarni ham ishlab chiqishi mumkin (masalan, uglerod-14), ular o'z navbatida parchalanadi va ionlashtiruvchi nurlanish chiqaradi. Kosmik nurlar va radioaktiv izotoplarning parchalanishi Yerdagi tabiiy ionlashtiruvchi nurlanishning asosiy manbalari bo'lib, fon nurlanishiga hissa qo'shadi. Ionlashtiruvchi nurlanish ham sun'iy ravishda rentgen naychalari, zarracha tezlatgichlari va yadro bo'linishi orqali hosil bo'ladi.

Ionlashtiruvchi nurlanish insonning sezgi organlari tomonidan darhol aniqlanmaydi, shuning uchun uni aniqlash va o'lchash uchun Geiger hisoblagichlari kabi asboblar qo'llaniladi. Biroq, juda yuqori energiyali zarralar ham organik, ham noorganik moddalarga (masalan, Cherenkov radiatsiyasida suv yoritilishi) yoki odamlarga (masalan, o'tkir radiatsiya sindromi) ko'rinadigan ta'sir ko'rsatishi mumkin.

Ionlashtiruvchi nurlanish tibbiyot, yadro energetikasi, tadqiqot va sanoat ishlab chiqarish kabi turli sohalarda qo'llaniladi, ammo haddan tashqari ta'sirga qarshi tegishli choralar ko'rilmasa, sog'liq uchun xavf tug'diradi. Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida hujayralar tirik to'qimalarga va organlarga zarar etkazadi. Yuqori o'tkir dozalarda u radiatsiya kuyishi va nurlanish kasalligiga olib keladi va uzoq vaqt davomida past darajadagi dozalar saratonga olib kelishi mumkin. Radiologik himoya bo'yicha xalqaro komissiya (ICRP) ionlashtiruvchi nurlanishdan himoya qilish va dozani qabul qilishning inson salomatligiga ta'siri bo'yicha ko'rsatmalar beradi.

To'g'ridan-to'g'ri ionlashtiruvchi nurlanish 

Ionlashtiruvchi nurlanish to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita ionlashtiruvchi sifatida guruhlanishi mumkin.

Massasi bo'lgan har qanday zaryadlangan zarracha, agar u etarli kinetik energiyaga ega bo'lsa, Kulon kuchi orqali fundamental o'zaro ta'sir orqali atomlarni to'g'ridan-to'g'ri ionlashtirishi mumkin. Bunday zarralarga atom yadrolari, elektronlar, muonlar, zaryadlangan pionlar, protonlar va elektronlaridan ajratilgan energetik zaryadlangan yadrolar kiradi. Relyativistik tezlikda (yorug'lik tezligiga yaqin) harakat qilganda, bu zarralar ionlashtiruvchi bo'lish uchun etarli kinetik energiyaga ega, ammo tezlikda sezilarli o'zgarishlar mavjud. Misol uchun, odatdagi alfa zarrachasi c ning taxminan 5% da harakat qiladi, lekin 33 eV (faqat ionlash uchun etarli) bo'lgan elektron c ning taxminan 1% da harakat qiladi.

To'g'ridan-to'g'ri ionlashtiruvchi nurlanishning birinchi turlaridan ikkitasi radioaktiv parchalanish paytida atom yadrosidan chiqarilgan geliy yadrolari bo'lgan alfa zarralari va beta zarralari deb ataladigan energetik elektronlardir.

Tabiiy kosmik nurlar asosan relyativistik protonlardan tashkil topgan, lekin geliy ionlari va HZE ionlari kabi og'irroq atom yadrolarini ham o'z ichiga oladi. Atmosferada bunday zarralar ko'pincha havo molekulalari tomonidan to'xtatiladi va bu qisqa muddatli zaryadlangan pionlarni hosil qiladi, ular tez orada er yuzasiga etib boradigan kosmik nurlanishning asosiy turi bo'lgan muonlarga parchalanadi. Pionlar zarracha tezlatgichlarida ham ko'p miqdorda ishlab chiqarilishi mumkin.

Alfa zarralari 

Alfa zarralari ikkita proton va ikkita neytrondan iborat bo'lib, geliy yadrosiga o'xshash zarrachaga bog'langan. Alfa zarrachalari emissiyasi odatda alfa parchalanish jarayonida hosil bo'ladi.Alfa zarralari nurlanishning kuchli ionlashtiruvchi shaklidir, ammo radioaktiv parchalanish natijasida ular past penetratsion kuchga ega va bir necha santimetr havo yoki inson terisining yuqori qatlami tomonidan so'rilishi mumkin. Uchlamchi bo'linishdan kuchliroq alfa zarralari uch baravar energiyaga ega va havoga mutanosib ravishda uzoqroq kirib boradi. Kosmik nurlarning 10-12% ni tashkil etuvchi geliy yadrolari odatda radioaktiv parchalanish natijasida hosil bo'lganidan ancha yuqori energiyaga ega va kosmosni himoya qilish muammolarini keltirib chiqaradi. Biroq, bu turdagi radiatsiya Yer atmosferasi tomonidan sezilarli darajada so'riladi, bu taxminan 10 metr suvga teng radiatsiya qalqoni hisoblanadi.

Beta zarralari 

Beta zarralari kaliy-40 kabi ma'lum turdagi radioaktiv yadrolar tomonidan chiqariladigan yuqori energiyali, yuqori tezlikdagi elektronlar yoki pozitronlardir . Beta zarralarini ishlab chiqarish beta parchalanish deb ataladi. Ular yunoncha beta (b) harfi bilan belgilanadi. Beta yemirilishning ikkita shakli mavjud b - va b + mos ravishda elektron va pozitronni keltirib chiqaradi.  Beta zarralari gamma nurlanishiga qaraganda kamroq, lekin alfa zarralariga qaraganda ko'proq kirib boradi. Yuqori energiyali beta zarralar materiyadan o'tayotganda bremsstrahlung ("tormoz nurlanishi") yoki ikkilamchi elektronlar ( delta nurlari ) deb nomlanuvchi rentgen nurlarini ishlab chiqarishi mumkin. Bularning ikkalasi ham bilvosita ionlanish effektiga olib kelishi mumkin. Bremsstrahlung beta-emitterlarni himoya qilishda tashvish tug'diradi, chunki beta-zarralarning ba'zi ekranlovchi materiallar bilan o'zaro ta'siri Bremsstrahlung hosil qiladi. Ta'sir yuqori atom raqamlariga ega bo'lgan materiallar bilan ko'proq bo'ladi, shuning uchun kam atom raqamlariga ega bo'lgan materiallar beta manbasini himoya qilish uchun ishlatiladi.

Pozitronlar va boshqa turdagi antimateriyalar 

Pozitron yoki antielektron elektronning antipartikuli yoki antimateriyasidir . Kam energiyali pozitron kam energiyali elektron bilan toʻqnashganda annigilyatsiya sodir boʻladi, natijada ular ikki yoki undan ortiq gamma nurlari fotonlarining energiyasiga aylanadi (qarang : Elektron-pozitron annigilyatsiyasi ). Pozitronlar musbat zaryadlangan zarralar bo'lgani uchun ular Kulon o'zaro ta'siri orqali atomni bevosita ionlashtira oladi. Pozitronlar pozitron emissiyasi yadroviy parchalanish ( zaif o'zaro ta'sirlar orqali) yoki etarli darajada energiyali fotondan juft hosil qilish orqali hosil bo'lishi mumkin. Pozitronlar tibbiy pozitron emissiya tomografiyasida (PET) qo'llaniladigan ionlashtiruvchi nurlanishning keng tarqalgan sun'iy manbalari.

Zaryadlangan yadrolar 

Zaryadlangan yadrolar galaktik kosmik nurlar va quyosh zarralari hodisalariga xosdir va alfa zarralari (zaryadlangan geliy yadrolari) bundan mustasno er yuzida tabiiy manbalarga ega emas. Kosmosda esa juda yuqori energiyali protonlar, geliy yadrolari va HZE ionlari dastlab nisbatan yupqa parda, kiyim yoki teri bilan to'xtatilishi mumkin. Biroq, natijada yuzaga keladigan o'zaro ta'sir ikkilamchi nurlanishni keltirib chiqaradi va kaskadli biologik ta'sirlarni keltirib chiqaradi. Agar to'qimalarning faqat bitta atomi energiyali proton bilan almashtirilsa, to'qnashuv tanadagi keyingi o'zaro ta'sirlarni keltirib chiqaradi. Bu elastik sochilishdan foydalanadigan " chiziqli energiya uzatish " (LET) deb ataladi.  LETni bilyard to'pi ikkinchisiga urilgan impulsni saqlash tarzida tasavvur qilish mumkin, bu esa birinchi to'pning energiyasini ikkalasiga teng bo'lmagan holda yuboradi. Zaryadlangan yadro kosmosdagi ob'ektning nisbatan sekin harakatlanuvchi yadrosiga urilganda, LET paydo bo'ladi va neytronlar, alfa zarralari, past energiyali protonlar va boshqa yadrolar to'qnashuv natijasida ajralib chiqadi va to'qimalarning umumiy so'rilgan dozasiga hissa qo'shadi.

Bilvosita ionlashtiruvchi nurlanish 
Bilvosita ionlashtiruvchi nurlanish elektr jihatdan neytraldir va materiya bilan kuchli ta'sir o'tkazmaydi, shuning uchun ionlanish effektlarining asosiy qismi ikkilamchi ionlanishga bog'liq bo'ladi.

Foton nurlanishi 

Fotonlar elektr neytral bo'lsa ham, ular fotoelektrik effekt va Kompton effekti orqali atomlarni bilvosita ionlashtirishi mumkin. Ushbu o'zaro ta'sirlarning har biri relativistik tezlikda atomdan elektronning chiqarilishiga olib keladi va bu elektronni boshqa atomlarni ionlashtiradigan beta zarrachaga (ikkilamchi beta zarracha) aylantiradi. Ionlashtirilgan atomlarning ko'pchiligi ikkilamchi beta zarralari tufayli bo'lganligi sababli, fotonlar bilvosita ionlashtiruvchi nurlanishdir.  Nurlangan fotonlar yadro reaktsiyasi, subatomik zarrachalarning parchalanishi yoki yadro ichidagi radioaktiv parchalanish natijasida hosil bo'lsa, gamma nurlari deb ataladi. Agar yadrodan tashqarida hosil bo'lsa, ular rentgen nurlari deb ataladi. Umumiy "foton" atamasi ikkalasini ham tasvirlash uchun ishlatiladi. 

Rentgen nurlari odatda gamma nurlariga qaraganda kamroq energiyaga ega va eski konventsiya chegarani 10−11 m to'lqin uzunligi (yoki 100 keV foton energiyasi) sifatida belgilash edi. Bu chegara eski rentgen naychalarining tarixiy cheklovlari va izomerik o'tishlarni bilishning pastligi bilan bog'liq edi. Zamonaviy texnologiyalar va kashfiyotlar rentgen va gamma energiyalari o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni ko'rsatdi. Ko'pgina sohalarda ular funktsional jihatdan bir xil bo'lib, er usti tadqiqotlari uchun faqat radiatsiya kelib chiqishi bilan farqlanadi. Biroq, astronomiyada, radiatsiya kelib chiqishini ko'pincha ishonchli aniqlash mumkin bo'lmagan hollarda, eski energiya bo'linishi saqlanib qolgan, rentgen nurlari taxminan 120 eV dan 120 keV gacha, gamma nurlari esa 100 dan 120 keV dan yuqori har qanday energiyaga ega. , manbadan qat'iy nazar. Ko'pgina astronomik "gamma-nurli astronomiya" yadroviy radioaktiv jarayonlarda emas, balki astronomik rentgen nurlarini keltirib chiqaradigan jarayonlar natijasida paydo bo'lganligi ma'lum. Fotoelektrik yutilish 100 keV dan past foton energiyasi uchun organik materiallarda dominant mexanizm bo'lib, klassik rentgen trubkasidan kelib chiqqan rentgen nurlariga xosdir. 100 keV dan yuqori energiyalarda fotonlar Kompton effekti orqali materiyani tobora ko'proq ionlashtiradi, keyin esa bilvosita 5 MeV dan yuqori energiyalarda juft ishlab chiqarish orqali. O'zaro ta'sir diagrammasi ketma-ket sodir bo'layotgan ikkita Compton tarqalishini ko'rsatadi. Har bir tarqalish hodisasida gamma nurlari energiyani elektronga o'tkazadi va u boshqa yo'nalishda va kam energiya bilan o'z yo'lida davom etadi.

Past energiyali fotonlar uchun ta'rif chegarasi 
Har qanday elementning eng past ionlanish energiyasi seziy uchun 3,89 eV ni tashkil qiladi. Biroq, AQSh Federal Aloqa Komissiyasi materialida ionlashtiruvchi nurlanish 10 eV dan ortiq foton energiyasiga (uzoq ultrabinafsha to'lqin uzunligi 124 nanometrga teng) ta'rif beradi. Taxminan, bu kislorodning birinchi ionlanish energiyasiga va vodorodning ionlanish energiyasiga to'g'ri keladi, ikkalasi ham taxminan 14 eV. Atrof-muhitni muhofaza qilish agentligining ba'zi ma'lumotlarida odatdagi suv molekulasining 33 eV energiyasida ionlanishi ionlashtiruvchi nurlanish uchun mos biologik chegara sifatida ko'rsatilgan: bu qiymat W-qiymati deb ataladigan, ICRUning o'rtacha energiyasining so'zlashuv nomini bildiradi. ionlanish energiyasi va qo'zg'alish kabi boshqa jarayonlarda yo'qolgan energiyani birlashtiradigan gaz hosil bo'lgan ion juftiga sarflanadi. Elektromagnit nurlanish uchun 38 nanometr to'lqin uzunligida 33 eV ekstremal ultrabinafsha va rentgen nurlanishi o'rtasidagi an'anaviy 10 nm to'lqin uzunligiga o'tishdagi energiyaga yaqin, bu taxminan 125 eV da sodir bo'ladi. Shunday qilib, rentgen nurlanishi har doim ionlashtiruvchi hisoblanadi, ammo barcha ta'riflar bo'yicha faqat ekstremal ultrabinafsha nurlanishni ionlashtiruvchi deb hisoblash mumkin.

Neytronlar 

Neytronlar neytral elektr zaryadiga ega bo'lib, ko'pincha nol elektr zaryadi sifatida noto'g'ri tushuniladi va shuning uchun ko'pincha bir bosqichda yoki materiya bilan o'zaro ta'sirda bevosita ionlanishga olib kelmaydi. Biroq, tez neytronlar vodoroddagi protonlar bilan chiziqli energiya uzatish orqali o'zaro ta'sir qiladi, bu energiyani zarracha harakatlanayotgan materialga uzatadi. Bu mexanizm maqsadli sohada materiallarning yadrolarini tarqatib yuboradi, bu esa vodorod atomlarining to'g'ridan-to'g'ri ionlanishiga olib keladi. Neytronlar vodorod yadrolariga urilganda, proton nurlanishi (tez protonlar) paydo bo'ladi. Bu protonlarning o'zi ionlashtiruvchi xususiyatga ega, chunki ular yuqori energiyaga ega, zaryadlangan va moddadagi elektronlar bilan o'zaro ta'sir qiladi. Vodoroddan tashqari boshqa yadrolarga zarba beradigan neytronlar, agar chiziqli energiya almashinuvi sodir bo'lsa, boshqa zarrachaga kamroq energiya o'tkazadi. Biroq, neytronlar tomonidan urilgan ko'plab yadrolar uchun noelastik tarqalish sodir bo'ladi. Elastik yoki noelastik tarqalish sodir bo'ladimi, bu neytron tezligiga, tez yoki termal yoki ularning orasidagi joyga bog'liq. Bundan tashqari, u uradigan yadrolarga va uning neytron kesimiga bog'liq.

Noelastik sochilishda neytronlar neytron tutilishi deb ataladigan yadro reaktsiyasining bir turida osongina so'riladi va yadroning neytron faollashuviga xosdir. Neytronlarning ko'p turdagi moddalar bilan o'zaro ta'siri odatda radioaktiv yadrolarni hosil qiladi. Ko'p miqdorda kislorod-16 yadrosi, masalan, neytron faollashuviga uchraydi, azot-16 hosil qiluvchi proton emissiyasi bilan tez parchalanadi, u kislorod-16 ga parchalanadi. Qisqa muddatli azot-16 parchalanishi kuchli beta nurini chiqaradi. Bu jarayonni quyidagicha yozish mumkin:

16 O (n,p) 16 N (>11 MeV neytron bilan tez neytronni olish mumkin)

 16 N → 16 O + b - (emirilish t 1/2 = 7,13 s)

 Ushbu yuqori energiyali b - boshqa yadrolar bilan tez o'zaro ta'sir qiladi va Bremsstrahlung orqali yuqori energiyali g ni chiqaradi. 16 O (n, p) 16 N reaktsiyasi qulay bo'lmasa-da, bosimli suv reaktorining sovutish suvidan chiqariladigan rentgen nurlarining asosiy manbai bo'lib, suv bilan sovutilgan yadroviy reaktor tomonidan yaratilgan radiatsiyaga faoliyati davomida katta hissa qo'shadi.

Ko'p hollarda neytronlarni eng yaxshi himoya qilish uchun vodorod ko'p bo'lgan uglevodorodlar ishlatiladi.

Parchalanadigan materiallarda ikkilamchi neytronlar yadro zanjiri reaktsiyalarini keltirib chiqarishi mumkin, bu esa bo'linish mahsulotlaridan ko'proq ionlanishga olib keladi.

Yadrodan tashqarida erkin neytronlar beqaror va o'rtacha umr ko'rish muddati 14 minut 42 soniya. Erkin neytronlar elektron va elektron antineytrino chiqarish orqali protonga aylanadi, bu jarayon beta-parchalanish deb ataladi: 

Qo'shni diagrammada neytron maqsadli materialning protoni bilan to'qnashadi va keyin o'z navbatida ionlanadigan tez qaytariladigan protonga aylanadi. O'z yo'lining oxirida neytron (n,g)-reaktsiyada yadro tomonidan tutiladi, bu neytron tutuvchi fotonning emissiyasiga olib keladi. Bunday fotonlar har doim ionlashtiruvchi nurlanish deb tasniflash uchun etarli energiyaga ega.

Fizik ta'sirlar

Yadro ta'siri 
Neytron nurlanishi, alfa nurlanishi va o'ta energetik gamma (> ~20 MeV) yadroviy transmutatsiyaga va induktsiyalangan radioaktivlikka olib kelishi mumkin. Tegishli mexanizmlar neytron faollashuvi, alfa yutilishi va fotoparchalanishdir . Etarlicha ko'p miqdordagi transmutatsiyalar makroskopik xususiyatlarni o'zgartirishi va asl manba olib tashlanganidan keyin ham nishonlarning o'z-o'zidan radioaktiv bo'lishiga olib kelishi mumkin.

Kimyoviy ta'sirlar 
Molekulalarning ionlanishi radiolizga (kimyoviy aloqalarni buzish) va yuqori reaktiv erkin radikallarning paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin. Bu erkin radikallar dastlabki radiatsiya to'xtaganidan keyin ham qo'shni materiallar bilan kimyoviy reaksiyaga kirishishi mumkin. (masalan, havoning ionlanishi natijasida hosil bo'lgan ozon bilan polimerlarning ozon yorilishi ). Ionlashtiruvchi nurlanish, shuningdek, reaktsiya uchun zarur bo'lgan faollashuv energiyasiga hissa qo'shish orqali polimerizatsiya va korroziya kabi mavjud kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishi mumkin. Optik materiallar ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida yomonlashadi.

Elektr ta'siri 
Materiallarning ionlanishi ularning o'tkazuvchanligini vaqtincha oshiradi, bu esa oqim darajasini buzishga imkon beradi. Bu elektron qurilmalarda qo'llaniladigan yarimo'tkazgichli mikroelektronikada alohida xavf bo'lib, keyingi oqimlar ish xatolarini keltirib chiqaradi yoki hatto qurilmalarga doimiy ravishda zarar etkazadi. Atom sanoati va atmosferadan tashqari (kosmik) ilovalar kabi yuqori radiatsiyaviy muhitlar uchun mo'ljallangan qurilmalar dizayn, material tanlash va ishlab chiqarish usullari orqali bunday ta'sirlarga qarshi turish uchun radiatsiyani qiyinlashtirishi mumkin.

Kosmosda topilgan proton nurlanishi ham raqamli kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin. Ionlashtiruvchi nurlanishning elektr ta'siri gaz bilan to'ldirilgan nurlanish detektorlarida, masalan , Geiger-Myuller hisoblagichida yoki ion kamerasida qo'llaniladi.

Sog'likka ta'siri 
Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirining sog'liq uchun eng salbiy ta'sirini ikkita umumiy toifaga bo'lish mumkin:

 deterministik ta'sirlar (zararli to'qimalar reaktsiyalari), asosan , radiatsiya kuyishi natijasida yuqori dozalarda hujayralarning nobud bo'lishi yoki noto'g'ri ishlashi bilan bog'liq.
 stoxastik ta'sirlar, ya'ni saraton va irsiy ta'sirlar, yoki somatik hujayralar mutatsiyasiga duchor bo'lgan odamlarda saraton rivojlanishi yoki ularning avlodlarida reproduktiv (germ) hujayralar mutatsiyasi tufayli irsiy kasallik.  
Ushbu maqola O'zbekiston Milliy Universiteti Fizika fakulteti talabsi Saidova Sevara tomonidan Wikita'lim loyihasi asosida ingiliz tilidan tarjima qilindi.

Ma'lumotnomalar 

Pages with unreviewed translations