Jonizuojančioji spinduliuotė

Jonizuojančioji spinduliuotė, jonizuojančioji radiacija – elektromagnetinių bangų arba elementariųjų dalelių srautas, kuris jonizuoja medžiagos atomus ir molekules, paverčia juos teigiamais arba neigiamais jonais.

Žinomiausi jonizuojančios spinduliuotės tipai yra:

• Rentgeno spinduliuotė (X spinduliai).
• Alfa (α) spinduliuotė – alfa dalelių, t. y. teigiamą krūvį turinčių helio branduolių, kurie sudaryti iš dviejų protonų ir dviejų neutronų, spinduliuotė. Biologiniame audinyje jų siekis apie 50 nm.
• Beta (β) spinduliuotė – beta dalelių, t. y. neigiamą krūvį turinčių elektronų srautas, kurio siekis yra didesnis už alfa dalelių.
• Gama (γ) spinduliuotė – aukštos energijos elektromagnetinė spinduliuotė, kurios siekis yra pats didžiausias.

• Neutronų spinduliavimas

Gama spinduliai, rentgeno spinduliai ir aukštesnioji ultravioletinių spindulių eilė elektromagnetinių bangų spektre yra jonizuojantieji spinduliai, tuo tarpu žemesnioji ultravioletinių spindulių eilė ir viskas po ja (UV, regimasis spektras, infraraudonieji spinduliai, mikrobangos ir radijo bangos) yra . Riba tarp jonizuojančios ir nejonizuojančios elektromagnetinės radiacijos, kuri pasireiškia ultravioletiniuose spinduliuose nėra tiksliai apibrėžta, kadangi skirtingos molekulės ir atomai jonizuojasi prie skirtingų energijos kiekių, tačiau sutartinė riba tarp mokslininkų yra nuo 10 iki 33 eV ultravioletiniame spektre.

Paprastos jonizuojančios subatominės dalelės, kurios yra skleidžiamos radioaktyvumo metu, apima alfa daleles, beta daleles ir neutronus. Beveik visi radioaktyvaus skilimo produktai yra jonizuojantys, dėl to kad skilimo energija yra daug didesnė nei jonizuojančioji. Kitos subatomines jonizuojančiosios dalelės, kurios susiformuoja natūraliai yra miuonai, mezonai, pozitronai, ir kitos dalelės, kurios spinduliuoja antrinius kosminius spindulius, kurie susidaro po pirminių kosminių spindulių susidūrimo su Žemės atmosfera. Kosminiai spinduliai yra spinduliuojami žvaigždžių ir kai kurių kosminių įvykių, tokių kaip supernovų. Kosminiai spinduliai taip pat gali sukurti radioizotopus Žemėje (tokius kaip Anglis-14), kurie vėliau skyla spinduliuodami jonizuojančią radiaciją. Kosminiai spinduliai ir radioaktyvių izotopų skilimas yra pagrindiniai natūralios jonizuojančios radiacijos šaltiniai Žemėje. Visa ši spinduliuotė sudaro radiacinį foną. Jonizuojanti radiacija taipogi gali būti sukurta dirbtinai, naudojant rentgeno spindulių vamzdžius, dalelių greitintuvus, ir daugelį kitų metodų kuriais sukuriami radioizotopai.

Jonizuojančiosios radiacijos pajausti žmogui neįmanoma. Radiaciją matuoja tokie instrumentai kaip Geigerio skaitiklis. Didelis kiekis radiacijos susidūręs su medžiaga gali išspinduliuoti regimąją šviesą, tokią kaip Čerenkovo spinduliuotę ir radioluminiscencija. Jonizuojanti radiacija yra naudojama daugelyje sričių tokių kaip medicina, branduolinė energetika, moksliniai tyrimai, gamyba ir t. t., tačiau tai kelia riziką sveikatai, jei nesiimama tam tikrų apribojimų.

Tipai

Jonizuojanti spinduliuotė yra skirstoma pagal dalelių kilmę ir elektromagnetines bangas, kurios sukuria jonizuojantį efektą. Šios dalelės turi skirtingus jonizavimo mechanizmus, ir gali būti grupuojamos kaip tiesiogiai ir netiesiogai jonizuojančios.

Tiesiogiai jonizuojanti spinduliuotė

Bet kokia krūvį, ir užtektinai kinetinės energijos turinti dalelė gali tiesiogiai jonizuoti atomus, pasitelkiant fundementaliąsias sąveikas. Šios dalelės tai atomo branduolys, elektronai, miuonai, krūvį turintys pionai, protonai ir krūvį turintys branduoliai, netekę elektronų. Judančios reliatyvistiniais greičiais, šios dalelės turi užtektinai energijos kad jonizuotų, bet reliatyvistinių greičių net nereikia. Pvz.: paprasta alfa dalelė yra jonizuojanti, nors juda tik ~5% šviesos greičio (c), o elektronas turintis 33 eV (užtektiną jonizavimui) energiją juda ~1% c.

Pirmieji du pripažinti jonizuojančios spinduliuotės šaltiniai gavo atskirus pavadinimus: helio branduoliai (sudaryti iš dviejų neutronų ir protonų) išspinduliuoti iš radioaktyvaus atomo branduolio yra vadinami alfa dalelėmis, o dažnai (ne visada) išspinduliuojami elektronai judantys reliatyvistiniais greičiais yra vadinami beta dalelėmis.

Alfa dalelės

Alfa dalelės susidaro iš dviejų protonų ir dviejų neutronų, kurie yra susijungę į vieną dalelę identišką helio branduoliui. Alfa dalelių spinduliavimas dažniausiai susidaro alfa skilimo metu, bet gali būti sukuriamas ir kitais būdais. Alfa dalelės yra pavadintos pagal pirmąją graikų abėcėlės raidę, α., dėl to alfa dalelės simbolis yra α arba  α²⁺ . Kadangi jos abi yra vienodos helio branduolio aprašymui, jos kartais užrašomos kaip He2+ ar ${\displaystyle {\ce {^{4}_{2}He^2+}}}$ parodant helio joną su 2+ krūviu (2 elektronų trūkumu). Jei jonas pasiima elektronus iš aplinkos, alfa dalelę galima užrašyti kaip normalų, neutralų helio atomą ${\displaystyle {\ce {^{4}_{2}He}}}$.

Alfa dalelės yra labai jonizuojančios dalelės. Kai jos išspinduliuojamos, jos turi labai maža skvarbumą. Šiuo atveju, jos gali būti sugertos kelių centimetrų oro, ar odos. Stipresnės, ilgo nuotolio alfa dalelės kurios išsiskiria trinarinio skilimo metu (jis labai retas), būna tris kart stipresnės ir gali prasiskverbti tris kart toliau per orą. Helio branduoliai kurie sudaro 10-12% visų kosminių spindulių, dažniausiai turi daug daugiau energijos nei tie branduoliai kurie susidarė radioaktyviojo skilimo metu, ir kai jie sutinkami kosmose, gali perskrosti žmogaus kūną ir tankias apsaugas, tačiau ant Žemės, toks spinduliavimas yra gerokai nuslopinamas Žemės atmosferos, kuri veikia kaip radiacijos apsauga lygi 10-čiai metrų vandens.

Beta dalelės

Beta dalelėse yra daug energijos, didelį greitį turintys elektronai ar pozitronai išspinduliuoti tam tikrų tipų radioaktyvių branduolių, tokių kaip kalis-40. Beta dalelių susidarymas vadinamas beta skilimu. Jos yra pavadintos graikų raidės beta (β) pavadinimu ir turi dvi formas, β⁻ ir β⁺, kurios parodo ar tai yra elektronas (-) ar pozitronas(+).

Jei kažkur paminimas radioaktyvus užteršimas, tai dažniausiai reiškia jog toje vietoje yra spinduliuojamos beta dalelės, kurias galima išmatuoti naudojant Geigerio skaitiklį. Arti prie beta spindulių skleidėjo prineštas geigerio skaitiklis turėtų rodyti didelį pokytį radioaktyvume.

Daug energijos turinčios beta dalelės gali išspinduliuoti rentgeno spindulius žinomus kaip bremsstrahlung ("Stabdymo radiacija"), arba antrinius elektronus (Delta spinduliai) einant per medžiagas. Abu šie efektai gali sukelti netiesioginį jonizavimo reiškinį.

Pozitronai ir kitos antimaterijos rūšys

Pozitronas arba antielektronas tai antidalelė arba elektrono analogas antimaterijoje. Kai žemos energijos pozitronas susiduria su žemos energijos elektronu, įvyksta susinaikinimas, taip išspinduliuojant du ar daugiau gama spindulių fotonus.

Pozitronai susikuria pozitronų spinduliavimo metu, radioaktyviojo skilimo metu (per silpnąsias sąveikas), arba poros susidarymo metu iš užtektinai energijos turinčio fotono. Pozitronai yra vieni iš dažniausiai pasitaikančių dirbtinių jonizuojančios radiacijos šaltinių, jie naudojami tokiose procedūrose kaip pozitronų emisijos tomografijose (PET).

Pozitronai yra teigiamą krūvi turinčios dalelės, kurios gali tiesiogiai jonizuoti atomą.

Fotonų radiacija

Nors fotonai ir yra neutralūs, jie gali tiesiogiai jonizuoti atomus, šis efektas vadinamas fotoelektriniu efektu ir Komptono efektu. Abi šios sąveikos sukels elektrono išspinduliavima iš atomo reliatyvistiniais greičiais, taip paversdamos jį beta dalele, kuri jonizuos daugelį kitų atomų. Daugelis paveiktų atomų, kurie išspinduliuoja fotonų radiacija jau yra tiesiogiai jonizuoti antrinių beta dalelių, todėl fotonai yra pavadinti netiesiogiai jonizuojančiais. Fotonų radiacija yra vadinama gama spinduliais, jei ji būna išspinduliuojama branduolinės reakcijos, subatominių dalelių skilimo branduolyje, ar branduolinio skilimo branduolyje metu. Jei fotonų radiacija išspinduliuojama už branduolio ribų, ji vadinama rentgeno spinduliais.

Rentgeno spinduliai paprastai neša mažesnį energijos kiekį nei gama spinduliai, ir senesniuose susitarimuose jų riba buvo bangos ilgis, kuris didesnis nei 10⁻¹¹ m, arba energijos kiekis lygus 100 keV. Dabartiniai apibūdinimai rentgeno spindulius aprašo kaip spindulius, kurių energija tarp 120 eV ir 120 keV, o gama spindulius kaip spindulius turinčius energijas nuo 100 iki 120 keV, priklausomai nuo šaltinio.

Terminas

Klaidingas anksčiau paplitęs terminas yra radiacija, kuris iš tikrųjų reiškia bet kokią elektromagnetinę spinduliuotę (tiek jonizuojančiąją, tiek nejonizuojančiąją) ir .

Panaudojimas

Maisto produktų apšvitinimas

Maisto produktų apšvitinimas jonizuojančia spinduliuote naudojamas siekiant pratęsti maisto produktų galiojimą, sumažinti maiste plintančių ligų riziką ir užkirsti kelią invazinių kenkėjų plitimui. Maisto apšvitinimas leidžiamas daugiau nei 60 šalių.

Europos Sąjungos šalyse leidžiama apšvitinti:

• tik sausas aromatines žoles,
• prieskonius,
• daržovių pagardus.

Lietuvos natūralus radioaktyvusis fonas

Skirtingose Lietuvos vietose gamtinis fonas šiek tiek skiriasi, taip pat gali svyruoti ir vienoje vietoje. Paprastai jis yra nuo 0,05 iki 0,15 μSv/h (5 – 15 μR/h), vidutiniškai apie 0,1 μSv/h (10 μR/h). Patalpose fonas gali būti didesnis ir siekti 0,2μSv/h (20 μR/h) ir daugiau μSv/h. Jei fonas viršytų 0,3 μSv/h (30 μR/h), reikėtų aiškintis priežastis.

Aplinkos apsaugos agentūros tinklalapyje yra skiltis, kurioje tiesiogiai pateikiami radiacinio fono stebėsenos rezultatai.

Taip pat skaitykite

• Radioaktyvusis skilimas
• Alfa dalelė
• Beta dalelė

Šaltiniai

1. Jonizuojančioji spinduliuotė Archyvuota kopija 2015-05-27 iš Wayback Machine projekto. Nuoroda tikrinta 2015-05-27
2. [1] Archyvuota kopija 2017-04-09 iš Wayback Machine projekto.