Что такое радиационная физика

Радиационная физика твердого тела

Вы будете перенаправлены на Автор24

Радиационная физика твердого тела является новой областью науки, возникшей около полутора десятилетия назад. Своей основной задачей она ставит исследование действия излучений на твердые тела (в частности «бомбардировки» их быстрыми частицами).

Суть радиационной физики твердого тела

В качестве одного из главнейших направлений для современной радиационной физики твердого тела выступает возможность создания экологически чистых материалов с быстрым спадом радиоактивности. В этом направлении проводятся интенсивные исследования как в теоретическом, так и в экспериментальном формате. Так, в число перспективных конструкционных материалов входят: сплав на основе ванадия; хромомарганцевые аустенитные стали и др.

Облучение материалов может провоцировать не только деградацию их свойств, но в определенных случаях – к существенному физических и химических характеристик облучаемого твердого тела. К широко распространенному технологическому методу (ионная имплантация) добавился ряд новых направлений в радиационной модификации свойств материала.

Рисунок 1. Состав радиоактивного излучения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Так, на сегодняшний день успешное развитие наблюдается для таких методов радиационной технологии, как:

При этом ученым удалось получение, например, новых сплавов из несмешивающихся термодинамически компонентов.

Готовые работы на аналогичную тему

Модификация свойств твердых тел посредством ядерного излучения выступила в качестве мощного инструмента, направленного изменения свойств, которыми обладают твердые тела, с целью создания новых материалов, а также приборов с заданными характеристиками. Наибольший интерес в данном отношении вызывали полупроводники (наиболее чувствительный материал к присутствию весьма малого числа дефектов, в сравнении с другими типами твердых тел).

Разного рода дефекты в полной мере определяют электрофизические, оптические, механические свойства, что объясняется тем фактом, что абсолютно любое искажение периодичности потенциала у кристаллической решетки, провоцируемое дефектами, приводит к возникновению в запрещенной зоне полупроводника локальных энергетических уровней. При этом также изменяются его основные параметры.

Широкое и активное применение материалов и полупроводниковых приборов вблизи ядерных установок вызвало необходимость более глубокого исследования природы радиационных повреждений в полупроводниках под воздействием проникающего излучения. Стала очевидной необходимость фундаментальных исследований механизмов появления радиационных дефектов с целью направленного управления параметрами таких приборов в условиях действия повышенной радиации.

Воздействие радиации на твердые тела

Впервые такое понятие, как радиация (точнее – рентгеновские лучи) было введено в 1895 г. немецким физиком В. Рентгеном. Именно он считается первооткрывателем радиоактивного излучения. Несколько месяцев спустя после этого были открыты радиоактивные вещества.

Рисунок 2. Рентгеновская трубка. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рентген, в частности предположил, что в качестве реального источника Х-лучей выступает фосфоресцирующая поверхность стеклянной (вакуумной) трубки, куда попадают катодные лучи. Проверить данную гипотезу взялся известный физик А. Беккерель, многие годы исследовавший явление фосфоресценции.

В рамках эксперимента, физик выдерживал на свету тонкие кристаллы минералов, а потом накладывал их на фотопластинку, завернутую в черную бумагу. При этом он помещал металлические кольца между препаратом и защитной бумагой, предполагая, что возбуждаемые солнечным светом Х-лучи смогут легко пройти сквозь бумагу, но их задержит металл.

В таком случае на пластинке должны будут появиться кольцевые тени. Опыты имели успех. Так, после проявления на фотопластинке действительно появлялось четкое очертание кольца. С тех пор проводилось еще множество исследований и экспериментальных опытов, направленных на исследованию этих излучений, в частности, и под руководством Марии Кюри.

Понятие радиоактивности и виды излучений

Рисунок 3. Закон радиоактивного распада. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Радиоактивностью считается неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности самопроизвольно превращаться (способность к распаду), что сопровождает выход ионизирующего излучения (радиации).

Рисунок 4. Дифракция рентгеновских лучей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Энергия такого излучения в действительности довольно большая, поэтому она может влиять на вещество, создавая при этом ионы разных знаков. Так же различают несколько ее разновидностей:

Источник

Виды радиоактивных излучений

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа излучение

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше «коэффициент k» тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео: Виды радиации

Источник

Что такое радиационная физика

Всестороннее изучение радиационной стойкости материалов, аппаратуры и различных систем, безопасности ядерных энергетических установок, исследования в области физики твердого тела проводятся в настоящее время с широким применением действующих в институте шести импульсных ядерных реакторов самогасящегося действия. Среди них:

ВНИИЭФ располагает перезарядным ускорителем заряженных частиц ЭГП-10. Он является единственным в Европе и одним из двух ускорителей в мире, на которых реализован режим ускорения ионов трития. ЭГП-10 обеспечивает ускорение протонов и дейтронов до энергий 10 МэВ и находит широкое применение при проведении физических исследований с заряженными частицами и нейтронами.

Широкий круг физических исследований проводится в институте с использованием ускорителей прямого действия МИН, ГОНГ, РИУС-5, РИУС-3В, СТРАУС.

В институте разработаны стационарные и транспортабельные плазменные импульсные источники нейтронов и рентгеновского излучения, применяемые для ядерно-физических и биологических исследований, градуировки детекторов ионизирующих излучений, контроля подкритичности реакторных сборок, нейтронографии, рентгенографии, включая быстропротекающие процессы в средах малой плотности.

Отделением, занимающимся разработкой тритиевых приборов, совместно с Лабораторией ядерных реакций ОИЯИ проведена серия экспериментов, направленных на получение ядер 5 Н в реакции 3 H+ 3 H.

В России и за рубежом проявляется значительный интерес к двухсекционным реакторам-бланкетам с односторонней нейтронной связью секций (бланкетам каскадного типа). Эти устройства предназначены для работы в энергетических и трансмутационных электроядерных установках, что позволяет существенно снизить мощность ускорителя протонов. Они открывают также перспективы создания быстроходных импульсных реакторов. По реакторам каскадного типа имеются работы теоретические и проектные, но экспериментальные работы до последнего времени отсутствовали. В РФЯЦ-ВНИИЭФ впервые в мире проведена серия экспериментов на моделях реакторных бланкетов каскадного типа.

Вопрос о существовании магнитного момента нейтрино является фундаментальным для современной физики. В последнее время все большее внимание стали привлекать эксперименты с β-активными источниками, наиболее перспективный из которых тритий.

23 ноября 2009 года в кольцо ускорителя впервые произведена инжекция встречных пучков протонов с энергией 450 ГэВ. Вечером этого же дня детекторами эксперимента ALICE, в том числе и спектрометром PHOS, зафиксировано несколько сотен событий, возникших при соударении заряженных частиц.

Скрин-шоты с компьютера контроля и управления экспериментом ALICE, на которых (слева) смоделированы траектории зафиксированных заряженных частиц, разлетающихся из центра соударения эксперимента, и (справа) места прохождения этих частиц через спектрометр PHOS (три модуля расположены внизу эксперимента ALICE и выделены желтым цветом)

В 2011 году впервые достигнута и обеспечена долговременная стабилизация температуры матрицы кристаллов спектрометра PHOS в коридоре ±0,04º С, что качественно повлияло на результаты физических измерений и позволило международной коллаборации PHOS/ALICE иметь высокоточный физический прибор (единственный в мире спектрометр, работающий в данном диапазоне температур с требуемым энергетическим разрешением) для проведения уникальных измерений на самом мощном в мире ускорителе БАК.

В 2012 году в эксперименте ALICE с участием спектрометра PHOS впервые получены инвариантные дифференциальные сечения рождения πº- и η-мезонов в области средних быстрот в протон-протонных столкновениях при рекордно высоких энергиях БАК: √s = 0,9 ТэВ, √s = 2,76 ТэВ и √s = 7 ТэВ. Спектры нейтральных мезонов измерены в широком диапазоне поперечных импульсов: 0,3 Спектры πº – мезонов в сравнении с предсказаниями пертурбативной КХД (штриховые кривые)

Спектры η – мезонов в сравнении с предсказаниями пертурбативной КХД (штриховые кривые)

Источник

Радиационная физика твердого тела

Таким образом, радиационная физика осуществляет исследования преобразований структуры твёрдых объектов, возникновения и изменения дефектов, влияния изменений состава на разные характеристики твёрдых объектов, в том числе, на течение в твёрдых объектах различных физико-химических и механических явлений и другое.

Задачи радиационной физики твёрдого объекта

Важнейшими задачами радиационной физики считаются изучение возможности целенаправленного воздействия на процессы радиационных повреждений, в том числе, создание новейших высокочувствительных методик экспериментального исследования характеристик данных повреждений. Общность и различие этих двух направлений связаны с двоякой ролью излучений, с одной стороны, как источника радиационных дефектов, и с другой стороны, как эффективного инструментария для их изучения.

Единая основа рассматриваемых аспектов взаимодействий частиц с кристаллами выявляется при исследовании связи их движения со структурой твёрдого объекта, и выражается в ориентационной зависимости плотности вероятности распределения частиц, как функции координат и импульсов. Эта зависимость для случая движения быстрых частиц в идеальных кристаллах при учёте тепловых колебаний атомов изучалась в пределах как традиционных, так и квантовых представлений.

Сущность радиационной физики твёрдого объекта

В роли одного из важнейших ориентиров для нынешней радиационной физики твёрдого объекта является способность формирования чистых материалов в экологическом плане с моментальным падением радиоактивности. В данной направленности осуществляются активные исследовательские эксперименты как теоретически, так и практически. Сегодня в перечне многообещающих строительных материалов числятся сплавы на основании ванадия, а также хромо марганцевые высокотемпературные гранецентрированные стали и прочие материалы.

Воздействие радиоактивными лучами материалов и веществ имеет возможность приводить не исключительно к снижению их свойств, но и определённых ситуациях к значительному улучшению физических и химических характеристик облучаемого твёрдого объекта. К обширно распространённой технологической методике ионной имплантации присоединилось некоторое количество новых ориентиров в радиационном преобразовании характеристик веществ. Таким образом, сегодня удачное совершенствование просматривается для следующих методик радиационной технологии:

В то же время, у учёных вышло получить, к примеру, новейший состав сплавов несмешиваемых термодинамических элементов.

Изменение характеристик твёрдых объектов благодаря ядерному излучению предстало в роли мощного инструментария, которых направлен на преобразование характеристик обладания твёрдыми объектами. Целью этого является разработка новейших материалов, в том числе аппаратуры с требуемыми параметрами. Самую большую заинтересованность в этом направлении привлекли полупроводники. Они оказались более чувствительным материалом к наличию небольшого количества дефектов, сравнительно с иными видами твёрдых объектов.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Различного вида искажения полностью устанавливают электрические, физические, оптические, а также механические характеристики. Это находит объяснение в том, что исключительно каждый дефект ресурса у кристаллической решётки, которое провоцируется искажениями, влечёт к появлению в запретной зоне полупроводника местных энергетических уровней. В то же время происходит изменение ключевых показателей.

Обширное и интенсивное использование веществ и аппаратуры с полупроводниками рядом с ядерными установками привело к потребности большего и углублённого изучения природы радиационных ущербов в полупроводниковых материалах под влиянием проникающего излучения. Возникла явная потребность фундаментального изучения механизмов возникновения радиационных искажений для целевого регулирования показателями данной аппаратуры на фоне воздействия увеличенного радиоактивного излучения.

Влияние радиоактивного излучения на твёрдые тела

Именно, Вильгельм Рентген допустил, в что в роли действительного источника X-лучей представляется фосфоресцирующая поверхность вакуумной трубки из стекла, куда проникают катодные лучи.

Проверкой этой гипотезы занялся знаменитый французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике Антуан Анри Беккерель, большое количество лет занимавшийся исследованиями явления фосфоресценции. В пределах экспериментального опыта Анри Беккерель удерживал на свету тонкие кристаллические минералы, после чего производил наложение их на фотопластинку, завёрнутую в чёрную бумагу.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

В то же время Анри Беккерель заключал кольца из металла меж препаратом и защитной бумагой, полагая, что порождаемые светом солнца Х-лучи могут просто пройти через бумагу, однако их остановит металлическое кольцо. В данной ситуации на пластине обязаны будут возникнуть кольцевые тени. Эксперимент оказался успешным. Таким образом, после проявки на фотопластинке на самом деле возникало чёткий образ кольца. С того времени осуществлялось ещё большое количество исследовательских экспериментов и опытов, которые были направлены на изучение данного вопроса по радиоактивному излучению. И данными экспериментами руководила польская и французская учёная-экспериментатор, физик, химик, педагог, общественная деятельница Мария Склодовская-Кюри.

Понятие радиоактивности и типы радиоактивных излучений

Энергия данного излучения в реальности очень большая, по данной причине эта энергия обладает возможностью воздействовать на вещество, и создавать в то же время ионы различных полюсов. В том числе, есть различие её некоторых разновидностей:

Источник