Ionlashtiruvchi nurlanish

Ionlashtiruvchi nurlanish , shu jumladan yadroviy nurlanish subatomik zarrachalar yoki elektromagnit toʻlqinlardan iborat boʻlib, ular elektronlarni ajratib olish orqali atomlar yoki molekulalarni ionlashtirish uchun etarli energiyaga ega.  Baʼzi zarralar yorugʻlik tezligining 99% gacha harakatlanishi mumkin va elektromagnit toʻlqinlar elektromagnit spektrning yuqori energiyali qismida joylashgan.

Gamma nurlari, rentgen nurlari va elektromagnit spektrning yuqori energiyali ultrabinafsha qismi ionlashtiruvchi nurlanish hisoblanadi, shuningdek past energiyali ultrabinafsha, koʻrinadigan yorugʻlik, deyarli barcha turdagi lazer nurlari, infraqizil, mikrotoʻlqinlar va radio toʻlqinlar ham ionlashtiruvchi nurlanishdir . Ultrabinafsha sohada ionlashtiruvchi va ionlashtirmaydigan nurlanish oʻrtasidagi chegarani keskin aniqlab boʻlmaydi, 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 oʻz ichiga oladi. Ular odatda radioaktiv parchalanish natijasida hosil boʻladi 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 oʻz navbatida parchalanadi va ionlashtiruvchi nurlanish chiqaradi. Kosmik nurlar va radioaktiv izotoplarning parchalanishi Yerdagi tabiiy ionlashtiruvchi nurlanishning asosiy manbalari boʻlib, fon nurlanishiga hissa qoʻshadi. Ionlashtiruvchi nurlanish ham sunʼiy ravishda rentgen naychalari, zarracha tezlatgichlari va yadro boʻlinishi orqali hosil boʻladi.

Ionlashtiruvchi nurlanish insonning sezgi organlari tomonidan darhol aniqlanmaydi, shuning uchun uni aniqlash va oʻlchash uchun Geiger hisoblagichlari kabi asboblar qoʻllanadi. Biroq, juda yuqori energiyali zarralar ham organik, ham noorganik moddalarga (masalan, Cherenkov radiatsiyasida suv yoritilishi) yoki odamlarga (masalan, oʻtkir radiatsiya sindromi) koʻrinadigan taʼsir koʻrsatishi mumkin.

Ionlashtiruvchi nurlanish tibbiyot, yadro energetikasi, tadqiqot va sanoat ishlab chiqarish kabi turli sohalarda qoʻllanadi, ammo haddan tashqari taʼsirga qarshi tegishli choralar koʻrilmasa, sogʻliq uchun xavf tugʻdiradi. Ionlashtiruvchi nurlanish taʼsirida hujayralar tirik toʻqimalarga va organlarga zarar etkazadi. Yuqori oʻtkir dozalarda u radiatsiya kuyishi va nurlanish kasalligiga olib keladi va uzoq vaqt davomida past darajadagi dozalar saratonga olib kelishi mumkin. Radiologik himoya boʻyicha xalqaro komissiya (ICRP) ionlashtiruvchi nurlanishdan himoya qilish va dozani qabul qilishning inson salomatligiga taʼsiri boʻyicha koʻrsatmalar beradi.

 Toʻgʻridan-toʻgʻri ionlashtiruvchi nurlanish 
Ionlashtiruvchi nurlanish toʻgʻridan-toʻgʻri yoki bilvosita ionlashtiruvchi sifatida guruhlanishi mumkin.

Massasi boʻlgan har qanday zaryadlangan zarracha, agar u etarli kinetik energiyaga ega boʻlsa, Kulon kuchi orqali fundamental oʻzaro taʼsir orqali atomlarni toʻgʻridan-toʻgʻri ionlashtirishi mumkin. Bunday zarralarga atom yadrolari, elektronlar, muonlar, zaryadlangan pionlar, protonlar va elektronlaridan ajratilgan energetik zaryadlangan yadrolar kiradi. Relyativistik tezlikda (yorugʻlik tezligiga yaqin) harakat qilganda, bu zarralar ionlashtiruvchi boʻlish uchun etarli kinetik energiyaga ega, ammo tezlikda sezilarli oʻzgarishlar mavjud. Misol uchun, odatdagi alfa zarrachasi c ning taxminan 5% da harakat qiladi, lekin 33 eV (faqat ionlash uchun etarli) boʻlgan elektron c ning taxminan 1% da harakat qiladi.

Toʻgʻridan-toʻgʻri ionlashtiruvchi nurlanishning birinchi turlaridan ikkitasi radioaktiv parchalanish paytida atom yadrosidan chiqarilgan geliy yadrolari boʻlgan alfa zarralari va beta zarralari deb ataladigan energetik elektronlardir.

Tabiiy kosmik nurlar asosan relyativistik protonlardan tashkil topgan, lekin geliy ionlari va HZE ionlari kabi ogʻirroq atom yadrolarini ham oʻz ichiga oladi. Atmosferada bunday zarralar koʻpincha havo molekulalari tomonidan toʻxtatiladi va bu qisqa muddatli zaryadlangan pionlarni hosil qiladi, ular tez orada er yuzasiga etib boradigan kosmik nurlanishning asosiy turi boʻlgan muonlarga parchalanadi. Pionlar zarracha tezlatgichlarida ham koʻp miqdorda ishlab chiqarilishi mumkin.

 Alfa zarralari 

Alfa zarralari ikkita proton va ikkita neytrondan iborat boʻlib, geliy yadrosiga oʻxshash zarrachaga bogʻlangan. Alfa zarrachalari emissiyasi odatda alfa parchalanish jarayonida hosil boʻladi. 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 soʻrilishi mumkin. Uchlamchi boʻlinishdan 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 boʻlganidan ancha yuqori energiyaga ega va kosmosni himoya qilish muammolarini keltirib chiqaradi. Biroq, bu turdagi radiatsiya Yer atmosferasi tomonidan sezilarli darajada soʻriladi, bu taxminan 10 metr suvga teng radiatsiya qalqoni hisoblanadi.

 Beta zarralari 

Beta zarralari kaliy-40 kabi maʼlum 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 koʻproq kirib boradi. Yuqori energiyali beta zarralar materiyadan oʻtayotganda 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 tugʻdiradi, chunki beta-zarralarning baʼzi ekranlovchi materiallar bilan oʻzaro taʼsiri Bremsstrahlung hosil qiladi. Taʼsir yuqori atom raqamlariga ega boʻlgan materiallar bilan koʻproq boʻladi, shuning uchun kam atom raqamlariga ega boʻlgan 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 boʻlgani uchun ular Kulon oʻzaro taʼsiri orqali atomni bevosita ionlashtira oladi. Pozitronlar pozitron emissiyasi yadroviy parchalanish (zaif oʻzaro taʼsirlar orqali) yoki etarli darajada energiyali fotondan juft hosil qilish orqali hosil boʻlishi mumkin. Pozitronlar tibbiy pozitron emissiya tomografiyasida (PET) qoʻllanadigan ionlashtiruvchi nurlanishning keng tarqalgan sunʼiy 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 toʻxtatilishi mumkin. Biroq, natijada yuzaga keladigan oʻzaro taʼsir ikkilamchi nurlanishni keltirib chiqaradi va kaskadli biologik taʼsirlarni keltirib chiqaradi. Agar toʻqimalarning faqat bitta atomi energiyali proton bilan almashtirilsa, toʻqnashuv tanadagi keyingi oʻzaro taʼsirlarni keltirib chiqaradi. Bu elastik sochilishdan foydalanadigan " chiziqli energiya uzatish " (LET) deb ataladi. LETni bilyard toʻpi ikkinchisiga urilgan impulsni saqlash tarzida tasavvur qilish mumkin, bu esa birinchi toʻpning energiyasini ikkalasiga teng boʻlmagan holda yuboradi. Zaryadlangan yadro kosmosdagi ob’ektning nisbatan sekin harakatlanuvchi yadrosiga urilganda, LET paydo boʻladi va neytronlar, alfa zarralari, past energiyali protonlar va boshqa yadrolar toʻqnashuv natijasida ajralib chiqadi va toʻqimalarning umumiy soʻrilgan dozasiga hissa qoʻshadi. Contribution of High Charge and Energy (HZE) Ions During Solar-Particle Event of September 29, 1989 Kim, Myung-Hee Y.; Wilson, John W.; Cucinotta, Francis A.; Simonsen, Lisa C.; Atwell, William; Badavi, Francis F.; Miller, Jack, NASA Johnson Space Center; Langley Research Center, May 1999.

 Bilvosita ionlashtiruvchi nurlanish 
Bilvosita ionlashtiruvchi nurlanish elektr jihatdan neytraldir va materiya bilan kuchli taʼsir oʻtkazmaydi, shuning uchun ionlanish effektlarining asosiy qismi ikkilamchi ionlanishga bogʻliq boʻladi.

 Foton nurlanishi 

Fotonlar elektr neytral boʻlsa ham, ular fotoelektrik effekt va Kompton effekti orqali atomlarni bilvosita ionlashtirishi mumkin. Ushbu oʻzaro taʼsirlarning har biri relativistik tezlikda atomdan elektronning chiqarilishiga olib keladi va bu elektronni boshqa atomlarni ionlashtiradigan beta zarrachaga (ikkilamchi beta zarracha) aylantiradi. Ionlashtirilgan atomlarning koʻpchiligi ikkilamchi beta zarralari tufayli boʻlganligi sababli, fotonlar bilvosita ionlashtiruvchi nurlanishdir. Nurlangan fotonlar yadro reaktsiyasi, subatomik zarrachalarning parchalanishi yoki yadro ichidagi radioaktiv parchalanish natijasida hosil boʻlsa, gamma nurlari deb ataladi. Agar yadrodan tashqarida hosil boʻlsa, 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 toʻlqin uzunligi (yoki 100 keV foton energiyasi) sifatida belgilash edi. Bu chegara eski rentgen naychalarining tarixiy cheklovlari va izomerik oʻtishlarni bilishning pastligi bilan bogʻliq edi. Zamonaviy texnologiyalar va kashfiyotlar rentgen va gamma energiyalari oʻrtasidagi oʻzaro bogʻliqlikni koʻrsatdi. Koʻpgina sohalarda ular funktsional jihatdan bir xil boʻlib, er usti tadqiqotlari uchun faqat radiatsiya kelib chiqishi bilan farqlanadi. Biroq, astronomiyada, radiatsiya kelib chiqishini koʻpincha ishonchli aniqlash mumkin boʻlmagan hollarda, eski energiya boʻlinishi 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 qatʼiy nazar. Koʻpgina astronomik „gamma-nurli astronomiya“ yadroviy radioaktiv jarayonlarda emas, balki astronomik rentgen nurlarini keltirib chiqaradigan jarayonlar natijasida paydo boʻlganligi maʼlum. Fotoelektrik yutilish 100 keV dan past foton energiyasi uchun organik materiallarda dominant mexanizm boʻlib, klassik rentgen trubkasidan kelib chiqqan rentgen nurlariga xosdir. 100 keV dan yuqori energiyalarda fotonlar Kompton effekti orqali materiyani tobora koʻproq ionlashtiradi, keyin esa bilvosita 5 MeV dan yuqori energiyalarda juft ishlab chiqarish orqali. Oʻzaro taʼsir diagrammasi ketma-ket sodir boʻlayotgan ikkita Compton tarqalishini koʻrsatadi. Har bir tarqalish hodisasida gamma nurlari energiyani elektronga oʻtkazadi va u boshqa yoʻnalishda va kam energiya bilan oʻz yoʻlida davom etadi.

 Past energiyali fotonlar uchun taʼrif 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 toʻlqin uzunligi 124 nanometrga teng) taʼrif beradi. Taxminan, bu kislorodning birinchi ionlanish energiyasiga va vodorodning ionlanish energiyasiga toʻgʻri keladi, ikkalasi ham taxminan 14 eV. Atrof-muhitni muhofaza qilish agentligining baʼzi maʼlumotlarida odatdagi suv molekulasining 33 eV energiyasida ionlanishi ionlashtiruvchi nurlanish uchun mos biologik chegara sifatida koʻrsatilgan: bu qiymat W-qiymati deb ataladigan, ICRUning oʻrtacha energiyasining soʻzlashuv nomini bildiradi. ionlanish energiyasi va qoʻzgʻalish kabi boshqa jarayonlarda yoʻqolgan energiyani birlashtiradigan gaz hosil boʻlgan ion juftiga sarflanadi. Elektromagnit nurlanish uchun 38 nanometr toʻlqin uzunligida 33 eV ekstremal ultrabinafsha va rentgen nurlanishi oʻrtasidagi anʼanaviy 10 nm toʻlqin uzunligiga oʻtishdagi energiyaga yaqin, bu taxminan 125 eV da sodir boʻladi. Shunday qilib, rentgen nurlanishi har doim ionlashtiruvchi hisoblanadi, ammo barcha taʼriflar boʻyicha faqat ekstremal ultrabinafsha nurlanishni ionlashtiruvchi deb hisoblash mumkin.

 Neytronlar 

Neytronlar neytral elektr zaryadiga ega boʻlib, koʻpincha nol elektr zaryadi sifatida notoʻgʻri tushuniladi va shuning uchun koʻpincha bir bosqichda yoki materiya bilan oʻzaro taʼsirda bevosita ionlanishga olib kelmaydi. Biroq, tez neytronlar vodoroddagi protonlar bilan chiziqli energiya uzatish orqali oʻzaro taʼsir qiladi, bu energiyani zarracha harakatlanayotgan materialga uzatadi. Bu mexanizm maqsadli sohada materiallarning yadrolarini tarqatib yuboradi, bu esa vodorod atomlarining toʻgʻridan-toʻgʻri ionlanishiga olib keladi. Neytronlar vodorod yadrolariga urilganda, proton nurlanishi (tez protonlar) paydo boʻladi. Bu protonlarning oʻzi ionlashtiruvchi xususiyatga ega, chunki ular yuqori energiyaga ega, zaryadlangan va moddadagi elektronlar bilan oʻzaro taʼsir qiladi. Vodoroddan tashqari boshqa yadrolarga zarba beradigan neytronlar, agar chiziqli energiya almashinuvi sodir boʻlsa, boshqa zarrachaga kamroq energiya oʻtkazadi. Biroq, neytronlar tomonidan urilgan koʻplab yadrolar uchun noelastik tarqalish sodir boʻladi. Elastik yoki noelastik tarqalish sodir boʻladimi, bu neytron tezligiga, tez yoki termal yoki ularning orasidagi joyga bogʻliq. Bundan tashqari, u uradigan yadrolarga va uning neytron kesimiga bogʻliq.

Noelastik sochilishda neytronlar neytron tutilishi deb ataladigan yadro reaktsiyasining bir turida osongina soʻriladi va yadroning neytron faollashuviga xosdir. Neytronlarning koʻp turdagi moddalar bilan oʻzaro taʼsiri odatda radioaktiv yadrolarni hosil qiladi. Koʻp 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.

Koʻp hollarda neytronlarni eng yaxshi himoya qilish uchun vodorod koʻp boʻlgan uglevodorodlar ishlatiladi.

Parchalanadigan materiallarda ikkilamchi neytronlar yadro zanjiri reaktsiyalarini keltirib chiqarishi mumkin, bu esa boʻlinish mahsulotlaridan koʻproq ionlanishga olib keladi.

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

Qoʻshni diagrammada neytron maqsadli materialning protoni bilan toʻqnashadi va keyin oʻz navbatida ionlanadigan tez qaytariladigan protonga aylanadi. Oʻz yoʻlining 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 taʼsirlar 

 Yadro taʼsiri 
Neytron nurlanishi, alfa nurlanishi va oʻta energetik gamma (> ~20 MeV) yadroviy transmutatsiyaga va induktsiyalangan radioaktivlikka olib kelishi mumkin. Tegishli mexanizmlar neytron faollashuvi, alfa yutilishi va fotoparchalanishdir . Etarlicha koʻp miqdordagi transmutatsiyalar makroskopik xususiyatlarni oʻzgartirishi va asl manba olib tashlanganidan keyin ham nishonlarning oʻz-oʻzidan radioaktiv boʻlishiga olib kelishi mumkin.

 Kimyoviy taʼsirlar 
Molekulalarning ionlanishi radiolizga (kimyoviy aloqalarni buzish) va yuqori reaktiv erkin radikallarning paydo boʻlishiga olib kelishi mumkin. Bu erkin radikallar dastlabki radiatsiya toʻxtaganidan keyin ham qoʻshni materiallar bilan kimyoviy reaksiyaga kirishishi mumkin. (masalan, havoning ionlanishi natijasida hosil boʻlgan ozon bilan polimerlarning ozon yorilishi). Ionlashtiruvchi nurlanish, shuningdek, reaktsiya uchun zarur boʻlgan faollashuv energiyasiga hissa qoʻshish orqali polimerizatsiya va korroziya kabi mavjud kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishi mumkin. Optik materiallar ionlashtiruvchi nurlanish taʼsirida yomonlashadi.

 Elektr taʼsiri 
Materiallarning ionlanishi ularning oʻtkazuvchanligini vaqtincha oshiradi, bu esa oqim darajasini buzishga imkon beradi. Bu elektron qurilmalarda qoʻllanadigan yarimoʻtkazgichli mikroelektronikada alohida xavf boʻlib, 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 moʻljallangan qurilmalar dizayn, material tanlash va ishlab chiqarish usullari orqali bunday taʼsirlarga qarshi turish uchun radiatsiyani qiyinlashtirishi mumkin.

Kosmosda topilgan proton nurlanishi ham raqamli kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin. Ionlashtiruvchi nurlanishning elektr taʼsiri gaz bilan toʻldirilgan nurlanish detektorlarida, masalan , Geiger-Myuller hisoblagichida yoki ion kamerasida qoʻllanadi.

 Sogʻlikka taʼsiri 
Ionlashtiruvchi nurlanish taʼsirining sogʻliq uchun eng salbiy taʼsirini ikkita umumiy toifaga boʻlish mumkin:

 deterministik taʼsirlar (zararli toʻqimalar reaktsiyalari), asosan, radiatsiya kuyishi natijasida yuqori dozalarda hujayralarning nobud boʻlishi yoki notoʻgʻri ishlashi bilan bogʻliq.
 stoxastik taʼsirlar, yaʼni saraton va irsiy taʼsirlar, yoki somatik hujayralar mutatsiyasiga duchor boʻlgan odamlarda saraton rivojlanishi yoki ularning avlodlarida reproduktiv (germ) hujayralar mutatsiyasi tufayli irsiy kasallik.  
Ushbu maqola Oʻzbekiston Milliy Universiteti Fizika fakulteti talabsi Saidova Sevara tomonidan Wikitaʼlim loyihasi asosida ingiliz tilidan tarjima qilindi.

 Maʼlumotnomalar 

Turkum:Pages with unreviewed translations