Понятието радиация и частиците, от които тя е изградена
Радиацията е сбор от разнородни по вид частици и електромагнитни излъчвания с йонизиращо действие. Най-значими са следните типове йонизиращо излъчване: късовълново електромагнитно излъчване (рентгеново и гама излъчване), потоци от заредени частици: бета-частици (електрони и позитрони), алфа-частици (ядра наизотопа 4He), протони, други йони и др., а също и неутрони. Основни източници на радиация са: радиоактивни елементи, космическата радиация, изкуствени радиоактивни източници (напр. ядрени реактори). Радиацията е един от главните мутагенни фактори.
Основни видове
* Естествена (или още спонтанна) - получава се при взаимодействия на космическото лъчение със земната атмосфера, или просто произволен разпад на ядрата на елементи, съществуващи в природата (като най-разпространеният е 222Rn получен при разпад на 226Ra)
* Изкуствена радиоактивност - получава се в резултат на човешката дейност, по-точно при ядрени реакции.
Единицата за измерване на радиоактивност в Международната система единици е бекерел с означение Bq и размерност 1/s. Други единици са рад (rad), кюри (Ci) и Грей (Gy).
Закон за радиоактивния разпад:
Радиоактивните вещества се състоят от голям брой еднакви нестабилни ядра. Разпадането на дадено ядро не зависи от външни признаци и е случаен процес. Опитно е доказано, че всеки радиоактивен елемент има специфичен период на полуразпад, в който се разпадат половината от наличните ядра. Например торий-232 има период на полуразпад от 14 милиона години, а въглерод-14 през 5730 години. Тези свойства се използват за датиране на археологически находки и скални пластове.Изкуствена радиоактивност:
През 1934г. Съпрузите Ирен и Фредерик Жолио-Кюри при облъчване на алуминий с алфа частици наблюдават лъчение с голяма проникваща способност. Ясно било, че се осъществява ядрена реакция, но имало и нещо неразбираемо - облъченият алуминий освен неутрони изпускал и позитрони. Обяснението на този факт не било трудно, но излъчването на позитрони не спирало дори и след отстраняването на източника на алфа частици. При това то се подчинявало на всички закони на радиоактивното разпадане с T 1/2 =2,5 min. Схемата на ядрената реакция не оставяла друг избор за решение на този проблем освен излъчване на позитрони от ядрата на образувалия се изотоп на фосфора:
Полученият изотоп на Si е изключително рядък, но по-забалежителен е фактът, че фосфора от който той се образува, изобщо не съществува в природата. Той е нов, получен по изкуствен път изотоп и в последствие е наречен от Ирен и Фредерик Жолио-Кюри радиоактивен фосфор, след доказване ,че химичните му свойства са идентични с тези на елемента фосфор. Радиоактивният фосфор е първият радиоактивен изотоп, който не съществува в природата и все-пак е получен от човека. До наши дни са получени над хиляда такива изотопи. Откритието на съпрузите Жолио-Кюри е удостоено веднага (1935г.) с нобелова награда.
Представляват хелиеви ядра (He2+), ускорени до 20 000 км/с. Притежават най–високата йонизираща енергия. Това се дължи главно на голямата им маса (4 атомни маси). α–частиците притежават също двоен положителен електричен заряд (2p+), поради което изменят траекторията си в магнитно поле. Основен техен източник е α-разпадът. При него в продукта на разпада атомната маса намалява с 4, а поредният номер — с 2.
β–частициПредставляват електрони (e-), ускорени до скорост близка до светлинната (300 000 000 м/с). Притежават 15 пъти по–малък йонизиращ ефект, но значително по–голяма проникваща способност. Имат отрицателен електричен заряд. Основен техен източник е β-разпадът.
. При него в продукта на разпада атомната маса се запазва, но поредният номер е по–голям с единица.
γ–частициФотони с много висока енергия. Нямат електричен заряд, нито маса в покой. Основен източник е y-разпадът.
. При него в продукта на разпада не се променят атомната маса и поредният номер, но ядрото преминава в по–стабилно състояние.
НеутрониЕлектронеутрални частици с маса, близка до тази на протона. Самостоятелно съществуват кратко време, след което се разпадат до електрон и протон. Техен източник е неутронния разпад.
Към радиоактивните частици спадат също: позитрони, неутрино, мезони и други. Излъчват се и рентгенови лъчи с висока енергия.
В съответствие с теорията на Дирак електронът и позитронът могат да се раждат по двойки, като при този процес се "губи" енергия, равна на енергията на покой на тези частици, 2×0,511 MeV. Експерименталното сравнение на двете частици показва, че имат еднакви свойства и характеристики с изключение на знака на електрическия им заряд.
През 1932 година, Карл Давид Андерсън открива експериментално позитрона при наблюдение на космическо излъчване с помощта на камерата на Уилсън, поставена в магнитно поле. Той дава и името на позитрона. Той също така предлага (макар и неуспешно) да се смени името на електрона на негатрон. Следите, оставени от позитрона напомнят тези на електрона, но се отклоняват в обратната посока под действието на магнитното поле, което е свидетелство за противоположен електрически заряд.
АнихилацияКогато нискоенергиен позитрон се сблъска с нискоенергиен електрон, настъпва анихилация, като в резултат се излъчват два гама фотона, разлитащи се в противоположни посоки. Всеки от тях има енергия по 511 keV (което както се вижда при сравнение с данните в началото, е енергията на покой на тези частици).
Неутриното е елементарна частица. Открита през 1931 г. при β разпад. Бележи се с ν. Има една втора спин () и следователно е фермион. Неговата маса е изключително малка в сравнение с другите частици и се приема, че е равна на нула, но се извършват прецизни измервания на неутронната маса. След като е електронеутрален лептон, неутриното не участва нито всилно, нито в електромагнитно взаимодействие, а само в слабо и гравитационно.
Масата на неутриното е изключително малка. Горната експериментална оценка на сумата от масите на всички типове неутрино съставлява всичко на всичко 0,28 еВ. Разликата в квадратите на масите на неутриното от различни поколения, получена посредством осцилационни експерименти, не превишава 2,7×10−3 еВ².
Масата на неутриното е важна за обяснение на феномена тъмна материя в космологията, тъй като е възможно концентрацията на неутрино във Вселената да е достатъчно висока, за да повлияе на средната плътност.
Заради едва забележимото участие в слабото ядрено взаимодействие, неутриното преминава през материята почти незабелязано. За частиците неутрино, произведени от слънцето (енергия от порядъка на няколко MeV), ще е необходима стена, дебела около една светлинна година (~1016 м) и направена от олово, за да задържи половината от тях. Ето защо засичането на неутрино е предизвикателство, изискващо огромни по обем детектори или силно концентрирани лъчи от неутрино частици.
Антинеутриното е анти частицата на неутриното.
Мезон е силновзаимодействащ бозон или адрон с цял спин. В стандартния модел мезоните не са елементарни частици, а съставни частици с четно число кварки и антикварки.
През 1949 година Хидеки Юкава получава Нобеловата награда за физика за предсказването на съществуването на мезона. Неговата маса е между тази на електрона ипротона. Пионът е първият експериментално установен мезон.