विकिरण विद्युत चुम्बकीय,

1) शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स में - एक मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के गठन की प्रक्रिया जो विद्युत आवेशित कणों (या उनके सिस्टम) की परस्पर क्रिया के दौरान होती है; क्वांटम सिद्धांत में - क्वांटम सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन होने पर फोटॉन के जन्म (उत्सर्जन) की प्रक्रिया;

2) मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र - विद्युत चुम्बकीय तरंगें।

विकिरण के शास्त्रीय सिद्धांत - इलेक्ट्रोडायनामिक्स - की नींव 19 वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में एम। फैराडे और जेके मैक्सवेल के कार्यों में रखी गई थी, जिन्होंने फैराडे के विचारों को विकसित किया, जिससे विकिरण के नियमों को एक कठोर गणितीय रूप दिया गया। यह मैक्सवेल के समीकरणों का अनुसरण करता है कि संदर्भ के किसी भी फ्रेम में निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगें समान गति से फैलती हैं - प्रकाश की गति c = 3·10 8 m/s। मैक्सवेल के सिद्धांत ने कई भौतिक घटनाओं की व्याख्या की, संयुक्त ऑप्टिकल, विद्युत और चुंबकीय घटनाएं, विद्युत और रेडियो इंजीनियरिंग का आधार बन गईं, लेकिन कई घटनाएं (उदाहरण के लिए, परमाणुओं और अणुओं के स्पेक्ट्रा) को क्वांटम के निर्माण के बाद ही समझाया जा सकता है। विकिरण का सिद्धांत, जिसकी नींव एम। प्लाथ, ए। आइंस्टीन, एन। बोहर, पी। डिराक और अन्य द्वारा रखी गई थी। विकिरण के सिद्धांत को क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में पूरी तरह से प्रमाणित किया गया था, जो 1950 के दशक में कार्यों में पूरा हुआ था आर. एफ. फेनमैन, जे. श्विंगर, एफ. डायसन और अन्य।

विकिरण प्रक्रिया की विशेषताएं और मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (विकिरण तीव्रता, विकिरण स्पेक्ट्रम, इसमें ऊर्जा वितरण, विकिरण ऊर्जा प्रवाह घनत्व, आदि) विकिरणित आवेशित कण (या कणों की प्रणाली) के गुणों और स्थितियों पर निर्भर करते हैं विद्युत और / या चुंबकीय क्षेत्रों के साथ इसकी बातचीत, जिससे विकिरण होता है। इसलिए, जब एक आवेशित कण किसी पदार्थ से होकर गुजरता है, तो पदार्थ के परमाणुओं के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, कण की गति बदल जाती है और यह तथाकथित ब्रेम्सस्ट्रालंग (नीचे देखें) का उत्सर्जन करता है। तरंग दैर्ध्य रेंज λ के आधार पर मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को रेडियो उत्सर्जन (रेडियो तरंगें देखें), अवरक्त विकिरण, ऑप्टिकल विकिरण, पराबैंगनी विकिरण, एक्स-रे विकिरण, गामा विकिरण कहा जाता है।

एक आवेशित कण का वैद्युतचुंबकीय क्षेत्र एकसमान और सीधी रेखा में निर्वात में उससे दूर की दूरी पर गतिमान होता है, नगण्य है, और हम कह सकते हैं कि इसके द्वारा लगाया गया क्षेत्र उसी गति से उसके साथ चलता है। आवेशित कण के ऐसे स्व-क्षेत्र के गुण उसके वेग के परिमाण और दिशा पर निर्भर करते हैं और यदि यह स्थिर है तो परिवर्तित नहीं होता है; ऐसा कण विकिरण नहीं करता है। यदि एक आवेशित कण की गति बदल गई है (उदाहरण के लिए, दूसरे कण के साथ टकराव में), तो गति में परिवर्तन से पहले और बाद में अपना क्षेत्र अलग है - जब गति में परिवर्तन होता है, तो अपने क्षेत्र को फिर से व्यवस्थित किया जाता है ताकि उसका हिस्सा बंद हो जाता है और अब आवेशित कण से जुड़ा नहीं है - यह एक मुक्त क्षेत्र बन जाता है। इस प्रकार, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का निर्माण तब होता है जब एक आवेशित कण की गति में परिवर्तन होता है; गति में परिवर्तन के कारण विविध हैं, इसके अनुसार विभिन्न प्रकार के विकिरण उत्पन्न होते हैं (ब्रेम्सस्ट्रालंग, चुंबकीय ब्रेम्सस्ट्रालंग, आदि)। कणों की एक प्रणाली का विकिरण इसकी संरचना पर निर्भर करता है; यह कण विकिरण के अनुरूप हो सकता है, एक द्विध्रुवीय विकिरण (द्विध्रुवीय विकिरण) या एक बहुध्रुवीय विकिरण (बहुध्रुवीय विकिरण) हो सकता है।

एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन के विनाश के दौरान (एनीहिलेशन और जोड़ी उत्पादन देखें), एक मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (फोटॉन) भी बनता है। विनाश करने वाले कणों की ऊर्जा और संवेग संरक्षित होते हैं, अर्थात वे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में स्थानांतरित हो जाते हैं। इसका मतलब है कि विकिरण क्षेत्र में हमेशा ऊर्जा और गति होती है।

विकिरण की प्रक्रिया में बनने वाली विद्युतचुंबकीय तरंगें स्रोत से निकलने वाली ऊर्जा का एक प्रवाह बनाती हैं, जिसका घनत्व S(r,t) (Poynting वेक्टर एक इकाई समय में प्रवाह के लंबवत एक इकाई सतह के माध्यम से प्रवाहित होने वाली ऊर्जा है) t समय पर विकिरण आवेशित कण से दूरी पर r चुंबकीय H (r, t) और विद्युत E (r, t) क्षेत्रों की शक्तियों के सदिश गुणनफल के समानुपाती होता है:

विकिरण के दौरान प्रति इकाई समय में एक आवेशित कण द्वारा खोई गई कुल ऊर्जा W को असीम रूप से बड़े त्रिज्या r के क्षेत्र के माध्यम से ऊर्जा प्रवाह की गणना करके प्राप्त किया जा सकता है।

जहां द. - ठोस कोण तत्व, n - विकिरण प्रसार की दिशा में इकाई वेक्टर। लंबी दूरी पर आवेशों की प्रणाली का स्व-क्षेत्र 1/r से अधिक तेजी से दूरी के साथ घटता है, और स्रोत से बड़ी दूरी पर विकिरण क्षेत्र 1 के रूप में घटता है /आर।

उत्सर्जक सुसंगतता।दो समान स्रोतों से अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर आने वाले विकिरण प्रवाह का घनत्व विद्युत शक्ति ई 1 (आर, टी) और ई 2 (आर, टी) और चुंबकीय एच 1 के योग के वेक्टर उत्पाद के समानुपाती होता है। स्रोत 1 और 2 से विद्युत चुम्बकीय तरंगों के r, t) और H 2 (r, t) क्षेत्र:

दो साइनसॉइडल समतल तरंगों को जोड़ने का परिणाम उन चरणों पर निर्भर करता है जिनमें वे किसी दिए गए बिंदु पर पहुंचते हैं। यदि चरण समान हैं, तो क्षेत्र E और H दोगुने हो जाते हैं, और किसी दिए गए बिंदु पर क्षेत्र ऊर्जा एक स्रोत से क्षेत्र ऊर्जा की तुलना में 4 गुना बढ़ जाती है। मामले में जब दो अलग-अलग स्रोतों से तरंगें विपरीत चरणों के साथ डिटेक्टर में आती हैं, तो खेतों के क्रॉस उत्पाद और [ई 2 (आर, टी) एच 1 (आर, टी)] (3) में गायब हो जाते हैं। नतीजतन, दो उत्सर्जक से एक बिंदु पर एक उत्सर्जक के रूप में दोगुनी ऊर्जा आती है। N उत्सर्जक के मामले में, जो तरंगें किसी दिए गए बिंदु पर समान चरणों में आती हैं, ऊर्जा में N 2 गुना वृद्धि होगी। ऐसे उत्सर्जक को सुसंगत कहा जाता है। यदि प्रत्येक उत्सर्जक से डिटेक्टर में आने वाली तरंगों के चरण यादृच्छिक होते हैं, तो अवलोकन बिंदु पर जोड़े जाने पर विभिन्न उत्सर्जक के क्षेत्र आंशिक रूप से रद्द हो जाते हैं। फिर, एन स्रोतों से, डिटेक्टर एक स्रोत से ऊर्जा एन गुना अधिक दर्ज करेगा। ऐसे स्रोतों (और उनके विकिरण) को असंगत कहा जाता है। इनमें लगभग सभी पारंपरिक प्रकाश स्रोत (मोमबत्ती की लौ, गरमागरम लैंप, फ्लोरोसेंट लैंप, आदि) शामिल हैं; उनमें, प्रत्येक परमाणु या अणु के उत्सर्जन के समय क्षण (और, तदनुसार, वे चरण जिनमें उनके विकिरण की तरंगें एक निश्चित बिंदु पर आती हैं) यादृच्छिक होती हैं। सुसंगत विकिरण स्रोत लेज़र हैं, जिसमें काम करने वाले पदार्थ के सभी परमाणुओं के एक साथ रोशनी के लिए स्थितियां बनाई जाती हैं।

विकिरण प्रतिक्रिया।एक विकिरणित आवेशित कण ऊर्जा खो देता है, जिससे विकिरण की प्रक्रिया में कण पर कार्य करने वाला एक बल उत्पन्न होता है, जो इसकी गति को धीमा कर देता है और इसे विकिरण प्रतिक्रिया बल या विकिरण घर्षण बल कहा जाता है। आवेशित कणों के गैर-सापेक्ष वेगों पर, विकिरण की प्रतिक्रिया बल हमेशा छोटा होता है, लेकिन प्रकाश की गति के करीब वेगों पर, यह एक प्रमुख भूमिका निभा सकता है। इस प्रकार, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में, उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरण इलेक्ट्रॉनों के विकिरण के कारण ऊर्जा का नुकसान इतना अधिक होता है कि इलेक्ट्रॉन पृथ्वी की सतह तक नहीं पहुंच पाते हैं। समान ऊर्जा और बड़े द्रव्यमान वाले ब्रह्मांडीय किरण कणों में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में विकिरण के लिए कम ऊर्जा हानि होती है, और वे पृथ्वी की सतह पर पहुंच जाते हैं। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि पृथ्वी की सतह पर और उपग्रहों से दर्ज की गई ब्रह्मांडीय किरणों की संरचना भिन्न हो सकती है।

विकिरण सुसंगतता लंबाईएक आवेशित कण के गैर-सापेक्ष और अति-सापेक्ष वेगों पर विकिरण प्रक्रियाएं अंतरिक्ष के उस क्षेत्र के आकार में भिन्न होती हैं जहां विकिरण क्षेत्र बनता है। गैर-सापेक्ष मामले में (जब कण का वेग v कम होता है), विकिरण क्षेत्र प्रकाश की गति से आवेश छोड़ देता है और विकिरण प्रक्रिया जल्दी समाप्त हो जाती है, विकिरण गठन क्षेत्र का आकार (सुसंगत लंबाई) L की तुलना में बहुत छोटा होता है विकिरण तरंगदैर्घ्य , L~λv/s. यदि कण की गति प्रकाश की गति (सापेक्ष गति पर) के करीब है, तो परिणामी विकिरण क्षेत्र और इसे बनाने वाले कण एक दूसरे के करीब चलते हैं और काफी लंबी दूरी तक उड़ते हुए विचलन करते हैं। विकिरण क्षेत्र के निर्माण में अधिक समय लगता है, और लंबाई L, तरंग दैर्ध्य से बहुत अधिक होती है, L~λγ (जहाँ γ= -1/2 कण का लोरेंत्ज़ कारक है)।

ब्रेम्सस्ट्रॉलंगतब होता है जब एक आवेशित कण पदार्थ के परमाणुओं पर बिखर जाता है। यदि समय t जिसके दौरान एक आवेश e के साथ एक कण बिखरने के दौरान v 1 से v 2 तक अपना वेग बदलता है, विकिरण निर्माण समय L/v से बहुत कम है, तो आवेशित कण के वेग में परिवर्तन को तात्कालिक माना जा सकता है। तब कोणों और वृत्ताकार आवृत्तियों पर विकिरण ऊर्जा का वितरण का रूप है:

इस व्यंजक को v 1 से v 2 तक प्रकीर्णन के दौरान कण वेग में परिवर्तन की प्रायिकता से गुणा करके और परिणामी व्यंजक को सभी v 2 पर समाकलित करके, हम आवृत्तियों और कोणों (आवृत्ति से स्वतंत्र) पर ब्रेम्सस्ट्रालंग ऊर्जा का वितरण प्राप्त कर सकते हैं। परमाणु के साथ बातचीत करते समय हल्के कण अधिक आसानी से विक्षेपित हो जाते हैं, इसलिए ब्रेम्सस्ट्रालंग की तीव्रता तेज कण के द्रव्यमान के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है। जब इलेक्ट्रॉन ऊर्जा कुछ महत्वपूर्ण ऊर्जा से अधिक होती है, जो हवा के लिए 83 MeV, Al के लिए 47 MeV और Pb के लिए 59 MeV है, तो ब्रेम्सस्ट्रालंग पदार्थ में सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा हानि का मुख्य कारण है।

चुंबकीय ब्रेम्सस्ट्रालंगतब होता है जब एक आवेशित कण एक चुंबकीय क्षेत्र में गति करता है जो अपनी गति के प्रक्षेपवक्र को मोड़ देता है। एक स्थिर और एकसमान चुंबकीय क्षेत्र में, m द्रव्यमान वाले आवेशित कण का प्रक्षेपवक्र एक सर्पिल होता है, अर्थात, इसमें क्षेत्र की दिशा में एकसमान गति होती है और आवृत्ति ω H = eH/γmс के साथ इसके चारों ओर घूर्णन होता है।

कण की गति की आवधिकता इस तथ्य की ओर ले जाती है कि इसके द्वारा उत्सर्जित तरंगों में आवृत्तियां होती हैं जो ω एच: ω = एमω एच के गुणक होते हैं, जहां एन = 1,2,3 ...। एक चुंबकीय क्षेत्र में अल्ट्रारिलेटिविस्टिक कणों के विकिरण को सिंक्रोट्रॉन विकिरण कहा जाता है। इसमें 3 के क्रम के अधिकतम के साथ एक विस्तृत आवृत्ति स्पेक्ट्रम है और उत्सर्जित ऊर्जा का मुख्य अंश आवृत्ति रेंज ω »ω में निहित है। इस मामले में, आसन्न आवृत्तियों के बीच अंतराल की तुलना में बहुत छोटा है आवृत्ति, इसलिए सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्पेक्ट्रम में आवृत्ति वितरण को लगभग निरंतर माना जा सकता है। आवृत्ति रेंज ω » 3 में विकिरण की तीव्रता ω 2/3 के रूप में आवृत्ति के साथ बढ़ जाती है, और आवृत्ति रेंज ω »ω 3 में विकिरण की तीव्रता बढ़ती आवृत्ति के साथ तेजी से घट जाती है। सिंक्रोट्रॉन विकिरण में एक छोटा कोणीय विचलन होता है (एल/γ के क्रम पर) और कण की कक्षा के विमान में उच्च स्तर का ध्रुवीकरण होता है। आवेशित कणों के गैर-सापेक्ष वेगों पर चुंबकीय ब्रेम्सस्ट्रालंग को साइक्लोट्रॉन विकिरण कहा जाता है, इसकी आवृत्ति ω = H होती है।

अण्डाकार विकिरणतब होता है जब एक अति-सापेक्ष आवेशित कण छोटे अनुप्रस्थ आवधिक विचलन के साथ चलता है, उदाहरण के लिए, जब समय-समय पर बदलते विद्युत क्षेत्र में उड़ता है (ऐसा क्षेत्र बनता है, उदाहरण के लिए, विशेष उपकरणों में - undulators)। अघुलनशील विकिरण की आवृत्ति कण के अनुप्रस्थ दोलनों की आवृत्ति से संबंधित होती है 0 संबंध द्वारा

जहाँ θ कण वेग v और अविनाशी विकिरण के प्रसार की दिशा के बीच का कोण है। इस प्रकार के विकिरण का एक एनालॉग विकिरण है जो तब होता है जब आवेशित कणों को एकल क्रिस्टल में प्रसारित किया जाता है, जब पड़ोसी क्रिस्टल ग्राफिक विमानों के बीच घूमने वाला एक कण इंट्राक्रिस्टलाइन क्षेत्र के साथ बातचीत के कारण अनुप्रस्थ कंपन का अनुभव करता है।

वाविलोव-चेरेनकोव विकिरणतब देखा जाता है जब एक आवेशित कण एक माध्यम में प्रकाश की चरण गति से अधिक गति से समान रूप से चलता है c/ε 1/2 माध्यम में (ε माध्यम की पारगम्यता है)। इस मामले में, कण के अपने क्षेत्र का हिस्सा पीछे रह जाता है और विद्युत चुम्बकीय तरंगें बनाता है जो कण गति की दिशा में एक कोण पर फैलती हैं (देखें वाविलोव-चेरेनकोव विकिरण), जो समानता द्वारा निर्धारित किया जाता है cos θ = с/vε 1/2 . इस मौलिक रूप से नए प्रकार के विकिरण की खोज और स्पष्टीकरण के लिए, जिसने आवेशित कणों की गति को मापने के लिए व्यापक अनुप्रयोग पाया है, I. E. Tamm, I. M. फ्रैंक और P. A. चेरेनकोव को नोबेल पुरस्कार (1958) से सम्मानित किया गया था।

संक्रमण विकिरण(वी. एल. गिन्ज़बर्ग और आई.एम. फ्रैंक द्वारा 1946 में भविष्यवाणी की गई थी) अंतरिक्ष में एक आवेशित कण की एकसमान रेक्टिलिनियर गति के दौरान अमानवीय ढांकता हुआ गुणों के साथ उत्पन्न होता है। अक्सर, यह तब बनता है जब एक कण अलग-अलग पारगम्यता के साथ दो मीडिया के बीच इंटरफेस को पार करता है (अक्सर यह विकिरण होता है जिसे संक्रमण विकिरण माना जाता है; संक्रमण विकिरण देखें)। विभिन्न माध्यमों में एक स्थिर गति से गतिमान कण का स्व-क्षेत्र भिन्न होता है, जिससे मीडिया के बीच अंतरापृष्ठ पर स्व-क्षेत्र पुनर्व्यवस्थित हो जाता है, जिससे विकिरण होता है। संक्रमण विकिरण एक तेज कण के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है, इसकी तीव्रता कण की गति पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि इसकी ऊर्जा पर निर्भर करती है, जिससे इसके आधार पर अल्ट्राहाई-ऊर्जा कणों का पता लगाने के लिए अद्वितीय सटीक तरीके बनाना संभव हो जाता है।

विवर्तन विकिरणकिसी पदार्थ की सतह के पास निर्वात में आवेशित कण के पारित होने के दौरान उत्पन्न होता है, जब सतह की विषमताओं के साथ बातचीत के कारण कण का अपना क्षेत्र बदल जाता है। पदार्थ के सतही गुणों का अध्ययन करने के लिए विवर्तन विकिरण का सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

आवेशित कणों की प्रणालियों का विकिरण।

सबसे सरल प्रणाली जो विकीर्ण कर सकती है वह एक विद्युत द्विध्रुव है जिसमें एक परिवर्तनशील द्विध्रुवीय क्षण होता है - दो विपरीत आवेशित दोलन कणों की एक प्रणाली। जब द्विध्रुवीय क्षेत्र में परिवर्तन होता है, उदाहरण के लिए, जब कण एक-दूसरे की ओर जोड़ने वाली सीधी रेखा (द्विध्रुवीय अक्ष) के साथ कंपन करते हैं, तो क्षेत्र का हिस्सा फट जाता है और विद्युत चुम्बकीय तरंगें बनती हैं। ऐसा विकिरण गैर-आइसोट्रोपिक है, विभिन्न दिशाओं में इसकी ऊर्जा समान नहीं है: यह कण दोलन अक्ष के लंबवत दिशा में अधिकतम है, और लंबवत दिशा में अनुपस्थित है, मध्यवर्ती दिशाओं के लिए इसकी तीव्रता sinθ 2 (θ है विकिरण दिशा और कण दोलन अक्ष के बीच का कोण)। वास्तविक उत्सर्जक, एक नियम के रूप में, बड़ी संख्या में विपरीत रूप से आवेशित कणों से मिलकर बनता है, लेकिन अक्सर उनके स्थान को ध्यान में रखते हुए और सिस्टम से दूर आंदोलन का विवरण महत्वहीन होता है; इस मामले में, एक ही नाम के शुल्कों को कुछ शुल्क वितरण केंद्रों पर "खींच" कर सही वितरण को सरल बनाना संभव है। यदि संपूर्ण प्रणाली विद्युत रूप से तटस्थ है, तो इसके विकिरण को लगभग विद्युत द्विध्रुव का विकिरण माना जा सकता है।

यदि प्रणाली का कोई द्विध्रुवीय विकिरण नहीं है, तो इसे एक चौगुनी या अधिक जटिल प्रणाली - एक बहुध्रुव के रूप में दर्शाया जा सकता है। जब इसमें आवेश गति करते हैं, तो विद्युत चौगुनी या बहुध्रुवीय विकिरण उत्पन्न होता है। विकिरण स्रोत ऐसे सिस्टम भी हो सकते हैं जो चुंबकीय द्विध्रुव (उदाहरण के लिए, एक वर्तमान लूप) या चुंबकीय गुणक हों। चुंबकीय द्विध्रुव विकिरण की तीव्रता, एक नियम के रूप में, (v/c) विद्युत द्विध्रुव विकिरण की तीव्रता से 2 गुना कम है और विद्युत चौगुनी विकिरण के परिमाण के समान क्रम की है।

विकिरण का क्वांटम सिद्धांत।क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स क्वांटम सिस्टम (परमाणु, अणु, परमाणु नाभिक, आदि) द्वारा विकिरण की प्रक्रियाओं पर विचार करता है, जिसका व्यवहार क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अधीन है; इस मामले में, मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को इस क्षेत्र के क्वांटा के एक सेट के रूप में दर्शाया जाता है - फोटॉन। फोटॉन ऊर्जा E इसकी आवृत्ति v (v = /2π) के समानुपाती होती है, अर्थात E=hv (h प्लैंक स्थिरांक है), और संवेग p तरंग सदिश k: p = hk के समानुपाती होता है। एक फोटॉन का उत्सर्जन ऊर्जा ई 1 के साथ एक राज्य से कम ऊर्जा ई 2 = ई 1 - एचवी (ऊर्जा स्तर ई 1 से स्तर ई 2 तक) के साथ एक राज्य के क्वांटम संक्रमण के साथ होता है। एक बाध्य क्वांटम प्रणाली (उदाहरण के लिए, एक परमाणु) की ऊर्जा को परिमाणित किया जाता है, अर्थात यह केवल असतत मान लेता है; ऐसी प्रणाली की विकिरण आवृत्तियाँ भी असतत होती हैं। इस प्रकार, एक क्वांटम प्रणाली के विकिरण में कुछ आवृत्तियों के साथ अलग-अलग वर्णक्रमीय रेखाएँ होती हैं, अर्थात, इसमें एक असतत स्पेक्ट्रम होता है। एक सतत (निरंतर) उत्सर्जन स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है जब सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम ऊर्जाओं के मूल्यों के अनुक्रमों में से एक (या दोनों) निरंतर होता है (उदाहरण के लिए, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के पुनर्संयोजन के दौरान) और एक आयन)।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स ने विभिन्न प्रणालियों की विकिरण तीव्रता की गणना करना, गैर-विकिरण संक्रमणों की संभावनाओं पर विचार करना, विकिरण हस्तांतरण प्रक्रियाओं पर विचार करना, तथाकथित विकिरण सुधारों की गणना करना, और क्वांटम सिस्टम के विकिरण की अन्य विशेषताओं को संभव बनाया।

जमीनी अवस्था (न्यूनतम ऊर्जा वाली अवस्था) को छोड़कर परमाणु की सभी अवस्थाएँ, जिन्हें उत्तेजित अवस्थाएँ कहा जाता है, अस्थिर होती हैं। उनमें होने के कारण, परमाणु एक निश्चित समय (लगभग 10 -8 सेकेंड) के बाद स्वचालित रूप से एक फोटॉन उत्सर्जित करता है; ऐसे विकिरण को स्वतःस्फूर्त या स्वतःस्फूर्त कहा जाता है। एक परमाणु के स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन की विशेषताएं - प्रसार की दिशा, तीव्रता, ध्रुवीकरण - बाहरी स्थितियों पर निर्भर नहीं करती हैं। विकिरण तरंग दैर्ध्य का सेट प्रत्येक रासायनिक तत्व के परमाणु के लिए अलग-अलग होता है और इसके परमाणु स्पेक्ट्रम का प्रतिनिधित्व करता है। एक परमाणु का मुख्य विकिरण द्विध्रुवीय विकिरण होता है, जो केवल विद्युत द्विध्रुव संक्रमणों के लिए चयन नियमों द्वारा अनुमत क्वांटम संक्रमणों के दौरान हो सकता है, अर्थात परमाणु की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं की विशेषताओं (क्वांटम संख्या) के बीच कुछ संबंधों के तहत। एक परमाणु का बहुध्रुवीय विकिरण (तथाकथित निषिद्ध रेखाएं) भी कुछ शर्तों के तहत उत्पन्न हो सकता है, लेकिन संक्रमण की संभावना कम होती है, और इसकी तीव्रता आमतौर पर कम होती है। परमाणु नाभिक का विकिरण परमाणु ऊर्जा स्तरों के बीच क्वांटम संक्रमण के दौरान होता है और संबंधित चयन नियमों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

विभिन्न अणुओं का विकिरण, जिसमें उनके घटक आवेशित कणों की कंपन और घूर्णी गतियाँ होती हैं, में जटिल स्पेक्ट्रा होता है जिसमें इलेक्ट्रॉनिक-कंपन-घूर्णन संरचना होती है (आणविक स्पेक्ट्रा देखें)।

संवेग hk और ऊर्जा hv के साथ एक फोटॉन के उत्सर्जन की प्रायिकता (n k + 1) के समानुपाती होती है, जहां n k उत्सर्जन के क्षण से पहले सिस्टम में ठीक उसी फोटॉन की संख्या है। n k = 0 पर स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन होता है, यदि n k 0 हो तो उद्दीपित उत्सर्जन भी प्रकट होता है। एक सहज उत्सर्जन के विपरीत, उत्तेजित उत्सर्जन के एक फोटॉन में बाहरी विकिरण के फोटॉन के रूप में प्रसार, आवृत्ति और ध्रुवीकरण की समान दिशा होती है; उद्दीपित उत्सर्जन की तीव्रता बाह्य विकिरण के फोटॉनों की संख्या के समानुपाती होती है। प्रेरित उत्सर्जन का अस्तित्व 1916 में ए. आइंस्टीन द्वारा प्रतिपादित किया गया था, जिन्होंने उत्तेजित उत्सर्जन की संभावना की गणना की थी (आइंस्टीन गुणांक देखें)। सामान्य परिस्थितियों में, उत्तेजित उत्सर्जन की संभावना (और, परिणामस्वरूप, तीव्रता) कम होती है, लेकिन क्वांटम जनरेटर (लेजर) में, n k को बढ़ाने के लिए, काम करने वाले पदार्थ (एमिटर) को ऑप्टिकल गुहाओं में रखा जाता है जो बाहरी विकिरण के फोटॉन को पास रखते हैं। यह। पदार्थ द्वारा उत्सर्जित प्रत्येक फोटॉन n k बढ़ाता है, इसलिए दिए गए k के साथ विकिरण की तीव्रता अन्य सभी k के साथ फोटॉन के उत्सर्जन की कम तीव्रता पर तेजी से बढ़ती है। नतीजतन, क्वांटम जनरेटर v और k मानों के एक बहुत ही संकीर्ण बैंड के साथ उत्तेजित विकिरण का स्रोत बन जाता है - सुसंगत विकिरण। इस तरह के विकिरण का क्षेत्र बहुत तीव्र होता है, यह इंट्रामोल्युलर क्षेत्रों के साथ परिमाण में तुलनीय हो सकता है, और पदार्थ के साथ क्वांटम जनरेटर विकिरण (लेजर विकिरण) की बातचीत नॉनलाइनियर हो जाती है (देखें नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स)।

विभिन्न वस्तुओं के विकिरण में उनकी संरचना, गुणों और उनमें होने वाली प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी होती है; इसका अध्ययन उनका अध्ययन करने का एक शक्तिशाली और अक्सर एकमात्र (उदाहरण के लिए, ब्रह्मांडीय निकायों के लिए) तरीका है। दुनिया के आधुनिक भौतिक चित्र के निर्माण में विकिरण का सिद्धांत एक विशेष भूमिका निभाता है। इस सिद्धांत के निर्माण की प्रक्रिया में, सापेक्षता का सिद्धांत, क्वांटम यांत्रिकी का उदय हुआ, विकिरण के नए स्रोत बनाए गए, रेडियो इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रॉनिक्स आदि के क्षेत्र में कई उपलब्धियां प्राप्त की गईं।

लिट।: अखीज़र ए। आई।, बेरेस्टेट्स्की वी। बी। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स। चौथा संस्करण। एम।, 1981; लैंडौ एलडी, लाइफशिट्स ई.एम. क्षेत्र सिद्धांत। 8वां संस्करण। एम।, 2001; बिजली के सिद्धांत के टैम आई। ई। बुनियादी बातों। 11वां संस्करण। एम।, 2003।

आज हम बात करेंगे कि भौतिकी में विकिरण क्या है। आइए इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों की प्रकृति के बारे में बात करते हैं और विद्युत चुम्बकीय पैमाने को प्रस्तुत करते हैं।

भगवान और परमाणु

पदार्थ की संरचना दो हज़ार साल पहले वैज्ञानिकों की रुचि का विषय बन गई थी। प्राचीन यूनानी दार्शनिकों ने सोचा कि हवा आग से और पृथ्वी पानी से कैसे भिन्न है, संगमरमर सफेद क्यों है और कोयला काला क्यों है। उन्होंने अन्योन्याश्रित घटकों की जटिल प्रणालियाँ बनाईं, एक दूसरे का खंडन या समर्थन किया। और सबसे अतुलनीय घटना, उदाहरण के लिए, एक बिजली की हड़ताल या सूर्य का उदय, देवताओं की कार्रवाई के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था।

एक बार, कई वर्षों तक मंदिर की सीढ़ियों को देखने के बाद, एक वैज्ञानिक ने देखा: पत्थर पर खड़ा प्रत्येक पैर पदार्थ का एक छोटा कण ले जाता है। समय के साथ, संगमरमर ने आकार बदल दिया, बीच में शिथिल हो गया। इस वैज्ञानिक का नाम ल्यूसिपस है और उन्होंने सबसे छोटे कण को ​​​​परमाणु, अविभाज्य कहा। इससे भौतिकी में विकिरण क्या है, इसके अध्ययन का मार्ग शुरू हुआ।

ईस्टर और प्रकाश

फिर काला समय आया, विज्ञान का परित्याग कर दिया गया। प्रकृति की शक्तियों का अध्ययन करने की कोशिश करने वाले सभी को चुड़ैलों और जादूगरनी कहा जाता था। लेकिन, विचित्र रूप से पर्याप्त, यह धर्म ही था जिसने विज्ञान के आगे विकास को गति दी। भौतिकी में विकिरण क्या है इसका अध्ययन खगोल विज्ञान से शुरू हुआ।

ईस्टर मनाने के समय की गणना उन दिनों में हर बार अलग-अलग तरीके से की जाती थी। वर्णाल विषुव, 26-दिवसीय चंद्र चक्र और 7-दिवसीय सप्ताह के बीच संबंधों की जटिल प्रणाली ने ईस्टर को कुछ वर्षों से अधिक समय तक मनाने के लिए दिनांक तालिकाओं के संकलन को रोका। लेकिन चर्च को आगे की योजना बनानी थी। इसलिए, पोप लियो एक्स ने अधिक सटीक तालिकाओं के संकलन का आदेश दिया। इसके लिए चंद्रमा, सितारों और सूर्य की गतिविधियों का सावधानीपूर्वक निरीक्षण करना आवश्यक था। और अंत में, निकोलस कोपरनिकस ने समझा: पृथ्वी समतल नहीं है और न ही ब्रह्मांड का केंद्र है। ग्रह एक गेंद है जो सूर्य के चारों ओर घूमती है। चंद्रमा पृथ्वी की परिक्रमा करने वाला एक गोला है। बेशक, कोई यह पूछ सकता है: "भौतिकी में विकिरण का इससे क्या लेना-देना है?" चलिए अब इसे खोलते हैं।

ओवल और बीम

बाद में, केप्लर ने कोपरनिकन प्रणाली में जोड़ा, यह स्थापित करते हुए कि ग्रह अंडाकार कक्षाओं में चलते हैं, और यह गति असमान है। लेकिन यह वह पहला कदम था जिसने मानव जाति में खगोल विज्ञान में रुचि पैदा की। और वहां यह सवाल दूर नहीं था: "तारा क्या है?", "लोग इसकी किरणें क्यों देखते हैं?" और "एक चमकदार दूसरे से कैसे भिन्न होता है?"। लेकिन पहले आपको बड़ी वस्तुओं से छोटी वस्तुओं की ओर बढ़ना होगा। और फिर हम विकिरण पर आते हैं, भौतिकी में एक अवधारणा।

परमाणु और किशमिश

उन्नीसवीं शताब्दी के अंत में, पदार्थ की सबसे छोटी रासायनिक इकाइयों - परमाणुओं के बारे में पर्याप्त ज्ञान जमा हो गया था। वे विद्युत रूप से तटस्थ होने के लिए जाने जाते थे, लेकिन उनमें सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तरह के तत्व होते हैं।

कई धारणाएं सामने रखी गई थीं: दोनों सकारात्मक चार्ज एक नकारात्मक क्षेत्र में वितरित किए जाते हैं, जैसे कि एक बुन में किशमिश, और यह कि एक परमाणु विषम रूप से चार्ज तरल भागों की एक बूंद है। लेकिन रदरफोर्ड के अनुभव ने सब कुछ स्पष्ट कर दिया। उन्होंने साबित किया कि परमाणु के केंद्र में एक सकारात्मक भारी नाभिक होता है, और इसके चारों ओर हल्के नकारात्मक इलेक्ट्रॉन होते हैं। और प्रत्येक परमाणु के लिए कोशों का विन्यास भिन्न होता है। यह वह जगह है जहां इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के भौतिकी में विकिरण की विशेषताएं निहित हैं।

बोहर और कक्षा

जब वैज्ञानिकों को पता चला कि परमाणु के प्रकाश ऋणात्मक भाग इलेक्ट्रॉन हैं, तो एक और प्रश्न उठा - वे नाभिक पर क्यों नहीं पड़ते। आखिरकार, मैक्सवेल के सिद्धांत के अनुसार, कोई भी गतिमान आवेश विकिरण करता है, इसलिए ऊर्जा खो देता है। लेकिन परमाणु ब्रह्मांड के रूप में लंबे समय से अस्तित्व में हैं, और वे नष्ट नहीं होने वाले थे। बोर बचाव के लिए आया था। उन्होंने माना कि इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के चारों ओर कुछ स्थिर कक्षाओं में होते हैं, और केवल उन पर ही हो सकते हैं। ऊर्जा के अवशोषण या उत्सर्जन के साथ एक झटके द्वारा कक्षाओं के बीच एक इलेक्ट्रॉन का संक्रमण किया जाता है। यह ऊर्जा, उदाहरण के लिए, प्रकाश की मात्रा हो सकती है। वास्तव में, हमने अब प्राथमिक कण भौतिकी में विकिरण की परिभाषा को रेखांकित किया है।

हाइड्रोजन और फोटोग्राफी

प्रारंभ में, फोटोग्राफी तकनीक का आविष्कार एक व्यावसायिक परियोजना के रूप में किया गया था। लोग सदियों तक रहना चाहते थे, लेकिन हर कोई कलाकार से एक चित्र मंगवाने का जोखिम नहीं उठा सकता था। और तस्वीरें सस्ती थीं और उन्हें इतने बड़े निवेश की आवश्यकता नहीं थी। फिर कांच और सिल्वर नाइट्रेट की कला ने खुद को सैन्य विज्ञान की सेवा में डाल दिया। और फिर विज्ञान ने प्रकाश-संवेदी पदार्थों का लाभ उठाना शुरू किया।

सबसे पहले, स्पेक्ट्रा की तस्वीरें खींची जाने लगीं। यह लंबे समय से ज्ञात है कि गर्म हाइड्रोजन विशिष्ट रेखाओं का उत्सर्जन करता है। उनके बीच की दूरी एक निश्चित कानून का पालन करती थी। लेकिन हीलियम का स्पेक्ट्रम अधिक जटिल था: इसमें हाइड्रोजन के समान रेखाएं और एक और रेखाएं थीं। दूसरी श्रृंखला अब पहली श्रृंखला के लिए व्युत्पन्न कानून का पालन नहीं करती है। यहीं से बोहर का सिद्धांत बचाव में आया।

यह पता चला कि हाइड्रोजन परमाणु में केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है, और यह सभी उच्च उत्तेजित कक्षाओं से एक निचली कक्षा में जा सकता है। यह पंक्तियों की पहली श्रंखला थी। भारी परमाणु अधिक जटिल होते हैं।

लेंस, झंझरी, स्पेक्ट्रम

इस प्रकार भौतिकी में विकिरण के उपयोग की शुरुआत हुई। किसी पदार्थ की संरचना, मात्रा और संरचना का निर्धारण करने के लिए वर्णक्रमीय विश्लेषण सबसे शक्तिशाली और विश्वसनीय तरीकों में से एक है।

1. इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन स्पेक्ट्रम आपको बताएगा कि वस्तु में क्या है और एक या दूसरे घटक का प्रतिशत क्या है। इस पद्धति का उपयोग विज्ञान के सभी क्षेत्रों में किया जाता है: जीव विज्ञान और चिकित्सा से लेकर क्वांटम भौतिकी तक।
2. अवशोषण स्पेक्ट्रम बताएगा कि ठोस की जाली में कौन से आयन और किन स्थितियों में मौजूद हैं।
3. घूर्णी स्पेक्ट्रम दिखाएगा कि अणु परमाणु के अंदर कितनी दूर हैं, प्रत्येक तत्व में कितने और किस तरह के बंधन हैं।

और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के आवेदन की सीमाओं की गणना नहीं की जा सकती है:

• रेडियो तरंगें बहुत दूर की वस्तुओं की संरचना और ग्रहों के आंतरिक भाग का पता लगाती हैं;
• थर्मल विकिरण प्रक्रियाओं की ऊर्जा के बारे में बताएगा;
• दृश्य प्रकाश आपको बताएगा कि सबसे चमकीले तारे किस दिशा में स्थित हैं;
• पराबैंगनी किरणें यह स्पष्ट करेंगी कि उच्च-ऊर्जा अंतःक्रियाएं हो रही हैं;
• एक्स-रे स्पेक्ट्रम ही लोगों को पदार्थ (मानव शरीर सहित) की संरचना का अध्ययन करने की अनुमति देता है, और अंतरिक्ष वस्तुओं में इन किरणों की उपस्थिति वैज्ञानिकों को सूचित करेगी कि दूरबीन का फोकस न्यूट्रॉन स्टार, सुपरनोवा या ब्लैक होल है .

पूरी तरह से काला शरीर

लेकिन एक विशेष खंड है जो अध्ययन करता है कि भौतिकी में थर्मल विकिरण क्या है। परमाणु के विपरीत, प्रकाश के ऊष्मीय उत्सर्जन में एक सतत स्पेक्ट्रम होता है। और गणना के लिए सबसे अच्छी मॉडल वस्तु एक बिल्कुल काला शरीर है। यह एक ऐसी वस्तु है जो अपने ऊपर पड़ने वाले सभी प्रकाश को "पकड़" लेती है, लेकिन उसे वापस नहीं छोड़ती है। अजीब तरह से, एक काला शरीर विकिरण करता है, और अधिकतम तरंग दैर्ध्य मॉडल के तापमान पर निर्भर करेगा। शास्त्रीय भौतिकी में, थर्मल विकिरण ने एक विरोधाभास उत्पन्न किया। यह पता चला कि किसी भी गर्म चीज को अधिक से अधिक ऊर्जा विकीर्ण करनी पड़ती है, जब तक कि पराबैंगनी रेंज में उसकी ऊर्जा ब्रह्मांड को नष्ट नहीं करेगी।

मैक्स प्लैंक विरोधाभास को हल करने में सक्षम था। उन्होंने विकिरण सूत्र में एक नई मात्रा, क्वांटम का परिचय दिया। उन्होंने इसे एक विशेष भौतिक अर्थ दिए बिना एक पूरी दुनिया खोल दी। अब मात्राओं का परिमाणीकरण आधुनिक विज्ञान का आधार है। वैज्ञानिकों ने समझा है कि क्षेत्र और घटना में अविभाज्य तत्व, क्वांटा शामिल हैं। इससे पदार्थ का गहन अध्ययन हुआ। उदाहरण के लिए, आधुनिक दुनिया अर्धचालकों की है। पहले, सब कुछ सरल था: धातु वर्तमान का संचालन करती है, बाकी पदार्थ डाइलेक्ट्रिक्स हैं। और सिलिकॉन और जर्मेनियम (सिर्फ अर्धचालक) जैसे पदार्थ बिजली के संबंध में अतुलनीय रूप से व्यवहार करते हैं। उनके गुणों को नियंत्रित करने का तरीका जानने के लिए, एक संपूर्ण सिद्धांत बनाना और p-n जंक्शनों की सभी संभावनाओं की गणना करना आवश्यक था।

उत्तेजित अवस्था में सभी परमाणु विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करने में सक्षम होते हैं। ऐसा करने के लिए, उन्हें जमीनी स्थिति में जाने की जरूरत है, जिसमें उनकी आंतरिक ऊर्जा प्राप्त होती है। इस तरह के संक्रमण की प्रक्रिया एक विद्युत चुम्बकीय तरंग के उत्सर्जन के साथ होती है। लंबाई के आधार पर इसमें अलग-अलग गुण होते हैं। ऐसे विकिरण कई प्रकार के होते हैं।

दृश्यमान प्रकाश

तरंग दैर्ध्य समान चरणों की सतह के बीच की सबसे छोटी दूरी है। दृश्यमान प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं जिन्हें मानव आंख से देखा जा सकता है। प्रकाश तरंग दैर्ध्य 340 नैनोमीटर (बैंगनी प्रकाश) से लेकर 760 नैनोमीटर (लाल बत्ती) तक होता है। सबसे अच्छी बात यह है कि मानव आँख स्पेक्ट्रम के पीले-हरे क्षेत्र को महसूस करती है।

अवरक्त विकिरण

सब कुछ जो एक व्यक्ति को घेरता है, जिसमें स्वयं भी शामिल है, अवरक्त या थर्मल विकिरण (0.5 मिमी तक तरंग दैर्ध्य) का एक स्रोत है। परमाणु इस श्रेणी में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करते हैं जब वे बेतरतीब ढंग से एक दूसरे से टकराते हैं। प्रत्येक टक्कर के साथ, उनकी गतिज ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। परमाणु उत्तेजित होता है और इन्फ्रारेड रेंज में तरंगों का उत्सर्जन करता है।

इन्फ्रारेड विकिरण का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही सूर्य से पृथ्वी की सतह तक पहुंचता है। 80% तक हवा के अणुओं और विशेष रूप से कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा अवशोषित किया जाता है, जो ग्रीनहाउस प्रभाव का कारण बनता है।

पराबैंगनी विकिरण

पराबैंगनी विकिरण की तरंग दैर्ध्य अवरक्त की तुलना में बहुत कम होती है। सूर्य के स्पेक्ट्रम में एक पराबैंगनी घटक भी होता है, लेकिन यह पृथ्वी की ओजोन परत द्वारा अवरुद्ध हो जाता है और इसकी सतह तक नहीं पहुंच पाता है। ऐसा विकिरण सभी जीवित जीवों के लिए बहुत हानिकारक है।

पराबैंगनी विकिरण की लंबाई 10 से 740 नैनोमीटर के क्षेत्र में होती है। इसका वह छोटा सा अंश, जो दृश्य प्रकाश के साथ पृथ्वी की सतह तक पहुँचता है, लोगों में त्वचा के हानिकारक प्रभावों के प्रति सुरक्षात्मक प्रतिक्रिया के रूप में एक तन का कारण बनता है।

रेडियो तरंगें

1.5 किमी तक लंबी रेडियो तरंगों की मदद से सूचना प्रसारित की जा सकती है। इसका उपयोग रेडियो और टेलीविजन में किया जाता है। इतनी बड़ी लंबाई उन्हें पृथ्वी की सतह के चारों ओर झुकने की अनुमति देती है। सबसे छोटी रेडियो तरंगें वायुमंडल की ऊपरी परतों से परावर्तित हो सकती हैं और ग्लोब के विपरीत दिशा में स्थित स्टेशनों तक पहुंच सकती हैं।

गामा किरणें

गामा किरणों को विशेष रूप से कठोर पराबैंगनी विकिरण के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। वे एक परमाणु बम के विस्फोट के साथ-साथ सितारों की सतह पर प्रक्रियाओं के दौरान बनते हैं। यह विकिरण जीवित जीवों के लिए हानिकारक है, लेकिन पृथ्वी का चुम्बकमंडल उन्हें अंदर नहीं जाने देता। गामा किरणों के फोटोन में अत्यधिक ऊर्जा होती है।

आयनकारी विकिरण के प्रकार

आयनकारी विकिरण (IR) -प्राथमिक कणों (इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन) और विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के क्वांटा का प्रवाह, जिसके माध्यम से पदार्थ के पारित होने से आयनीकरण (विभिन्न ध्रुवों के आयनों का निर्माण) और इसके परमाणुओं और अणुओं का उत्तेजना होता है। आयनीकरण -तटस्थ परमाणुओं या अणुओं का विद्युत आवेशित कणों में परिवर्तन - आयन। bII ब्रह्मांडीय किरणों के रूप में पृथ्वी पर गिरते हैं, परमाणु नाभिक (απ β-कण, γ- और एक्स-रे) के रेडियोधर्मी क्षय के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं। , आवेशित कण त्वरक पर कृत्रिम रूप से बनाए जाते हैं। व्यावहारिक रुचि के आईआर के सबसे आम प्रकार हैं - ए- और β-कणों के प्रवाह, γ-विकिरण, एक्स-रे और न्यूट्रॉन प्रवाह।

अल्फा विकिरण(ए) - सकारात्मक चार्ज कणों का प्रवाह - हीलियम नाभिक। वर्तमान में, 120 से अधिक कृत्रिम और प्राकृतिक अल्फा-रेडियोधर्मी नाभिक ज्ञात हैं, जो एक α-कण उत्सर्जित करके 2 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन खो देते हैं। क्षय के दौरान कणों की गति 20 हजार किमी/सेकेंड होती है। इसी समय, α-कणों में सबसे कम मर्मज्ञ क्षमता होती है, शरीर में उनकी पथ लंबाई (स्रोत से अवशोषण की दूरी) 0.05 मिमी, हवा में - 8-10 सेमी होती है। वे कागज की एक शीट से भी नहीं गुजर सकते हैं , लेकिन प्रति इकाई आयनीकरण घनत्व सीमा बहुत बड़ी है (1 सेमी से दसियों हज़ार जोड़े तक), इसलिए इन कणों में उच्चतम आयनीकरण क्षमता होती है और ये शरीर के अंदर खतरनाक होते हैं।

बीटा विकिरण(β) ऋणावेशित कणों का फ्लक्स है। वर्तमान में लगभग 900 बीटा रेडियोधर्मी समस्थानिक ज्ञात हैं। -कणों का द्रव्यमान α-कणों की तुलना में कई दसियों हज़ार गुना कम होता है, लेकिन उनमें अधिक भेदन शक्ति होती है। इनकी गति 200-300 हजार किमी/सेकेंड होती है। हवा में स्रोत से प्रवाह की पथ लंबाई 1800 सेमी है, मानव ऊतकों में - 2.5 सेमी। β-कण पूरी तरह से ठोस सामग्री (3.5 मिमी एल्यूमीनियम प्लेट, कार्बनिक ग्लास) द्वारा बनाए रखा जाता है; उनकी आयनीकरण क्षमता α-कणों की तुलना में 1000 गुना कम होती है।

गामा विकिरण(γ) - 1 10 -7 मीटर से 1 10 -14 मीटर तक तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण; पदार्थ में तेजी से इलेक्ट्रॉनों के मंदी के दौरान उत्सर्जित होता है। यह अधिकांश रेडियोधर्मी पदार्थों के क्षय से उत्पन्न होता है और इसकी उच्च भेदन शक्ति होती है; प्रकाश की गति से फैलता है। विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में, -किरणें विक्षेपित नहीं होती हैं। इस विकिरण में a- और β-विकिरण की तुलना में कम आयनीकरण शक्ति होती है, क्योंकि प्रति इकाई लंबाई में आयनीकरण घनत्व बहुत कम होता है।

एक्स-रे विकिरणविशेष एक्स-रे ट्यूबों में प्राप्त किया जा सकता है, इलेक्ट्रॉन त्वरक में, पदार्थ में तेज इलेक्ट्रॉनों के मंदी के दौरान और परमाणु के बाहरी इलेक्ट्रॉन शेल से आंतरिक में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के दौरान, जब आयन बनते हैं। एक्स-रे, जैसे -विकिरण, में कम आयनीकरण क्षमता होती है, लेकिन एक बड़ी प्रवेश गहराई होती है।

न्यूट्रॉन -परमाणु नाभिक के प्राथमिक कण, उनका द्रव्यमान α-कणों के द्रव्यमान से 4 गुना कम होता है। इनका जीवनकाल लगभग 16 मिनट का होता है। न्यूट्रॉन का कोई विद्युत आवेश नहीं होता है। हवा में धीमी न्यूट्रॉन की पथ लंबाई लगभग 15 मीटर है, जैविक वातावरण में - 3 सेमी; तेजी से न्यूट्रॉन के लिए, क्रमशः 120 मीटर और 10 सेमी। उत्तरार्द्ध में एक उच्च मर्मज्ञ शक्ति है और सबसे बड़ा खतरा है।

आयनकारी विकिरण दो प्रकार के होते हैं:

गैर-शून्य आराम द्रव्यमान (α-, β- और न्यूट्रॉन विकिरण) वाले कणों से मिलकर कॉर्पस्कुलर;

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक (γ- और एक्स-रे विकिरण) - बहुत कम तरंग दैर्ध्य के साथ।

किसी भी पदार्थ और जीवित जीवों पर आयनकारी विकिरण के प्रभाव का आकलन करने के लिए विशेष मात्रा का उपयोग किया जाता है - विकिरण खुराक।आयनकारी विकिरण और माध्यम की परस्पर क्रिया की मुख्य विशेषता आयनीकरण प्रभाव है। विकिरण डोसिमेट्री के विकास की प्रारंभिक अवधि में, सबसे अधिक बार हवा में फैलने वाले एक्स-रे से निपटना पड़ता था। इसलिए, एक्स-रे ट्यूब या उपकरण के वायु आयनीकरण की डिग्री का उपयोग विकिरण क्षेत्र के मात्रात्मक माप के रूप में किया गया था। सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर शुष्क हवा के आयनीकरण की मात्रा के आधार पर एक मात्रात्मक माप, जिसे मापना काफी आसान है, एक्सपोजर खुराक कहलाता है।

एक्सपोजर खुराकएक्स-रे और γ-किरणों की आयनीकरण क्षमता निर्धारित करता है और वायुमंडलीय वायु के प्रति इकाई द्रव्यमान में आवेशित कणों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित विकिरण ऊर्जा को व्यक्त करता है। एक्सपोज़र डोज़ इस आयतन में वायु के प्रारंभिक आयतन में एक ही चिन्ह के सभी आयनों के कुल आवेश का अनुपात है। एसआई प्रणाली में, एक्सपोजर खुराक की इकाई किलोग्राम (सी/किग्रा) से विभाजित कूलम्ब है। ऑफ-सिस्टम इकाई रेंटजेन (R) है। 1 सी/किग्रा = 3880 आर। ज्ञात प्रकार के आयनकारी विकिरण की सीमा और इसके आवेदन के दायरे के विस्तार के साथ, यह पता चला कि किसी पदार्थ पर आयनकारी विकिरण के प्रभाव का माप जटिलता के कारण आसानी से निर्धारित नहीं किया जा सकता है और इस मामले में होने वाली प्रक्रियाओं की विविधता। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण, विकिरणित पदार्थ में भौतिक-रासायनिक परिवर्तनों को जन्म देना और एक निश्चित विकिरण प्रभाव की ओर ले जाना, पदार्थ द्वारा आयनकारी विकिरण की ऊर्जा का अवशोषण है। नतीजतन, अवशोषित खुराक की अवधारणा उत्पन्न हुई।

अवशोषित खुराकदिखाता है कि किसी भी विकिरणित पदार्थ के प्रति इकाई द्रव्यमान में कितनी विकिरण ऊर्जा अवशोषित होती है, और यह पदार्थ के द्रव्यमान के लिए आयनकारी विकिरण की अवशोषित ऊर्जा के अनुपात से निर्धारित होती है। अवशोषित खुराक की SI इकाई ग्रे (Gy) है। 1 Gy एक ऐसी खुराक है जिस पर 1 J के आयनकारी विकिरण की ऊर्जा 1 किलो के द्रव्यमान में स्थानांतरित हो जाती है। अवशोषित खुराक की गैर-प्रणालीगत इकाई रेड है। 1 Gy = 100 रेड। जीवित ऊतकों के विकिरण के व्यक्तिगत प्रभावों के अध्ययन से पता चला है कि एक ही अवशोषित खुराक के साथ, विभिन्न प्रकार के विकिरण शरीर पर असमान जैविक प्रभाव पैदा करते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि एक भारी कण (उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन) एक प्रकाश (उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन) की तुलना में ऊतक में प्रति इकाई पथ में अधिक आयन पैदा करता है। एक ही अवशोषित खुराक के साथ, रेडियोबायोलॉजिकल विनाशकारी प्रभाव जितना अधिक होता है, विकिरण द्वारा निर्मित आयनीकरण उतना ही अधिक होता है। इस प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, समतुल्य खुराक की अवधारणा पेश की गई थी।

खुराक समकक्षएक विशेष गुणांक द्वारा अवशोषित खुराक के मूल्य को गुणा करके गणना की जाती है - सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता का गुणांक (आरबीई) या गुणवत्ता कारक। विभिन्न प्रकार के विकिरणों के लिए गुणांक मान तालिका में दिए गए हैं। 7.

तालिका 7

विभिन्न प्रकार के विकिरणों के लिए सापेक्ष जैविक प्रभावशीलता गुणांक

समतुल्य खुराक की SI इकाई सिवर्ट (Sv) है। 1 Sv का मान 1 किलो जैविक ऊतक में अवशोषित किसी भी प्रकार के विकिरण के बराबर खुराक के बराबर है और फोटॉन विकिरण के 1 Gy की अवशोषित खुराक के समान जैविक प्रभाव पैदा करता है। समतुल्य खुराक की ऑफ-सिस्टम इकाई रेम (रेड के जैविक समकक्ष) है। 1 एसवी = 100 रेम। कुछ मानव अंग और ऊतक दूसरों की तुलना में विकिरण के प्रभावों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं: उदाहरण के लिए, समान खुराक पर, फेफड़ों में कैंसर की घटना थायरॉयड ग्रंथि की तुलना में अधिक होती है, और यौन ग्रंथियों का विकिरण विशेष रूप से खतरनाक होता है। आनुवंशिक क्षति के जोखिम के कारण। इसलिए, विभिन्न अंगों और ऊतकों की विकिरण खुराक को एक अलग गुणांक के साथ ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिसे विकिरण जोखिम गुणांक कहा जाता है। समतुल्य खुराक के मूल्य को संबंधित विकिरण जोखिम गुणांक से गुणा करना और इसे सभी ऊतकों और अंगों पर जोड़ना, हम प्राप्त करते हैं प्रभावी खुराक,शरीर पर समग्र प्रभाव को दर्शाता है। भारित गुणांक अनुभवजन्य रूप से स्थापित किए जाते हैं और इस तरह से गणना की जाती है कि पूरे जीव के लिए उनका योग एक हो। प्रभावी खुराक इकाइयाँ समान खुराक इकाइयों के समान हैं। इसे सीवर या रिम्स में भी मापा जाता है।

आयनकारी विकिरण विभिन्न प्रकार के सूक्ष्म कणों और भौतिक क्षेत्रों का एक संयोजन है जिसमें किसी पदार्थ को आयनित करने की क्षमता होती है, अर्थात उसमें विद्युत आवेशित कण बनाने की क्षमता होती है - आयन।

खंड III। जीवन सुरक्षा प्रबंधन और इसे सुनिश्चित करने के आर्थिक तंत्र

आयनकारी विकिरण कई प्रकार के होते हैं: अल्फा, बीटा, गामा और न्यूट्रॉन विकिरण।

अल्फा विकिरण

धनावेशित अल्फा कणों के निर्माण में, 2 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन, जो हीलियम नाभिक का हिस्सा हैं, भाग लेते हैं। अल्फा कण एक परमाणु के नाभिक के क्षय के दौरान बनते हैं और इनकी प्रारंभिक गतिज ऊर्जा 1.8 से 15 MeV तक हो सकती है। अल्फा विकिरण की विशेषता विशेषताएं उच्च आयनीकरण और कम मर्मज्ञ शक्ति हैं। चलते समय, अल्फा कण अपनी ऊर्जा बहुत जल्दी खो देते हैं, और यह इस तथ्य का कारण बनता है कि यह पतली प्लास्टिक सतहों को पार करने के लिए भी पर्याप्त नहीं है। सामान्य तौर पर, अल्फा कणों के साथ बाहरी विकिरण, यदि हम त्वरक का उपयोग करके प्राप्त उच्च-ऊर्जा अल्फा कणों को ध्यान में नहीं रखते हैं, तो मनुष्यों को कोई नुकसान नहीं होता है, लेकिन शरीर में कणों का प्रवेश स्वास्थ्य के लिए खतरनाक हो सकता है, क्योंकि अल्फा रेडियोन्यूक्लाइड का आधा जीवन लंबा होता है और ये अत्यधिक आयनित होते हैं। यदि अंतर्ग्रहण किया जाता है, तो अल्फा कण अक्सर बीटा और गामा विकिरण से भी अधिक खतरनाक हो सकते हैं।

बीटा विकिरण

आवेशित बीटा कण, जिनकी गति प्रकाश की गति के करीब होती है, बीटा क्षय के परिणामस्वरूप बनते हैं। बीटा किरणें अल्फा किरणों की तुलना में अधिक मर्मज्ञ होती हैं - वे रासायनिक प्रतिक्रियाओं, ल्यूमिनेसिसेंस, आयनीकृत गैसों का कारण बन सकती हैं और फोटोग्राफिक प्लेटों पर प्रभाव डाल सकती हैं। चार्ज किए गए बीटा कणों (ऊर्जा 1 MeV से अधिक नहीं) के प्रवाह के खिलाफ सुरक्षा के रूप में, यह एक साधारण एल्यूमीनियम प्लेट 3-5 मिमी मोटी का उपयोग करने के लिए पर्याप्त होगा।

फोटॉन विकिरण: गामा विकिरण और एक्स-रे

फोटॉन विकिरण में दो प्रकार के विकिरण शामिल हैं: एक्स-रे (ब्रेम्सस्ट्राहलंग और विशेषता हो सकता है) और गामा विकिरण।

फोटॉन विकिरण का सबसे सामान्य रूप अल्ट्राशॉर्ट तरंग दैर्ध्य गामा कणों पर बहुत अधिक ऊर्जा है, जो उच्च ऊर्जा, चार्जलेस फोटॉन की एक धारा है। अल्फा और बीटा किरणों के विपरीत, गामा कण चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों द्वारा विक्षेपित नहीं होते हैं और उनमें बहुत अधिक मर्मज्ञ शक्ति होती है। कुछ मात्रा में और एक निश्चित अवधि के लिए, गामा विकिरण विकिरण बीमारी का कारण बन सकता है और विभिन्न ऑन्कोलॉजिकल रोगों को जन्म दे सकता है। केवल ऐसे भारी रासायनिक तत्व जैसे सीसा, घटे हुए यूरेनियम और टंगस्टन गामा कणों के प्रवाह के प्रसार को रोक सकते हैं।

न्यूट्रॉन विकिरण

न्यूट्रॉन विकिरण का स्रोत परमाणु विस्फोट, परमाणु रिएक्टर, प्रयोगशाला और औद्योगिक प्रतिष्ठान हो सकते हैं।

न्यूट्रॉन स्वयं विद्युत रूप से तटस्थ, अस्थिर (एक मुक्त न्यूट्रॉन का आधा जीवन लगभग 10 मिनट है) कण होते हैं, जो इस तथ्य के कारण कि उनके पास कोई चार्ज नहीं है, पदार्थ के साथ बातचीत की कम डिग्री के साथ उच्च मर्मज्ञ शक्ति की विशेषता है। न्यूट्रॉन विकिरण बहुत खतरनाक है, इसलिए, इसके खिलाफ सुरक्षा के लिए कई विशेष, मुख्य रूप से हाइड्रोजन युक्त सामग्री का उपयोग किया जाता है। सबसे अच्छी बात यह है कि न्यूट्रॉन विकिरण को साधारण पानी, पॉलीइथाइलीन, पैराफिन और भारी धातु हाइड्रॉक्साइड के घोल द्वारा अवशोषित किया जाता है।

आयनकारी विकिरण पदार्थों को कैसे प्रभावित करते हैं?

सभी प्रकार के आयनकारी विकिरण कुछ हद तक विभिन्न पदार्थों को प्रभावित करते हैं, लेकिन यह गामा कणों और न्यूट्रॉन में सबसे अधिक स्पष्ट होता है। इसलिए, लंबे समय तक जोखिम के साथ, वे विभिन्न सामग्रियों के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकते हैं, पदार्थों की रासायनिक संरचना को बदल सकते हैं, डाइइलेक्ट्रिक्स को आयनित कर सकते हैं और जैविक ऊतकों पर विनाशकारी प्रभाव डाल सकते हैं। प्राकृतिक विकिरण पृष्ठभूमि किसी व्यक्ति को ज्यादा नुकसान नहीं पहुंचाएगी, हालांकि, आयनकारी विकिरण के कृत्रिम स्रोतों को संभालते समय, बहुत सावधान रहना चाहिए और शरीर पर विकिरण के जोखिम के स्तर को कम करने के लिए सभी आवश्यक उपाय करना चाहिए।

आयनकारी विकिरण के प्रकार और उनके गुण

आयनकारी विकिरण कणों और विद्युत चुम्बकीय क्वांटा की एक धारा है, जिसके परिणामस्वरूप माध्यम पर अलग-अलग आवेशित आयन बनते हैं।

विभिन्न प्रकार के विकिरण एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ होते हैं और अलग-अलग मर्मज्ञ शक्ति होती है, इसलिए उनका शरीर पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है। मनुष्यों के लिए सबसे बड़ा खतरा रेडियोधर्मी विकिरण है, जैसे कि वाई-, एक्स-रे, न्यूट्रॉन, ए- और बी-विकिरण।

एक्स-रे और वाई-विकिरण क्वांटम ऊर्जा के प्रवाह हैं। गामा किरणों की तरंगदैर्घ्य एक्स-रे से कम होती है। उनकी प्रकृति और गुणों से, ये विकिरण एक दूसरे से बहुत भिन्न नहीं होते हैं, उनके पास उच्च मर्मज्ञ शक्ति, प्रसार की सीधीता और मीडिया में माध्यमिक और बिखरे हुए विकिरण बनाने की क्षमता होती है जिसके माध्यम से वे गुजरते हैं। हालांकि, जबकि एक्स-रे आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्पन्न होते हैं, वाई-रे अस्थिर या रेडियोधर्मी आइसोटोप द्वारा उत्सर्जित होते हैं।

शेष प्रकार के आयनकारी विकिरण पदार्थ (परमाणु) के तेज गति वाले कण होते हैं, जिनमें से कुछ में विद्युत आवेश होता है, अन्य में नहीं।

न्यूट्रॉन किसी भी रेडियोधर्मी परिवर्तन द्वारा उत्पादित एकमात्र अपरिवर्तित कण होते हैं, जिसका द्रव्यमान प्रोटॉन के बराबर होता है। चूंकि ये कण विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, इसलिए वे जीवित ऊतकों सहित किसी भी पदार्थ में गहराई से प्रवेश करते हैं। न्यूट्रॉन मूल कण हैं जिनसे परमाणुओं के नाभिक बनते हैं।

पदार्थ से गुजरते समय, वे केवल परमाणुओं के नाभिक के साथ बातचीत करते हैं, अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा उन्हें स्थानांतरित करते हैं, और स्वयं अपने आंदोलन की दिशा बदलते हैं। परमाणुओं के नाभिक इलेक्ट्रॉन खोल से "बाहर कूदते हैं" और पदार्थ से गुजरते हुए, आयनीकरण उत्पन्न करते हैं।

इलेक्ट्रॉन हल्के ऋणात्मक आवेशित कण होते हैं जो सभी स्थिर परमाणुओं में मौजूद होते हैं। पदार्थ के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान अक्सर इलेक्ट्रॉनों का उपयोग किया जाता है, और फिर उन्हें β-कण कहा जाता है। उन्हें प्रयोगशाला में भी प्राप्त किया जा सकता है। पदार्थ से गुजरते समय इलेक्ट्रॉनों द्वारा खोई गई ऊर्जा उत्तेजना और आयनीकरण पर खर्च होती है, साथ ही साथ ब्रेम्सस्ट्रालंग के निर्माण पर भी खर्च होती है।

अल्फा कण हीलियम परमाणुओं के नाभिक होते हैं, जो कक्षीय इलेक्ट्रॉनों से रहित होते हैं और दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन से मिलकर बने होते हैं। उनके पास एक सकारात्मक चार्ज है, अपेक्षाकृत भारी है, और जैसे ही वे पदार्थ से गुजरते हैं, वे उच्च घनत्व वाले पदार्थ के आयनीकरण का उत्पादन करते हैं।

आमतौर पर प्राकृतिक भारी तत्वों (रेडियम, थोरियम, यूरेनियम, पोलोनियम, आदि) के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान अल्फा कण उत्सर्जित होते हैं।

आवेशित कण (हीलियम परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन और नाभिक), पदार्थ से गुजरते हुए, परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करते हैं, क्रमशः 35 और 34 eV खो देते हैं। इस मामले में, ऊर्जा का आधा हिस्सा आयनीकरण (एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने) पर खर्च किया जाता है, और दूसरा आधा माध्यम के परमाणुओं और अणुओं के उत्तेजना पर खर्च किया जाता है (एक इलेक्ट्रॉन को नाभिक से अधिक दूर एक शेल में स्थानांतरित करना) )

एक माध्यम में एक कण प्रति इकाई पथ लंबाई द्वारा गठित आयनित और उत्तेजित परमाणुओं की संख्या पी-कण (तालिका 5.1) की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है।

तालिका 5.1. मांसपेशी ऊतक में विभिन्न ऊर्जाओं के ए- और बी-कणों की सीमा

कण ऊर्जा, MeV	माइलेज, माइक्रोन	कण ऊर्जा, MeV	माइलेज, माइक्रोन	कण ऊर्जा, MeV	माइलेज, माइक्रोन
	—

यह इस तथ्य के कारण है कि एक-कण का द्रव्यमान बीटा-कण के द्रव्यमान से लगभग 7000 गुना अधिक होता है, इसलिए, समान ऊर्जा पर, इसकी गति बीटा-कण की तुलना में बहुत कम होती है।

रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्सर्जित α-कणों की गति लगभग 20 हजार किमी/सेकंड होती है, जबकि β-कणों की गति प्रकाश की गति के करीब होती है और मात्रा 200...270 हजार किमी/सेकेंड होती है। यह स्पष्ट है कि कण की गति जितनी कम होगी, माध्यम के परमाणुओं के साथ इसके संपर्क की संभावना उतनी ही अधिक होगी, और इसके परिणामस्वरूप, माध्यम में प्रति इकाई पथ में ऊर्जा की हानि जितनी अधिक होगी, जिसका अर्थ है कि सीमा कम होगी। टेबल से। 5.1 यह इस प्रकार है कि मांसपेशी ऊतक में ए-कणों की सीमा उसी ऊर्जा के β-कणों की सीमा से 1000 गुना कम है।

जब आयनकारी विकिरण जीवित जीवों से होकर गुजरता है, तो यह अपनी ऊर्जा को जैविक ऊतकों और कोशिकाओं में असमान रूप से स्थानांतरित करता है। नतीजतन, ऊतकों द्वारा अवशोषित ऊर्जा की थोड़ी मात्रा के बावजूद, जीवित पदार्थ की कुछ कोशिकाओं को काफी नुकसान होगा। कोशिकाओं और ऊतकों में स्थानीयकृत आयनकारी विकिरण का कुल प्रभाव तालिका में प्रस्तुत किया गया है। 5.2.

तालिका 5.2. आयनकारी विकिरण का जैविक प्रभाव

प्रभाव की प्रकृति	प्रभाव के चरण		प्रभाव प्रभाव
विकिरण की प्रत्यक्ष क्रिया		10-24 … 10 -4 s 10 16 …10 8 s	ऊर्जा अवशोषण। प्रारंभिक बातचीत। एक्स-रे और वाई-विकिरण, न्यूट्रॉन इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, ए-कण
		10 -12 … 10 -8 s	भौतिक-रासायनिक चरण। प्राथमिक प्रक्षेपवक्र पर आयनीकरण के रूप में ऊर्जा हस्तांतरण। आयनित और इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अणु
		10 7 …10 5 एस, कई घंटे	रासायनिक क्षति। मेरी हरकत से। अप्रत्यक्ष क्रिया। पानी से मुक्त कण। थर्मल संतुलन के लिए एक अणु की उत्तेजना
विकिरण का अप्रत्यक्ष प्रभाव		माइक्रोसेकंड, सेकंड, मिनट, कई घंटे	जैव आणविक क्षति। चयापचय प्रक्रियाओं के प्रभाव में प्रोटीन अणुओं, न्यूक्लिक एसिड में परिवर्तन
		मिनट, घंटे, सप्ताह	प्रारंभिक जैविक और शारीरिक प्रभाव। जैव रासायनिक क्षति। कोशिका मृत्यु, व्यक्तिगत जानवरों की मृत्यु
		साल, सदियां	दीर्घकालिक जैविक प्रभाव लगातार शिथिलता। आयनीकरण विकिरण आनुवंशिक उत्परिवर्तन, संतानों पर प्रभाव। दैहिक प्रभाव: कैंसर, ल्यूकेमिया, जीवन प्रत्याशा में कमी, शरीर की मृत्यु

अणुओं में प्राथमिक विकिरण-रासायनिक परिवर्तन दो तंत्रों पर आधारित हो सकते हैं: 1) प्रत्यक्ष क्रिया, जब किसी दिए गए अणु में विकिरण के साथ सीधे संपर्क में परिवर्तन (आयनीकरण, उत्तेजना) होता है; 2) अप्रत्यक्ष क्रिया, जब अणु आयनकारी विकिरण की ऊर्जा को सीधे अवशोषित नहीं करता है, बल्कि इसे दूसरे अणु से स्थानांतरित करके प्राप्त करता है।

यह ज्ञात है कि जैविक ऊतक में 60...70% द्रव्यमान जल होता है। इसलिए, आइए हम पानी के विकिरण के उदाहरण का उपयोग करके विकिरण के प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष प्रभावों के बीच अंतर पर विचार करें।

आइए मान लें कि पानी का अणु एक आवेशित कण द्वारा आयनित होता है, जिसके परिणामस्वरूप यह एक इलेक्ट्रॉन खो देता है:

H2O -> H20+e - .

एक आयनित पानी का अणु एक अन्य तटस्थ पानी के अणु के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील OH हाइड्रॉक्सिल रेडिकल बनता है:

H2O + H2O -> H3O + + OH *।

उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन भी बहुत जल्दी ऊर्जा को आसपास के पानी के अणुओं में स्थानांतरित करता है, और इस मामले में, एक अत्यधिक उत्तेजित पानी का अणु H2O* उत्पन्न होता है, जो दो रेडिकल्स, H* और OH* बनाने के लिए अलग हो जाता है:

H2O + e- -> H2O*H' + OH'।

मुक्त कणों में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं और ये अत्यंत प्रतिक्रियाशील होते हैं। पानी में उनका जीवन काल 10-5 सेकेंड से अधिक नहीं होता है। इस समय के दौरान, वे या तो एक दूसरे के साथ पुनर्संयोजन करते हैं या भंग सब्सट्रेट के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

पानी में घुली ऑक्सीजन की उपस्थिति में, अन्य रेडियोलिसिस उत्पाद भी बनते हैं: हाइड्रोपरॉक्साइड HO2, हाइड्रोजन पेरोक्साइड H2O2 और परमाणु ऑक्सीजन के मुक्त कण:

एच * + ओ 2 -> एचओ 2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20।

एक जीवित जीव की कोशिका में, पानी के विकिरण के मामले में स्थिति बहुत अधिक जटिल होती है, खासकर अगर अवशोषित पदार्थ बड़े और बहु-घटक जैविक अणु होते हैं। इस मामले में, कार्बनिक रेडिकल डी * बनते हैं, जिन्हें अत्यधिक उच्च प्रतिक्रियाशीलता की विशेषता भी होती है। बड़ी मात्रा में ऊर्जा के साथ, वे आसानी से रासायनिक बंधनों को तोड़ सकते हैं। यह वह प्रक्रिया है जो आयन जोड़े के निर्माण और अंतिम रासायनिक उत्पादों के निर्माण के बीच के अंतराल में सबसे अधिक बार होती है।

इसके अलावा, ऑक्सीजन के प्रभाव से जैविक प्रभाव को बढ़ाया जाता है। अत्यधिक प्रतिक्रियाशील उत्पाद DO2* (D* + O2 -> DO2*), जो ऑक्सीजन के साथ एक मुक्त मूलक की बातचीत के परिणामस्वरूप भी बनता है, विकिरणित प्रणाली में नए अणुओं के निर्माण की ओर जाता है।

पानी के रेडियोलिसिस की प्रक्रिया में उत्पन्न मुक्त कण और ऑक्सीकरण एजेंट अणु, उच्च रासायनिक गतिविधि वाले, प्रोटीन अणुओं, एंजाइमों और जैविक ऊतक के अन्य संरचनात्मक तत्वों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं, जिससे शरीर में जैविक प्रक्रियाओं में परिवर्तन होता है। नतीजतन, चयापचय प्रक्रियाएं बाधित होती हैं, एंजाइम सिस्टम की गतिविधि दब जाती है, ऊतक विकास धीमा हो जाता है और बंद हो जाता है, नए रासायनिक यौगिक दिखाई देते हैं जो शरीर की विशेषता नहीं हैं - विषाक्त पदार्थ। यह व्यक्तिगत प्रणालियों या समग्र रूप से जीव की महत्वपूर्ण गतिविधि में व्यवधान की ओर जाता है।

मुक्त कणों से प्रेरित रासायनिक प्रतिक्रियाओं में कई सैकड़ों और हजारों अणु शामिल होते हैं जो विकिरण से प्रभावित नहीं होते हैं। यह जैविक वस्तुओं पर आयनकारी विकिरण की क्रिया की विशिष्टता है। किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा (थर्मल, इलेक्ट्रिकल, आदि), एक जैविक वस्तु द्वारा समान मात्रा में अवशोषित होने के कारण, आयनकारी विकिरण के कारण ऐसे परिवर्तन नहीं होते हैं।

मानव शरीर पर विकिरण के संपर्क के अवांछित विकिरण प्रभाव सशर्त रूप से दैहिक (सोमा - "शरीर" के लिए ग्रीक) और आनुवंशिक (वंशानुगत) में विभाजित हैं।

दैहिक प्रभाव प्रत्यक्ष रूप से स्वयं विकिरणित व्यक्ति में प्रकट होते हैं, और आनुवंशिक प्रभाव उसकी संतानों में।

पिछले दशकों में, मनुष्य द्वारा बड़ी संख्या में कृत्रिम रेडियोन्यूक्लाइड बनाए गए हैं, जिसका उपयोग पृथ्वी की प्राकृतिक विकिरण पृष्ठभूमि पर एक अतिरिक्त भार है और लोगों के लिए विकिरण की खुराक को बढ़ाता है। लेकिन, विशेष रूप से शांतिपूर्ण उपयोग के उद्देश्य से, आयनकारी विकिरण मनुष्यों के लिए उपयोगी है, और आज ज्ञान के क्षेत्र या राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था को इंगित करना मुश्किल है जो रेडियोन्यूक्लाइड या आयनकारी विकिरण के अन्य स्रोतों का उपयोग नहीं करता है। 21वीं सदी की शुरुआत तक, "शांतिपूर्ण परमाणु" ने दवा, उद्योग, कृषि, सूक्ष्म जीव विज्ञान, ऊर्जा, अंतरिक्ष अन्वेषण और अन्य क्षेत्रों में अपना आवेदन पाया है।

विकिरण के प्रकार और पदार्थ के साथ आयनकारी विकिरण की परस्पर क्रिया

आधुनिक सभ्यता के अस्तित्व के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग एक महत्वपूर्ण आवश्यकता बन गया है और साथ ही, एक बड़ी जिम्मेदारी है, क्योंकि ऊर्जा के इस स्रोत का यथासंभव तर्कसंगत और सावधानी से उपयोग किया जाना चाहिए।

रेडियोन्यूक्लाइड की एक उपयोगी विशेषता

रेडियोधर्मी क्षय के कारण, रेडियोन्यूक्लाइड "एक संकेत देता है", जिससे उसका स्थान निर्धारित होता है। विशेष उपकरणों का उपयोग करना जो एकल परमाणुओं के क्षय से संकेत रिकॉर्ड करते हैं, वैज्ञानिकों ने ऊतकों और कोशिकाओं में होने वाली विभिन्न रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं की जांच में मदद करने के लिए इन पदार्थों को संकेतक के रूप में उपयोग करना सीखा है।

आयनकारी विकिरण के तकनीकी स्रोतों के प्रकार

आयनकारी विकिरण के सभी मानव निर्मित स्रोतों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है।

• चिकित्सा - रोगों के निदान (उदाहरण के लिए, एक्स-रे और फ्लोरोग्राफी मशीन) और रेडियोथेरेपी प्रक्रियाओं (उदाहरण के लिए, कैंसर के उपचार के लिए रेडियोथेरेपी इकाइयाँ) के संचालन के लिए दोनों का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, एआई के चिकित्सा स्रोतों में रेडियोफार्मास्युटिकल्स (रेडियोधर्मी आइसोटोप या विभिन्न अकार्बनिक या कार्बनिक पदार्थों के साथ उनके यौगिक) शामिल हैं, जिनका उपयोग रोगों के निदान और उनके उपचार दोनों के लिए किया जा सकता है।
• औद्योगिक - मानव निर्मित रेडियोन्यूक्लाइड और जनरेटर:
  • ऊर्जा क्षेत्र में (परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के रिएक्टर);
  • कृषि में (उर्वरक की प्रभावशीलता पर चयन और अनुसंधान के लिए)
  • रक्षा क्षेत्र में (परमाणु-संचालित जहाजों के लिए ईंधन);
  • निर्माण में (धातु संरचनाओं का विनाशकारी परीक्षण)।

स्थिर आंकड़ों के अनुसार, 2011 में विश्व बाजार में रेडियोन्यूक्लाइड उत्पादों के उत्पादन की मात्रा 12 बिलियन डॉलर थी, और 2030 तक यह आंकड़ा छह गुना बढ़ने की उम्मीद है।