Warto przeczytać

Promieniowanie jonizujące, to przede wszystkim promieniowanie alfa ($\alpha$) – jądra helu $_{2}^{4} \textrm{He}$, beta ($\beta$) – strumień elektronów, strumień neutronów i gammaFotony gammagamma ($\gamma$) – promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie to jest emitowane przez jądra naturalnych izotopów promieniotwórczychIzotopy promieniotwórcze radioizotopy, radionuklidyizotopów promieniotwórczych znajdujące się w naszym otoczeniu: w ścianach budynków, skałach, glebie, pożywieniu, powietrzu i wodzie. Liczbę cząstek promieniowania wytwarzanego w próbce materiału opisuje się wielkością fizyczną nazywaną aktywnością promieniotwórczą. Symbolem aktywności jest litera $A$. Jednostką aktywności jest bekerel o symbolu Bq. Próbka ma aktywności 1 Bq, jeżeli zachodzi w niej jeden rozpad w ciągu sekundy.

Przykładowe naturalne źródła promieniowania i ich aktywności promieniotwórcze przedstawia tabela na Rys. 1.

Rys. 1. Przykładowe aktywności naturalnych źródeł promieniowania. Głównym źródłem promieniowania w ciele człowieka są jądra potasu ${}_{19}^{40}K$ i węgla ${}_{12}^{14}C$ (https://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniotw%C3%B3rczo%C5%9B%C4%87_naturalna)

Energię, jaką ośrodek uzyskał od promieniowania opisuje wielkość nazywana dawką pochłoniętą. Oznacza się literą ją literą $D$. Jednostką dawki jest grej, symbol Gy. Ośrodek pochłoną dawkę 1 Gy, jeżeli 1 kg ośrodka uzyskał od promieniowania 1 J energii. W wyniku pochłaniania promieniowania rośnie jego temperatura, niekiedy również występuje świecenie.

Przenikanie promieniowania przez materiały można zilustrować jak na Rys. 2.

R1XHaBqwHgqqy

Rys. 2. Ilustracja przedstawia w uproszczeniu przenikanie promieniowania przez materię. Pokazano trzy prostopadłościenne bloki ułożone jeden za drugim w pewnych odstępach. Każdy z bloków imituje określony materiał. Pierwszy to ALUMINIUM, kolejny OŁÓW, ostatni BETON. Przed blokiem imitującym aluminium narysowano pionowo ułożoną dłoń. Z lewej strony ilustracji wyprowadzono siedem kolorowych równoległych do siebie linii: pojedyncza niebieska opisana małą grecką literą alfa; pojedyncza fioletowa opisana małą grecką literą beta; dwie pomarańczowe opisane małą grecką literą gamma i trzy czerwone opisane jako NEUTRONY. Niebieska linia zatrzymuje się na dłoni, pozostałe przechodzą przez dłoń ustawioną wnętrzem w kierunku promieniowania, fioletowa przenika przez dłoń, a  zatrzymuje się na bloku aluminium, pomarańczowa przenika przez dłoń i blok aluminium, a zatrzymuje się na bloku ołowiu. Trzy czerwone linie przenikają przez dłoń, kolejne bloki aluminium i ołów, a zatrzymują się na bloku betonowym.

Oddziaływanie promieniowania jonizującego rzadko prowadzi do reakcji jądrowych. Reakcje jądrowe wywołują przede wszystkim neutrony, które nie oddziałują elektrycznie. Takie reakcje zachodzą na przykład w górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania kosmicznego, które oddziałując z jądrami atomów atmosfery powoduje uwolnienie neutronów. Dzięki temu powstają na przykład izotopIzotopyizotop węgla $_{6}^{14}\textrm{C}$ i izotopIzotopyizotop wodoru – tryt $_{1}^{3}\textrm{H}$:

Zazwyczaj promieniowanie jonizujące oddziałuje z elektronami materii, wybijając je z atomów, nawet z wewnętrznych powłok atomowych czyli powoduje jonizację atomów. Promieniowanie może także wzbudzać elektrony, czyli powodować ich przeniesienie na wyższe poziomy energetyczne. Promieniowanie może również rozrywać wiązania chemiczne w cząsteczkach. Elektrony oderwane od atomów, gdy uzyskają dostatecznie dużą energię mogą powodować kolejne jonizacje. Miarą gęstości jonizacji jest współczynnik $LET$ równy stratom energii promieniowania na jednostkę drogi

gdzie $\Delta E$ – straty energii promieniowania $\Delta x$ – odległość, na której nastąpiły straty. Dużą jonizację na jednostkę długości powodują cząstki alfa, protony i ciężkie jony, znacznie mniejszą elektrony i promieniowanie gamma lub X i neutrony.

Sposób oddziaływania promieniowania zależy od rodzaju i energii promieniowania, a także od właściwości ośrodka.

Fotony promieniowania gamma mogą przekazać całą lub część swojej energii elektronom materii, powodując jonizację. Przy dostatecznie dużej energii fotony gamma mogą także stworzyć pary elektron pozyton. Taka możliwość wynika z równoważności masy i energii opisanej wzorem Einsteina

gdzie $E$ to wielkość energii, $m$ – odpowiadająca jej masa a $c$ – prędkość światła w próżni.

Pozyton dosyć szybko ulega anihilacji z elektronem ośrodka, czemu towarzyszy powstanie pary fotonów o energii niższej niż energia wyjściowego fotonu, elektron może powodować jonizację.

Promieniowanie beta – strumień elektronów – może wybijać elektrony z atomów, ale także emisje promieniowania hamowaniaPromieniowanie hamowaniapromieniowania hamowania wynikającego z oddziaływania elektronu z jądrami atomowymi.

Cząstki alfa oddziałują głównie z elektronami ośrodka za pośrednictwem sił elektrycznych. Skutkiem tych oddziaływań jest przede wszystkim wybijanie elektronów. Cząstka alfa może powodować na swojej drodze wiele jonizacji. Często również elektrony wybite z atomów przez promieniowanie uzyskują od niego dostatecznie dużą energię, aby wybijać kolejne elektrony.

Zazwyczaj po ustaniu promieniowania następuje rekombinacja – elektrony łączą się z powstałymi jonami. Zjonizowane atomy i cząstki mogą także wchodzić w reakcje chemiczne. Ta możliwość jest wykorzystywana na przykład do syntezy niektórych związków chemicznych, między innymi w reakcjach polimeryzacji. W ciałach stałych, poza jonizacją, promieniowanie powoduje wbijanie atomów z ich miejsc w sieci krystalicznej, generując w ten sposób defekty sieci krystalicznej. Powoduje to zmianę właściwości fizycznych materiału: gęstości, twardości, przewodnictwa elektrycznego itd. Ma to szczególne znaczenie dla urządzeniach wykorzystujących materiały półprzewodnikowe. Promieniowanie może między innymi skutkować zmniejszeniem sprawności ogniw słonecznych. Jonizacja w pobliżu złącza półprzewodnikowego p‑nZłącze p‑nzłącza półprzewodnikowego p‑n może powodować powstanie impulsu prądu, który może zostać wzmocniony w układach elektronicznych i w rezultacie doprowadzić do zniszczenia elementu niezabezpieczonego.

Promieniowanie może także powodować zmianę stanu logicznego w układach cyfrowych – zmienić stan 0 na stan 1 lub odwrotnie. Może także niszczyć zapis na nośnikach pamięci.

Wpływ promieniowania jonizującego należy szczególnie uwzględniać w urządzeniach przeznaczonych do pracy w przestrzeni kosmicznej: sztucznych satelitach Ziemi i sondach kosmicznych.

Słowniczek