1. Gamma nurlanishlarning xususiyatlari Gamma nurlanishlardagi o`tishlar

Kurs ishining vazifalari: Atom yadrosi, yadro reaksiyalari, radiaktiv parchalanishlar ,yadro nurlanishlarining modda bilan o’zaro ta’siri va elementar zarralar xususiyatlari haqida ma’lumot berish va bu xususiyatlarni ifodalovchi kattaliklarni hisoblashni o’rgatishdan iboratdir.
Ishning ilmiyligi va ahamiyati: Fizika ta’limi murakkab, Umuman, nuklonlar oddiy fazoda siljishlarga to‘g‘ri keladigan uzluksiz x, y, z koordinatalar bo‘yicha va bitta spin holati hamda zaryad holatiga mos keluvchi beshta erkinlik darajasiga egadir. Pauli tamoyiliga ko‘ra, ikkita aynan bir xil zarralar to‘lqin funksiyalari zarralar almashinuviga antisimmetrik bo’lishi lozim . Bu esa koordinat, spin va izotopik spin proyeksiyalar to’lqin funksiyalarining simmetrik yoki antisimmetrikligiga bog’liq nazariyasini amaliyotda qo’llanilishini o’rganishdan iborat.

1. Gamma nurlanishlarning xususiyatlari.

Bu so'zdan qo'rqishning hojati yo'q: bu shunchaki radioaktiv izotoplarni anglatadi. Ba'zan nutqda siz "radionukleid" so'zlarini yoki undan ham kamroq adabiy versiya - "radionukleotid" so'zlarini eshitishingiz mumkin. To'g'ri atama radionukliddir. Ammo radioaktiv parchalanish nima? Har xil turdagi nurlanishning xususiyatlari qanday va ular qanday farqlanadi? Hamma narsa haqida - tartibda.
Radiologiyada ta'riflar
Birinchi atom bombasi portlagandan beri radiologiyaning ko'plab tushunchalari o'zgardi. "Atom qozoni" iborasi o'rniga "yadroviy reaktor" deyish odatiy holdir. "Radioaktiv nurlar" iborasi o'rniga "ionlashtiruvchi nurlanish" iborasi qo'llaniladi. "Radioaktiv izotop" iborasi "radionuklid" bilan almashtirildi.
Uzoq va qisqa muddatli radionuklidlar
Alfa, beta va gamma nurlanishlar atom yadrosining parchalanish jarayoniga hamroh bo'ladi. Radionuklid yadrolari nima turg'un emas - ular boshqa barqaror izotoplardan shunday farq qiladi. Muayyan nuqtada radioaktiv parchalanish jarayoni boshlanadi. Keyin radionuklidlar boshqa izotoplarga aylanadi, bunda alfa, beta va gamma nurlari chiqariladi. Radionuklidlar turli darajadagi beqarorlikka ega - ularning ba'zilari yuzlab, millionlab va hatto milliardlab yillar davomida parchalanadi. Masalan, tabiatda uchraydigan barcha uran izotoplari uzoq umr ko'radi. Bundan tashqari, soniyalar, kunlar, oylar ichida parchalanadigan radionuklidlar mavjud. Ular qisqa umr deb ataladi.
Alfa, beta va gamma zarralarining chiqishi hech qanday parchalanish bilan birga kelmaydi. Ammo, aslida, radioaktiv parchalanish faqat alfa yoki beta zarralarining chiqishi bilan birga keladi. Ba'zi hollarda bu jarayon gamma nurlari bilan birga sodir bo'ladi. Sof gamma-nurlanish tabiatda uchramaydi. Radionuklidning parchalanish darajasi qanchalik yuqori bo'lsa, uning radioaktivlik darajasi shunchalik yuqori bo'ladi. Ba'zilar tabiatda alfa, beta, gamma va delta parchalanishi borligiga ishonishadi. Bu haqiqat emas. Delta parchalanishi mavjud emas.
Radioaktivlik birliklari
Biroq, bu qiymat qanday o'lchanadi? Radioaktivlikni o'lchash parchalanish tezligini raqamlar bilan ifodalash imkonini beradi. Radionuklidlar faolligini o'lchash birligi - bekkerel. 1 bekkerel (Bq) 1 sekundda 1 parchalanish sodir bo'lishini bildiradi. Bir vaqtlar bu o'lchovlar uchun ancha kattaroq o'lchov birligi - kyuri (Ci) ishlatilgan: 1 kyuri = 37 milliard bekkerel.
Tabiiyki, moddalarning bir xil massalarini, masalan, 1 mg uran va 1 mg toriyni solishtirish kerak. Radionuklidning ma'lum birlik massasining faolligi o'ziga xos faollik deb ataladi. Yarim yemirilish davri qanchalik uzoq bo'lsa, o'ziga xos radioaktivlik shunchalik past bo'ladi.
Gamma nurlarining xossalari
Ushbu turdagi nurlanish ultrabinafsha nurlanish, infraqizil nurlar yoki radio to'lqinlar bilan bir xil xususiyatga ega. Gamma nurlari foton nurlanishidir. Biroq, fotonlarning juda yuqori tezligi bilan. Ushbu turdagi radiatsiya materiallarga juda tez kiradi. Uni kechiktirish uchun odatda qo'rg'oshin va beton ishlatiladi. Gamma nurlari minglab kilometrlarni bosib o'tishi mumkin.
Xavf haqidagi afsona
Alfa, gamma va beta nurlanishni solishtirganda, odamlar odatda gamma nurlarini eng xavfli deb hisoblashadi. Axir, ular yadroviy portlashlar paytida hosil bo'ladi, yuzlab kilometrlarni bosib o'tadi va nurlanish kasalligini keltirib chiqaradi. Bularning barchasi to'g'ri, lekin bu nurlanish xavfi bilan bevosita bog'liq emas. Chunki bu holda ular o'zlarining kirib borish qobiliyati haqida gapirishadi. Albatta, bu borada alfa, beta va gamma nurlari farqlanadi. Biroq, xavf penetratsion kuch bilan emas, balki so'rilgan doza bilan baholanadi. Ushbu ko'rsatkich kilogramm uchun joulda (J / kg) hisoblanadi.
Shunday qilib, u kasr sifatida o'lchanadi. Uning numeratori alfa, gamma va beta zarralari sonini emas, balki energiyani o'z ichiga oladi. Masalan, gamma nurlanishi qattiq va yumshoq bo'lishi mumkin. Ikkinchisi kamroq energiyaga ega. Qurol bilan o'xshashlikni davom ettirib, aytishimiz mumkin: nafaqat o'qning kalibri muhim, balki o'q nimadan - slingshotdan yoki miltiqdan otilganligi ham muhimdir.
GAMMA RADIATSIYA (g-nurlanish), qisqa toʻlqinli elektromagnit nurlanish (toʻlqin uzunligi l≤10 -10 m, rentgen nurlarinikidan qisqa). Bunday kichik l da gamma-nurlanishning to'lqin xossalari kuchsiz namoyon bo'ladi va korpuskulyar xossalari katta ahamiyatga ega. Gamma nurlanish zarrachalar oqimi - gamma kvantlar bo'lib, ular boshqa fotonlar kabi energiya E = hv bilan tavsiflanadi (h - Plank doimiysi, v - elektromagnit tebranishlar chastotasi). Gamma-nurlanish 20-asr boshlarida a va ß nurlanishdan farqli oʻlaroq, magnit maydondan oʻtganda ogʻishmagan radioaktiv yadrolar nurlanishining tarkibiy qismi sifatida kashf etilgan. 1914-yilda E.Rezerford ingliz fizigi E.Andrade bilan birgalikda kristalldagi gamma-nurlarning difraksiyasi boʻyicha oʻtkazilgan tajribalarda gamma-nurlanishning elektromagnit xususiyatini isbotladi.
Gamma nurlanish atom yadrolari va elementar zarralar tomonidan, shuningdek, yadroviy reaktsiyalar va zarralar orasidagi reaktsiyalar natijasida, xususan, zarracha-antizarracha juftlarini yo'q qilish natijasida chiqarilishi mumkin. Gamma nurlanish atom yadrolari tomonidan so'rilishi va zarrachalarning o'zgarishiga olib kelishi mumkin. Zarrachalarning oʻzaro taʼsiri va yadrolarning gamma-nurlanish jarayonlarida yuzaga keladigan gamma-nurlanish spektrlarini oʻrganish ushbu mikroobʼyektlarning tuzilishi haqida maʼlumot beradi.
Yadrolarning gamma-nurlanishi yadroning yuqori energiyali holatdan past energiyali holatga o'tishi paytida chiqariladi va chiqarilgan gamma-kvantning energiyasi, yadroning arzimas orqaga qaytish energiyasiga teng. yadroning bu holatlarining (darajalarining) energiya farqi. Yadro gamma nurlanishining energiyasi bir necha keV dan bir necha MeV gacha bo'lgan oraliqda yotadi; bu nurlanish spektri chiziqli, ya'ni bir qancha diskret chiziqlardan iborat. Yadro gamma nurlanishining spektrlarini o'rganish yadro holatlarining (darajalarining) energiyalarini aniqlash imkonini beradi.
Zarrachalarning yemirilishi va ular ishtirokidagi reaksiyalar jarayonida odatda energiyalari oʻndan yuzlab MeV gacha boʻlgan gamma kvantlar chiqariladi.
Gamma nurlanish tez zaryadlangan zarralar muhitda sekinlashganda (bremsstrahlung) yoki kuchli magnit maydonlarda harakat qilganda (sinxrotron nurlanishi) ham paydo bo'lishi mumkin. Bremsstrahlung gamma nurlanishi energiya ortib borishi bilan qisqaradigan doimiy spektrga ega, uning yuqori chegarasi zaryadlangan zarrachaning kinetik energiyasiga to'g'ri keladi. Zarracha tezlatgichlarida bremsstrahlung energiyasi o'nlab GeV ga etadi.
Gamma nurlanishini intensiv lazer nurlari bilan tezlatgichlardan yuqori energiyali elektronlarni to'qnashtirish orqali olish mumkin. Bunday holda, elektron o'z energiyasini gamma nuriga aylanadigan optik fotonga o'tkazadi. Xuddi shunday hodisa kosmosda ham sodir bo'lishi mumkin. Koinot gamma nurlari pulsarlardan, radiogalaktikalardan, kvazarlardan, oʻta yangi yulduzlardan (qarang Gamma astronomiyasi ).
Gamma-nurlanish yuqori penetratsion kuchga ega, ya'ni u katta qalinlikdagi moddalardan o'tishi mumkin. Monoenergetik gamma kvantlarning tor nurlarining intensivligi uning materiyada bosib o'tgan masofasi ortishi bilan eksponent ravishda kamayadi. Gamma-nurlanishning moddalar bilan o'zaro ta'sirining asosiy jarayonlari fotoelektrik yutilish (fotoelektrik effekt), Kompton sochilishi (Kompton effekti) va elektron-pozitron juftlarining hosil bo'lishidir.
Gamma nurlanish texnikada (masalan, kamchiliklarni aniqlashda), radiatsiya kimyosida kimyoviy o'zgarishlarni boshlash uchun (masalan, polimerizatsiya paytida), qishloq xo'jaligida, oziq-ovqat sanoatida, tibbiyotda va boshqalarda qo'llaniladi.
Tanadagi harakat. Gamma nurlanishi ionlashtiruvchi nurlanishning boshqa turlari kabi tirik hujayralarga ta'sir qiladi. Biosfera tuproqlarda, atmosferada va suvda (Yerning radiatsion fonida) tarqalgan kosmik nurlar va radioaktiv elementlarning radiatsiyasi tarkibida doimiy ravishda gamma-nurlanishga duchor bo'lsa-da, ularning intensivligi past va ular yashash uchun xavf tug'dirmaydi. organizmlar. Gamma nurlanishining ta'siri nurlanish ob'ektida ikkilamchi elektronlarning to'planishi va ularni yaqin atrofdagi tuzilmalarga o'tkazish sifatida namoyon bo'ladi. Yadro portlashlari bilan birga keladigan organizmlarning umumiy gamma-neytron nurlanishi, dozaga qarab, organizmlarning o'limiga (odamlar uchun o'limga olib keladigan doz 100 Gy), nurlanish kasalligining rivojlanishiga (5-10 Gy dozada) olib kelishi mumkin. Pastroq dozalarda ta'sir qilish xavfli uzoq muddatli oqibatlarga olib keladi: hujayralarning malign degeneratsiyasi, leykemiya rivojlanishi, irsiy nuqsonli nasl tug'ilishi va boshqalar. Gamma nurlanishi tibbiyotda onkologik kasalliklarni davolashda qo'llaniladi (gamma terapiya; radiatsiya terapiyasiga qarang). . Shuningdek, genetik tadqiqotlarda DNK molekulalaridagi mutatsiyalarni olish va organizmlarni tanlash, keyin esa iqtisodiy foydali shakllarni tanlash uchun ishlatiladi. Shunday qilib, masalan, antibiotiklarni ishlab chiqaradigan mikroorganizmlarning yuqori mahsuldor shtammlari olingan. Gamma nurlanish manbalari sifatida tabiiy va sun'iy radioaktiv izotoplar (odatda 60 Co, kamroq 137 Cs) ishlatiladi.
- bu radioaktiv o'zgarishlar va yadro reaktsiyalari (portlashlar) paytida qo'zg'atilgan atom yadrolari tomonidan chiqariladigan, shuningdek moddadagi zaryadlangan zarrachalarning sekinlashishi, ularning parchalanishi natijasida paydo bo'ladigan juda qisqa to'lqin uzunligi, 0,1 nm (1 A) dan kam elektromagnit nurlanish. , "zarracha-antizarracha" juftlarini yo'q qilish paytida, tez zaryadlangan zarralar materiyadan o'tganda, lazer yorug'lik nurlarida, yulduzlararo bo'shliqda.
G.ning asosiy manbalari va. radiy, kobalt, seziy va boshqa kimyoviy elementlarning tabiiy va sun'iy radioaktiv izotoplari. Gamma nurlari (g-nurlari) odatda elektromagnit to'lqinlar emas, balki zarrachalar oqimi - g-kvanta sifatida qaraladi, chunki to'lqin xossalari faqat eng uzun to'lqin uzunlikdagi gamma nurlarida seziladi, ularning korpuskulyar xossalari juda aniq ifodalangan. G.i. magnit maydonda og'maydi va shuning uchun elektr zaryadiga ega emas. Bu qattiq (ya'ni juda yuqori energiya) elektromagnit nurlanish sifatida aniqlanadi. G.i. yadroning ko'proq qo'zg'aluvchan energiya holatidan kamroq qo'zg'aluvchan yoki asosiy holatga o'tishi paytida chiqariladi.
g-kvantning energiyasi o'zaro o'tish sodir bo'lgan holatlarning energiyalari farqiga teng. Yadro tomonidan g-kvantning emissiyasi boshqa radioaktiv emissiyalardan (a-, b-emirilishlar) farqli o'laroq, atom raqami yoki massa sonining o'zgarishiga olib kelmaydi. G.i. alfa va beta nurlanishdan ko'ra ko'proq penetratsion kuchga ega, ya'ni. materiyaning katta qalinligidan sezilarli darajada zaiflashmasdan o'tishi mumkin. G.I.ning o'zaro ta'sirida yuzaga keladigan asosiy jarayonlar. materiya bilan - fotoelektrik yutilish (fotoelektrik effekt), Komptonning tarqalishi (Kompton effekti) va elektron-pozitron juftlarining hosil bo'lishi. Harakat G.i. tanaga, boshqa ionlashtiruvchi nurlanishning ta'siriga o'xshab, u dozaga qarab, o'limgacha bo'lgan radiatsiya shikastlanishiga olib keladi. Ta'sirning tabiati G.i. g-kvant energiyasiga va nurlanishning fazoviy xususiyatlariga (ichki, tashqi) bog'liq. Radioaktiv nurlanish bilan tanaga zarar etkazish irsiy bo'lishi mumkin. Impact G.i. o'simliklar, hayvonlar va mikroorganizmlarda mutatsiyalar shakllanishiga olib kelishi mumkin. Nisbiy biologik samaradorlik G.i. 1 ga teng qabul qilingan qattiq rentgen nurlanishi samaradorligining 0,7-0,9 ni tashkil etadi. Xavfli ta'sirning oldini olish G.i. radiatsiyaviy xavfli ob'ektda radioaktiv moddalar chiqishi bilan avariyalar xavfini kamaytirish, tabiiy va sun'iy kelib chiqadigan ionlashtiruvchi nurlanishdan himoya qilish tizimlarini qurish, ta'sir qilish intensivligi va dozalarini tartibga solish, reabilitatsiya va tiklash tartib-qoidalarini o'tkazish orqali erishiladi. Ionlashtiruvchi nurlanish manbalari (jumladan, G.I.) bilan sodir bo'lgan avariyalar va falokatlarning oqibatlarini bartaraf etish maxsus va umumiy favqulodda vaziyatlarni bartaraf etish xizmatlarining eng murakkab vazifalaridan biridir.
Turli xil elektromagnit nurlanishlar orasida rentgen nurlari yonida juda qisqa elektromagnit to'lqinlar "panoh" topdi - bu gamma nurlanish. Nur bilan bir xil tabiatga ega bo'lib, u kosmosda bir xil tezlikda 300 000 km / sek tezlikda tarqaladi.
Biroq, gamma-nurlanish o'zining maxsus xususiyatlari tufayli tirik organizmlarga kuchli zaharli va shikast ta'sir qiladi. Keling, gamma nurlanishi nima ekanligini, nima uchun xavfli ekanligini va undan o'zingizni qanday himoya qilishni bilib olaylik.
Gamma nurlanish manbalari - kosmik nurlar, radioaktiv elementlarning atom yadrolarining o'zaro ta'siri va parchalanishi va boshqa jarayonlar. Uzoq kosmik chuqurliklardan kelgan yoki Yerda tug'ilgan bu nurlanish insonga eng kuchli ionlashtiruvchi ta'sir ko'rsatadi.
Mikrokosmosda naqsh mavjud, elektromagnit nurlanishning to'lqin uzunligi qanchalik qisqa bo'lsa, uning kvantlari (qismlari) energiyasi shunchalik ko'p bo'ladi. Shuning uchun gamma-nurlanish juda yuqori energiyaga ega bo'lgan kvant oqimi ekanligini ta'kidlash mumkin.
Gamma nurlanish nima uchun xavfli? Gamma nurlarining halokatli ta'sirining mexanizmi quyidagicha.
O'zining ulkan penetratsion kuchi tufayli "energetik" gamma kvantlar tirik hujayralarga osongina kirib, zarar va zaharlanishga olib keladi.
Ular harakatlanish yo'lida ular tomonidan yo'q qilingan molekulalarni (ionlarni) qoldiradilar. Bu shikastlangan zarralar molekulalarning yangi qismini ionlashtiradi.
Hujayralarning bunday transformatsiyasi uning turli tuzilmalarida eng kuchli o'zgarishlarni keltirib chiqaradi. Va nurlangan hujayralarning o'zgargan yoki yo'q qilingan komponentlari parchalanadi va zahar sifatida harakat qila boshlaydi.
Yakuniy bosqich - bu zarur funktsiyalarni bajara olmaydigan yangi, ammo nuqsonli hujayralarning tug'ilishi.
Gamma-nurlanish xavfi bu ta'sirni o'ldiradigan dozalarga qadar his qila oladigan inson mexanizmining etishmasligi bilan kuchayadi.
Turli xil inson organlari uning ta'siriga individual sezgirlikka ega. Gematopoetik tizimning tez bo'linadigan hujayralari, ovqat hazm qilish tizimi, limfa bezlari, jinsiy a'zolar, soch follikulalari va DNK tuzilmalari bu nurlanish hujumiga eng zaifdir. Ularga kirgan gamma kvantlar barcha jarayonlarning uyg'unligini buzadi va irsiyat mexanizmida ko'plab mutatsiyalarga olib keladi.