რადიაცია ელექტრომაგნიტური,

1) კლასიკურ ელექტროდინამიკაში - თავისუფალი ელექტრომაგნიტური ველის წარმოქმნის პროცესი, რომელიც ხდება ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკების (ან მათი სისტემების) ურთიერთქმედების დროს; კვანტურ თეორიაში - ფოტონების დაბადების (ემისიის) პროცესი, როდესაც იცვლება კვანტური სისტემის მდგომარეობა;

2) თავისუფალი ელექტრომაგნიტური ველი – ელექტრომაგნიტური ტალღები.

რადიაციის კლასიკური თეორიის - ელექტროდინამიკის - საფუძვლები ჩაეყარა მე-19 საუკუნის პირველ ნახევარში მ. ფარადეისა და ჯ.კ. მაქსველის ნაშრომებში, რომლებმაც განავითარეს ფარადეის იდეები და რადიაციის კანონებს მიანიჭეს მკაცრი მათემატიკური ფორმა. მაქსველის განტოლებიდან გამომდინარეობდა, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღები ვაკუუმში ნებისმიერ საანგარიშო სისტემაში ვრცელდება იმავე სიჩქარით - სინათლის სიჩქარით c = 3·10 8 მ/წმ. მაქსველის თეორიამ ახსნა მრავალი ფიზიკური მოვლენა, კომბინირებული ოპტიკური, ელექტრული და მაგნიტური ფენომენი, გახდა ელექტრო და რადიოინჟინერიის საფუძველი, მაგრამ რიგი ფენომენების (მაგალითად, ატომების და მოლეკულების სპექტრები) ახსნა მხოლოდ კვანტურის შექმნის შემდეგ შეიძლებოდა. რადიაციის თეორია, რომლის საფუძვლები ჩაუყარეს მ.პლათმა, ა.აინშტაინმა, ნ.ბორმა, პ.დირაკმა და სხვებმა.გამოსხივების თეორია სრულად დაასაბუთა კვანტურ ელექტროდინამიკაში, რომელიც დასრულდა 1950-იან წლებში შრომებში. R. F. Feynman, J. Schwinger, F. Dyson და სხვები.

გამოსხივების პროცესის მახასიათებლები და თავისუფალი ელექტრომაგნიტური ველი (გამოსხივების ინტენსივობა, რადიაციის სპექტრი, მასში ენერგიის განაწილება, რადიაციული ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე და ა. მისი ურთიერთქმედება ელექტრულ და/ან მაგნიტურ ველებთან, რაც იწვევს რადიაციას. ასე რომ, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი გადის ნივთიერებაში, ნივთიერების ატომებთან ურთიერთქმედების შედეგად იცვლება ნაწილაკის სიჩქარე და ის გამოყოფს ე.წ. bremsstrahlung-ს (იხ. ქვემოთ). თავისუფალ ელექტრომაგნიტურ ველს, λ ტალღის სიგრძის დიაპაზონიდან გამომდინარე, ეწოდება რადიო გამოსხივება (იხ. რადიოტალღები), ინფრაწითელი გამოსხივება, ოპტიკური გამოსხივება, ულტრაიისფერი გამოსხივება, რენტგენის გამოსხივება, გამა გამოსხივება.

დამუხტული ნაწილაკების ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც თანაბრად და სწორხაზოვნად მოძრაობს ვაკუუმში მისგან შორ მანძილზე, უმნიშვნელოა და შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მის მიერ შემოტანილი ველი მასთან ერთად მოძრაობს იმავე სიჩქარით. დამუხტული ნაწილაკის ასეთი თვით ველის თვისებები დამოკიდებულია მისი სიჩქარის სიდიდესა და მიმართულებაზე და არ იცვლება, თუ ის მუდმივია; ასეთი ნაწილაკი არ ასხივებს. თუ დამუხტული ნაწილაკების სიჩქარე შეიცვალა (მაგალითად, სხვა ნაწილაკთან შეჯახებისას), მაშინ საკუთარი ველი სიჩქარის ცვლილებამდე და მის შემდეგ განსხვავებულია - როდესაც სიჩქარე იცვლება, საკუთარი ველი გადააწყდება ისე, რომ მისი ნაწილი იშლება და აღარ არის დაკავშირებული დამუხტულ ნაწილაკთან - ხდება თავისუფალი ველი. ამრიგად, ელექტრომაგნიტური ტალღების წარმოქმნა ხდება მაშინ, როდესაც იცვლება დამუხტული ნაწილაკების სიჩქარე; სიჩქარის ცვლილების მიზეზები მრავალფეროვანია, ამის შესაბამისად წარმოიქმნება სხვადასხვა სახის გამოსხივება (bremsstrahlung, magnetic bremsstrahlung და ა.შ.). ნაწილაკების სისტემის გამოსხივება დამოკიდებულია მის სტრუქტურაზე; ეს შეიძლება იყოს ნაწილაკების გამოსხივების ანალოგი, იყოს დიპოლური გამოსხივება (დიპოლური გამოსხივება) ან მრავალპოლუსიანი გამოსხივება (მრავალპოლარული გამოსხივება).

ელექტრონისა და პოზიტრონის განადგურების დროს (იხ. ანიჰილაცია და წყვილების წარმოება) წარმოიქმნება აგრეთვე თავისუფალი ელექტრომაგნიტური ველი (ფოტონები). გამანადგურებელი ნაწილაკების ენერგია და იმპულსი შენარჩუნებულია, ანუ ისინი გადადიან ელექტრომაგნიტურ ველში. ეს ნიშნავს, რომ რადიაციულ ველს ყოველთვის აქვს ენერგია და იმპულსი.

გამოსხივების პროცესში წარმოქმნილი ელექტრომაგნიტური ტალღები ქმნიან ენერგიის ნაკადს, რომელიც ტოვებს წყაროს, რომლის სიმკვრივეა S(r,t) (Poynting ვექტორი არის ენერგია, რომელიც მიედინება დროის ერთეულზე ნაკადის პერპენდიკულარულ ზედაპირზე) t დროს. რადიაციული დამუხტული ნაწილაკიდან r მანძილზე პროპორციულია მაგნიტური H (r, t) და ელექტრული E (r, t) ველების სიძლიერის ვექტორული პროდუქტის:

დატვირთული ნაწილაკის მიერ გამოსხივებისას დროის ერთეულში დაკარგული მთლიანი ენერგია W შეიძლება მიღებულ იქნას ენერგიის ნაკადის გამოთვლით უსასრულოდ დიდი რადიუსის სფეროს r.

სადაც dΩ. - მყარი კუთხის ელემენტი, n - ერთეული ვექტორი რადიაციის გავრცელების მიმართულებით მუხტების სისტემის თვითველი მცირდება 1/r-ზე მეტი მანძილით, ხოლო რადიაციული ველი წყაროდან დიდ მანძილზე მცირდება 1-ით. /რ.

ემიტერის თანმიმდევრულობა.რადიაციული ნაკადის სიმკვრივე, რომელიც ორი იდენტური წყაროდან მოდის სივრცეში გარკვეულ წერტილში, პროპორციულია ელექტრული სიძლიერის E 1 (r, t) და E 2 (r, t) და მაგნიტური H 1 (მაგნიტური H 1) ჯამების ვექტორული ნაკადის. r, t) და H 2 (r, t) ელექტრომაგნიტური ტალღების ველები 1 და 2 წყაროებიდან:

ორი სინუსოიდური სიბრტყის ტალღის დამატების შედეგი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა ფაზებზე მიდიან ისინი მოცემულ წერტილში. თუ ფაზები ერთნაირია, მაშინ E და H ველები გაორმაგდება და მოცემულ წერტილში ველის ენერგია იზრდება 4-ჯერ ერთი წყაროს ველის ენერგიასთან შედარებით. იმ შემთხვევაში, როდესაც ტალღები ორი განსხვავებული წყაროდან მოდის დეტექტორთან საპირისპირო ფაზებით, ველების ჯვარედინი პროდუქტები და [E 2 (r, t) H 1 (r, t)] (3) ქრება. შედეგად, ორჯერ მეტი ენერგია მოდის ორი ემიტერიდან მოცემულ წერტილში, ვიდრე ერთი ემიტერიდან. N ემიტერების შემთხვევაში, ტალღები, რომლებიდანაც იმავე ფაზაში მოდიან მოცემულ წერტილში, ენერგია გაიზრდება N 2-ჯერ. ასეთ ემიტერებს უწოდებენ თანმიმდევრულს. თუ ტალღების ფაზები, რომლებიც დეტექტორში მოდის თითოეული ემიტერიდან შემთხვევითია, მაშინ სხვადასხვა გამოსხივების ველები ნაწილობრივ გაუქმებულია დაკვირვების წერტილში დამატებისას. შემდეგ, N წყაროდან, დეტექტორი აღრიცხავს N-ჯერ უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე ერთი წყაროდან. ასეთ წყაროებს (და მათ გამოსხივებას) არათანმიმდევრული ეწოდება. მათ შორისაა თითქმის ყველა ჩვეულებრივი სინათლის წყარო (სანთლის ალი, ინკანდესენტური ნათურები, ფლუორესცენტური ნათურები და ა.შ.); მათში, თითოეული ატომის ან მოლეკულის ემისიის დროის მომენტები (და, შესაბამისად, ფაზები, რომლებშიც მათი გამოსხივების ტალღები გარკვეულ წერტილამდე მოდის) შემთხვევითია. თანმიმდევრული გამოსხივების წყაროებია ლაზერები, რომლებშიც იქმნება პირობები სამუშაო ნივთიერების ყველა ატომის ერთდროული განათებისთვის.

რადიაციული რეაქცია.გამოსხივებული დამუხტული ნაწილაკი კარგავს ენერგიას, რის გამოც გამოსხივების პროცესში იქმნება ნაწილაკზე მოქმედი ძალა, რომელიც ანელებს მის სიჩქარეს და ეწოდება გამოსხივების რეაქციის ძალა ან რადიაციული ხახუნის ძალა. დამუხტული ნაწილაკების არარელატივისტური სიჩქარით გამოსხივების რეაქციის ძალა ყოველთვის მცირეა, მაგრამ სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მას შეუძლია მნიშვნელოვანი როლი ითამაშოს. ამრიგად, დედამიწის მაგნიტურ ველში ენერგიის დანაკარგები მაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების ელექტრონების გამოსხივების გამო იმდენად დიდია, რომ ელექტრონები ვერ აღწევს დედამიწის ზედაპირს. იგივე ენერგიისა და უფრო დიდი მასის მქონე კოსმოსური სხივების ნაწილაკებს რადიაციისადმი ნაკლები ენერგიის დანაკარგი აქვთ, ვიდრე ელექტრონებს და ისინი აღწევს დედამიწის ზედაპირს. აქედან გამომდინარეობს, რომ დედამიწის ზედაპირზე და თანამგზავრებიდან დაფიქსირებული კოსმოსური სხივების შემადგენლობა შეიძლება განსხვავებული იყოს.

რადიაციული თანმიმდევრულობის სიგრძე.დამუხტული ნაწილაკების არარელატივისტური და ულტრარელატივისტური სიჩქარით რადიაციული პროცესები განსხვავდება სივრცის იმ რეგიონის ზომით, სადაც წარმოიქმნება რადიაციული ველი. არარელატივისტურ შემთხვევაში (როდესაც ნაწილაკების v სიჩქარე დაბალია), რადიაციული ველი ტოვებს მუხტს სინათლის სიჩქარით და გამოსხივების პროცესი სწრაფად მთავრდება, რადიაციის წარმოქმნის რეგიონის ზომა (კოჰერენტულობის სიგრძე) L გაცილებით მცირეა, ვიდრე რადიაციის ტალღის სიგრძე λ, L~λv/s. თუ ნაწილაკის სიჩქარე ახლოს არის სინათლის სიჩქარესთან (რელატივისტური სიჩქარით), შედეგად მიღებული რადიაციული ველი და მისი შემქმნელი ნაწილაკი დიდი ხნის განმავლობაში მოძრაობენ ერთმანეთთან ახლოს და განსხვავდებიან საკმაოდ დიდ მანძილზე გაფრენის შემდეგ. რადიაციული ველის ფორმირებას გაცილებით მეტი დრო სჭირდება, ხოლო L სიგრძე გაცილებით დიდია ტალღის სიგრძეზე, L~λγ (სადაც γ= -1/2 არის ნაწილაკის ლორენცის ფაქტორი).

ბრემსტრაჰლუნგიხდება მაშინ, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი იფანტება მატერიის ატომებზე. თუ დრო Δt, რომლის დროსაც e მუხტის მქონე ნაწილაკი გაფანტვისას ცვლის თავის სიჩქარეს v 1-დან v 2-მდე, გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე გამოსხივების წარმოქმნის დრო L/v, მაშინ დამუხტული ნაწილაკების სიჩქარის ცვლილება შეიძლება ჩაითვალოს მყისიერად. მაშინ რადიაციის ენერგიის განაწილებას კუთხეებსა და წრიულ სიხშირეებზე ω აქვს ფორმა:

გავამრავლოთ ეს გამოხატულება v 1-დან v2-მდე გაფანტვის დროს ნაწილაკების სიჩქარის შეცვლის ალბათობით და მიღებული გამონათქვამის ინტეგრირება ყველა v2-ზე, შეგვიძლია მივიღოთ bremsstrahlung ენერგიის განაწილება სიხშირეებსა და კუთხეებზე (სიხშირისგან დამოუკიდებლად). მსუბუქი ნაწილაკები უფრო ადვილად იხრება ატომთან ურთიერთობისას, ამიტომ bremsstrahlung-ის ინტენსივობა უკუპროპორციულია სწრაფი ნაწილაკების მასის კვადრატთან. ბრემსტრაჰლუნგი არის მატერიაში რელატივისტური ელექტრონების ენერგიის დაკარგვის მთავარი მიზეზი, როდესაც ელექტრონის ენერგია აღემატება ზოგიერთ კრიტიკულ ენერგიას, რომელიც არის 83 MeV ჰაერისთვის, 47 MeV Al-სთვის და 59 MeV Pb.

მაგნიტური ბრემსტრაჰლუნგიხდება მაშინ, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი მოძრაობს მაგნიტურ ველში, რომელიც ახვევს მისი მოძრაობის ტრაექტორიას. მუდმივ და ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში m მასის მქონე დამუხტული ნაწილაკის ტრაექტორია არის სპირალი, ანუ ის შედგება ველის მიმართულებით ერთგვაროვანი მოძრაობისგან და მის გარშემო ბრუნისაგან ω H = eH/γmс სიხშირით.

ნაწილაკის მოძრაობის პერიოდულობა მივყავართ იქამდე, რომ მის მიერ გამოსხივებულ ტალღებს აქვთ ω H-ის ჯერადი სიხშირეები: ω = Mω H, სადაც N=1,2,3 ... . მაგნიტურ ველში ულტრარელატივისტური ნაწილაკების გამოსხივებას სინქროტრონის გამოსხივება ეწოდება. მას აქვს ფართო სიხშირის სპექტრი მაქსიმუმ ω-ზე ω Н γ 3 რიგის და გამოსხივებული ენერგიის ძირითადი ფრაქცია მდგომარეობს სიხშირის დიაპაზონში ω »ω Н. ამ შემთხვევაში, მიმდებარე სიხშირეებს შორის ინტერვალები გაცილებით მცირეა, ვიდრე სიხშირე, ამიტომ სიხშირის განაწილება სინქროტრონის გამოსხივების სპექტრში შეიძლება ჩაითვალოს უწყვეტად. სიხშირის დიაპაზონში ω » ω Н γ 3 გამოსხივების ინტენსივობა იზრდება სიხშირით ω 2/3 , ხოლო სიხშირის დიაპაზონში ω » ω Н γ 3 გამოსხივების ინტენსივობა ექსპონენტურად მცირდება სიხშირის მატებასთან ერთად. სინქროტრონის გამოსხივებას აქვს მცირე კუთხური დივერგენცია (ლ/γ რიგის მიხედვით) და პოლარიზაციის მაღალი ხარისხი ნაწილაკების ორბიტის სიბრტყეში. დამუხტული ნაწილაკების არარელატივისტური სიჩქარით მაგნიტურ დეფექტს ციკლოტრონის გამოსხივება ეწოდება, მისი სიხშირე არის ω = ω H.

უნდულატორის გამოსხივებახდება მაშინ, როდესაც ულტრარელატივისტური დამუხტული ნაწილაკი მოძრაობს მცირე განივი პერიოდული გადახრებით, მაგალითად, პერიოდულად ცვალებად ელექტრულ ველში ფრენისას (ასეთი ველი იქმნება, მაგალითად, სპეციალურ მოწყობილობებში - ტალღოვანებში). ტალღოვანი გამოსხივების ω სიხშირე დაკავშირებულია ნაწილაკების ω 0 განივი რხევების სიხშირესთან მიმართებით

სადაც θ არის კუთხე ნაწილაკების სიჩქარეს v და ტალღოვანი გამოსხივების გავრცელების მიმართულებას შორის. ამ ტიპის გამოსხივების ანალოგი არის გამოსხივება, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც დამუხტული ნაწილაკები ერთკრისტალებში გადადის, როდესაც მეზობელ კრისტალურ გრაფიკულ სიბრტყეებს შორის მოძრავი ნაწილაკი განიცდის განივი ვიბრაციას ინტრაკრისტალურ ველთან ურთიერთქმედების გამო.

ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივებადაფიქსირდა, როდესაც დამუხტული ნაწილაკი ერთნაირად მოძრაობს გარემოში სიჩქარით, რომელიც აღემატება სინათლის ფაზურ სიჩქარეს c/ε 1/2 გარემოში (ε არის გარემოს გამტარობა). ამ შემთხვევაში ნაწილაკების საკუთარი ველის ნაწილი ჩამორჩება მას და წარმოქმნის ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, რომლებიც ვრცელდება ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულების კუთხით (იხ. ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივება), რომელიც განისაზღვრება cos θ = с/vε 1/2 ტოლობით. . ამ ფუნდამენტურად ახალი ტიპის გამოსხივების აღმოჩენისა და ახსნისთვის, რომელმაც ფართო გამოყენება ჰპოვა დამუხტული ნაწილაკების სიჩქარის გასაზომად, I. E. Tamm, I. M. Frank და P. A. Cherenkov მიიღეს ნობელის პრემია (1958).

გარდამავალი გამოსხივება(იწინასწარმეტყველეს ვ. ლ. გინზბურგმა და ი. მ. ფრანკმა 1946 წელს) წარმოიქმნება არაჰომოგენური დიელექტრიკული თვისებების მქონე დატვირთული ნაწილაკების ერთგვაროვანი სწორხაზოვანი მოძრაობის დროს. ყველაზე ხშირად, ის წარმოიქმნება, როდესაც ნაწილაკი კვეთს ორ მედიას შორის ინტერფეისს სხვადასხვა ნებართვით (ხშირად ეს გამოსხივება ითვლება გარდამავალ გამოსხივებად; იხილეთ გარდამავალი გამოსხივება). სხვადასხვა მედიაში მუდმივი სიჩქარით მოძრავი ნაწილაკების თვით-ველი განსხვავებულია, ამიტომ მედიას შორის ინტერფეისზე, თვით-ველის გადალაგება ხდება, რაც იწვევს რადიაციას. გარდამავალი გამოსხივება არ არის დამოკიდებული სწრაფი ნაწილაკების მასაზე, მისი ინტენსივობა არ არის დამოკიდებული ნაწილაკების სიჩქარეზე, არამედ მის ენერგიაზე, რაც შესაძლებელს ხდის მის საფუძველზე შეიქმნას უნიკალური ზუსტი მეთოდები ულტრა მაღალი ენერგიის ნაწილაკების გამოსავლენად.

დიფრაქციული გამოსხივებაწარმოიქმნება დამუხტული ნაწილაკის ვაკუუმში გავლისას ნივთიერების ზედაპირთან ახლოს, როდესაც ნაწილაკების საკუთარი ველი იცვლება ზედაპირულ არაჰომოგენურობასთან მისი ურთიერთქმედების გამო. დიფრაქციული გამოსხივება წარმატებით გამოიყენება მატერიის ზედაპირის თვისებების შესასწავლად.

დამუხტული ნაწილაკების სისტემების გამოსხივება.

უმარტივესი სისტემა, რომელსაც შეუძლია გამოსხივება, არის ელექტრული დიპოლი ცვლადი დიპოლური მომენტით - ორი საპირისპიროდ დამუხტული რხევადი ნაწილაკების სისტემა. როდესაც დიპოლური ველი იცვლება, მაგალითად, როდესაც ნაწილაკები ვიბრირებენ ერთმანეთთან დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ (დიპოლური ღერძი), ველის ნაწილი იშლება და წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ტალღები. ასეთი გამოსხივება არაიზოტროპულია, მისი ენერგია სხვადასხვა მიმართულებით არ არის იგივე: ის მაქსიმალურია ნაწილაკების რხევის ღერძის პერპენდიკულარული მიმართულებით და არ არის პერპენდიკულარული მიმართულებით, შუალედური მიმართულებებისთვის მისი ინტენსივობა პროპორციულია sinθ 2-ის (θ არის კუთხე გამოსხივების მიმართულებასა და ნაწილაკების რხევის ღერძს შორის). რეალური ემიტერები, როგორც წესი, შედგება დიდი რაოდენობით საპირისპიროდ დამუხტული ნაწილაკებისგან, მაგრამ ხშირად მათი მდებარეობისა და სისტემიდან მოშორების დეტალების გათვალისწინებით უმნიშვნელოა; ამ შემთხვევაში შესაძლებელია ჭეშმარიტი განაწილების გამარტივება იმავე სახელწოდების მუხტების „გაყვანით“ ზოგიერთ მუხტის განაწილების ცენტრში. თუ სისტემა მთლიანობაში ელექტრულად ნეიტრალურია, მაშინ მისი გამოსხივება შეიძლება მიახლოებით ჩაითვალოს ელექტრული დიპოლის გამოსხივებად.

თუ სისტემის დიპოლური გამოსხივება არ არის, მაშინ ის შეიძლება იყოს წარმოდგენილი როგორც ოთხპოლუსი ან უფრო რთული სისტემა - მრავალპოლუსი. როდესაც მასში მუხტები მოძრაობენ, წარმოიქმნება ელექტრული ოთხპოლუსი ან მრავალპოლუსიანი გამოსხივება. გამოსხივების წყაროები ასევე შეიძლება იყოს სისტემები, რომლებიც არიან მაგნიტური დიპოლები (მაგალითად, მიმდინარე მარყუჟი) ან მაგნიტური მრავალპოლუსები. მაგნიტური დიპოლური გამოსხივების ინტენსივობა, როგორც წესი, არის (v/c) 2-ჯერ ნაკლები ელექტრული დიპოლური გამოსხივების ინტენსივობაზე და ელექტრული ოთხპოლუსიანი გამოსხივების სიდიდის იგივე რიგისა.

რადიაციის კვანტური თეორია.კვანტური ელექტროდინამიკა განიხილავს კვანტური სისტემების (ატომები, მოლეკულები, ატომის ბირთვები და სხვ.) გამოსხივების პროცესებს, რომელთა ქცევა ექვემდებარება კვანტური მექანიკის კანონებს; ამ შემთხვევაში თავისუფალი ელექტრომაგნიტური ველი წარმოდგენილია როგორც ამ ველის კვანტების ერთობლიობა - ფოტონები. ფოტონის ენერგია E პროპორციულია მისი სიხშირის v (v = ω/2π), ანუ E=hv (h არის პლანკის მუდმივი), ხოლო იმპულსი p პროპორციულია ტალღის ვექტორის k: p = hk. ფოტონის ემისიას თან ახლავს სისტემის კვანტური გადასვლა ენერგიით E 1 მდგომარეობიდან უფრო დაბალი ენერგიით E 2 =E 1 - hv (ენერგეტიკული დონიდან E 1 დონემდე E 2-მდე). შეკრული კვანტური სისტემის (მაგალითად, ატომის) ენერგია კვანტიზებულია, ანუ იღებს მხოლოდ დისკრეტულ მნიშვნელობებს; ასეთი სისტემის რადიაციის სიხშირეები ასევე დისკრეტულია. ამრიგად, კვანტური სისტემის გამოსხივება შედგება ცალკეული სპექტრული ხაზებისგან გარკვეული სიხშირეებით, ანუ მას აქვს დისკრეტული სპექტრი. უწყვეტი (უწყვეტი) ემისიის სპექტრი მიიღება, როდესაც სისტემის საწყისი და საბოლოო ენერგიების მნიშვნელობების ერთი (ან ორივე) თანმიმდევრობა, რომელშიც ხდება კვანტური გადასვლა, უწყვეტია (მაგალითად, თავისუფალი ელექტრონის რეკომბინაციის დროს. და იონი).

კვანტურმა ელექტროდინამიკამ შესაძლებელი გახადა გამოეთვალა სხვადასხვა სისტემების რადიაციის ინტენსივობა, გავითვალისწინოთ არარადიაციული გადასვლების ალბათობა, რადიაციის გადაცემის პროცესები, გამოთვალოთ ეგრეთ წოდებული რადიაციული კორექტივები და კვანტური სისტემების გამოსხივების სხვა მახასიათებლები.

ატომის ყველა მდგომარეობა, გარდა ძირითადი მდგომარეობისა (მდგომარეობა მინიმალური ენერგიით), რომელსაც ეწოდება აღგზნებული მდგომარეობა, არასტაბილურია. მათში ყოფნისას ატომი გარკვეული დროის შემდეგ (დაახლოებით 10 -8 წმ) სპონტანურად ასხივებს ფოტონს; ასეთ გამოსხივებას სპონტანურს ან სპონტანურს უწოდებენ. ატომის სპონტანური გამოსხივების მახასიათებლები - გავრცელების მიმართულება, ინტენსივობა, პოლარიზაცია - არ არის დამოკიდებული გარე პირობებზე. რადიაციის ტალღების სიგრძის ნაკრები ინდივიდუალურია თითოეული ქიმიური ელემენტის ატომისთვის და წარმოადგენს მის ატომურ სპექტრს. ატომის მთავარი გამოსხივება არის დიპოლური გამოსხივება, რომელიც შეიძლება მოხდეს მხოლოდ ელექტრული დიპოლური გადასვლების შერჩევის წესებით დაშვებული კვანტური გადასვლების დროს, ანუ ატომის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობების მახასიათებლებს (კვანტურ რიცხვებს) შორის გარკვეული ურთიერთობებით. ატომის მრავალპოლუსიანი გამოსხივება (ე.წ. აკრძალული ხაზები) ასევე შეიძლება წარმოიშვას გარკვეულ პირობებში, მაგრამ გადასვლის ალბათობა, რომელშიც ის ხდება, მცირეა და მისი ინტენსივობა ჩვეულებრივ დაბალია. ატომური ბირთვების გამოსხივება ხდება ბირთვული ენერგიის დონეებს შორის კვანტური გადასვლების დროს და განისაზღვრება შესაბამისი შერჩევის წესებით.

სხვადასხვა მოლეკულების გამოსხივებას, რომელშიც ხდება მათი შემადგენელი დამუხტული ნაწილაკების ვიბრაციული და ბრუნვითი მოძრაობები, აქვს რთული სპექტრები, რომლებსაც აქვთ ელექტრონულ-ვიბრაციული ბრუნვის სტრუქტურა (იხ. მოლეკულური სპექტრები).

hk იმპულსით და ენერგიით hv ფოტონის ემისიის ალბათობა პროპორციულია (n k + 1), სადაც n k არის ზუსტად იგივე ფოტონების რაოდენობა სისტემაში ემისიის მომენტამდე. n k = 0-ზე ხდება სპონტანური ემისია, თუ n k ≠ 0, ასევე ჩნდება სტიმულირებული ემისია. სტიმულირებული ემისიის ფოტონს, სპონტანურისგან განსხვავებით, აქვს გავრცელების, სიხშირისა და პოლარიზაციის იგივე მიმართულება, როგორც გარე გამოსხივების ფოტონს; სტიმულირებული ემისიის ინტენსივობა პროპორციულია გარე გამოსხივების ფოტონების რაოდენობაზე. სტიმულირებული ემისიის არსებობა პოსტულირებული იყო 1916 წელს ა.აინშტაინის მიერ, რომელმაც გამოთვალა სტიმულირებული ემისიის ალბათობა (იხ. აინშტაინის კოეფიციენტები). ნორმალურ პირობებში, სტიმულირებული ემისიის ალბათობა (და, შესაბამისად, ინტენსივობა) მცირეა, მაგრამ კვანტურ გენერატორებში (ლაზერებში), n k-ს გაზრდის მიზნით, სამუშაო ნივთიერება (ემიტერი) მოთავსებულია ოპტიკურ ღრუებში, რომლებიც ინახავს გარე გამოსხივების ფოტონებს. ის. ნივთიერების მიერ გამოსხივებული თითოეული ფოტონი იზრდება n k, ამიტომ გამოსხივების ინტენსივობა მოცემულ k-თან ერთად სწრაფად იზრდება ფოტონების ემისიის დაბალი ინტენსივობით ყველა სხვა k-თან ერთად. შედეგად, კვანტური გენერატორი აღმოჩნდება სტიმულირებული გამოსხივების წყარო v და k მნიშვნელობების ძალიან ვიწრო ზოლით - თანმიმდევრული გამოსხივებით. ასეთი გამოსხივების ველი ძალიან ინტენსიურია, ის შეიძლება იყოს შედარებადი სიდიდით ინტრამოლეკულურ ველებთან და კვანტური გენერატორის გამოსხივების (ლაზერული გამოსხივება) ურთიერთქმედება მატერიასთან ხდება არაწრფივი (იხ. არაწრფივი ოპტიკა).

სხვადასხვა ობიექტების გამოსხივება ატარებს ინფორმაციას მათი სტრუქტურის, თვისებებისა და მათში მიმდინარე პროცესების შესახებ; მისი შესწავლა არის მათი შესწავლის ძლიერი და ხშირად ერთადერთი გზა (მაგალითად, კოსმოსური სხეულებისთვის). გამოსხივების თეორია განსაკუთრებულ როლს თამაშობს სამყაროს თანამედროვე ფიზიკური სურათის ფორმირებაში. ამ თეორიის აგების პროცესში წარმოიშვა ფარდობითობის თეორია, კვანტური მექანიკა, შეიქმნა გამოსხივების ახალი წყაროები, მიღწეული იქნა არაერთი მიღწევა რადიოინჟინერიის, ელექტრონიკის და ა.შ.

ლიტ .: Akhiezer A. I., Berestetsky V. B. კვანტური ელექტროდინამიკა. მე-4 გამოცემა. მ., 1981; Landau L.D., Lifshits E.M. ველის თეორია. მე-8 გამოცემა. მ., 2001; Tamm I. E. ელექტროენერგიის თეორიის საფუძვლები. მე-11 გამოცემა. მ., 2003 წ.

დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ რა არის რადიაცია ფიზიკაში. ვისაუბროთ ელექტრონული გადასვლების ბუნებაზე და წარმოვადგინოთ ელექტრომაგნიტური მასშტაბი.

ღმერთი და ატომი

მატერიის სტრუქტურა ორი ათასზე მეტი წლის წინ გახდა მეცნიერთა ინტერესის საგანი. ძველ ბერძენ ფილოსოფოსებს აინტერესებდათ, რით განსხვავდება ჰაერი ცეცხლისგან და მიწა წყლისგან, რატომ არის მარმარილო თეთრი და ნახშირი შავი. მათ შექმნეს ურთიერთდამოკიდებული კომპონენტების რთული სისტემები, უარყვეს ან მხარი დაუჭირეს ერთმანეთს. და ყველაზე გაუგებარი მოვლენები, მაგალითად, ელვისებური დარტყმა ან მზის ამოსვლა, ღმერთების მოქმედებას მიაწერეს.

ერთხელ, მრავალი წლის განმავლობაში ტაძრის საფეხურებზე დაკვირვების შემდეგ, ერთმა მეცნიერმა შენიშნა: ქვაზე მდგარი თითოეული ფეხი აშორებს მატერიის პატარა ნაწილაკს. დროთა განმავლობაში მარმარილომ ფორმა იცვალა, შუაზე ჩამოცურდა. ამ მეცნიერის სახელია ლეიციპუსი და მან უმცირეს ნაწილაკებს ატომები განუყოფელი უწოდა. აქედან დაიწყო გზა იმის შესწავლისაკენ, თუ რა არის რადიაცია ფიზიკაში.

აღდგომა და სინათლე

შემდეგ დადგა ბნელი დრო, მეცნიერება მიტოვებული იყო. ყველა, ვინც ცდილობდა ბუნების ძალების შესწავლას, ჯადოქრებს და ჯადოქრებს უწოდებდნენ. მაგრამ, უცნაურად საკმარისი, ეს იყო რელიგია, რომელმაც ბიძგი მისცა მეცნიერების შემდგომ განვითარებას. შესწავლა იმის შესახებ, თუ რა არის რადიაცია ფიზიკაში, ასტრონომიით დაიწყო.

აღდგომის აღნიშვნის დრო იმ დღეებში ყოველ ჯერზე განსხვავებულად ითვლებოდა. გაზაფხულის ბუნიობას, 26-დღიან მთვარის ციკლსა და 7-დღიან კვირას შორის ურთიერთობის რთულმა სისტემამ ხელი შეუშალა აღდგომის აღსანიშნავად თარიღების ცხრილების შედგენას რამდენიმე წელზე მეტი ხნის განმავლობაში. მაგრამ ეკლესიას წინასწარ უნდა დაეგეგმა. ამიტომ პაპმა ლეო X-მა ბრძანა უფრო ზუსტი ცხრილების შედგენა. ეს მოითხოვდა მთვარის, ვარსკვლავებისა და მზის მოძრაობაზე ფრთხილად დაკვირვებას. და ბოლოს, ნიკოლოზ კოპერნიკმა გააცნობიერა: დედამიწა არ არის ბრტყელი და არა სამყაროს ცენტრი. პლანეტა არის ბურთი, რომელიც ბრუნავს მზის გარშემო. მთვარე არის სფერო, რომელიც დედამიწის გარშემო ბრუნავს. რა თქმა უნდა, შეიძლება იკითხოს: „რა კავშირი აქვს ყოველივე ამას რადიაციასთან არის ფიზიკაში? ახლავე გავხსნათ.

ოვალური და სხივი

მოგვიანებით კეპლერმა დაამატა კოპერნიკის სისტემა და დაადგინა, რომ პლანეტები ოვალურ ორბიტაზე მოძრაობენ და ეს მოძრაობა არათანაბარია. მაგრამ ეს იყო პირველი ნაბიჯი, რომელმაც კაცობრიობაში გააჩინა ინტერესი ასტრონომიის მიმართ. და იქ შორს არ იყო კითხვები: "რა არის ვარსკვლავი?", "რატომ ხედავენ ადამიანები მის სხივებს?" და "რით განსხვავდება ერთი მნათობი მეორისგან?". მაგრამ ჯერ უზარმაზარი ობიექტებიდან ყველაზე პატარაზე უნდა გადახვიდეთ. და შემდეგ მივდივართ რადიაციამდე, კონცეფცია ფიზიკაში.

ატომი და ქიშმიში

მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს საკმარისი ცოდნა დაგროვდა მატერიის უმცირესი ქიმიური ერთეულების - ატომების შესახებ. ცნობილია, რომ ისინი ელექტრულად ნეიტრალურია, მაგრამ შეიცავს როგორც დადებითად, ასევე უარყოფითად დამუხტულ ელემენტებს.

მრავალი ვარაუდი წამოაყენეს: როგორც დადებითი მუხტები განაწილებულია უარყოფით ველში, როგორც ქიშმიშის ფუნთუშაში, და რომ ატომი არის ჰეტეროგენულად დამუხტული თხევადი ნაწილების წვეთი. მაგრამ რეზერფორდის გამოცდილებამ ყველაფერი გაარკვია. მან დაამტკიცა, რომ ატომის ცენტრში არის დადებითი მძიმე ბირთვი და მის ირგვლივ განლაგებულია მსუბუქი უარყოფითი ელექტრონები. და თითოეული ატომისთვის ჭურვების კონფიგურაცია განსხვავებულია. სწორედ აქ დევს რადიაციის თავისებურებები ელექტრონული გადასვლების ფიზიკაში.

ბორი და ორბიტა

როდესაც მეცნიერებმა გაარკვიეს, რომ ატომის მსუბუქი უარყოფითი ნაწილები ელექტრონებია, გაჩნდა კიდევ ერთი კითხვა - რატომ არ ეცემა ისინი ბირთვს. ყოველივე ამის შემდეგ, მაქსველის თეორიის თანახმად, ნებისმიერი მოძრავი მუხტი ასხივებს, შესაბამისად, კარგავს ენერგიას. მაგრამ ატომები არსებობენ სამყაროს მანძილზე და არ აპირებდნენ განადგურებას. ბორი მივიდა სამაშველოში. მან დაადგინა, რომ ელექტრონები იმყოფებიან ატომის ბირთვის ირგვლივ ზოგიერთ სტაციონარულ ორბიტაზე და შეიძლება იყოს მხოლოდ მათზე. ელექტრონის ორბიტებს შორის გადასვლა ხდება ჯოხით ენერგიის შთანთქმით ან გამოსხივებით. ეს ენერგია შეიძლება იყოს, მაგალითად, სინათლის კვანტური. სინამდვილეში, ჩვენ ახლა გამოვყავით რადიაციის განმარტება ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში.

წყალბადი და ფოტოგრაფია

თავდაპირველად, ფოტოგრაფიის ტექნოლოგია გამოიგონეს როგორც კომერციული პროექტი. ხალხს საუკუნეების განმავლობაში სურდა დარჩენა, მაგრამ ყველას არ შეეძლო მხატვრის პორტრეტის შეკვეთა. ფოტოები კი იაფი იყო და არ მოითხოვდა ამხელა ინვესტიციას. შემდეგ მინის და ვერცხლის ნიტრატის ხელოვნება სამხედრო მეცნიერების სამსახურში აღმოჩნდა. შემდეგ კი მეცნიერებამ დაიწყო სინათლისადმი მგრძნობიარე მასალების გამოყენება.

უპირველეს ყოვლისა, სპექტრების გადაღება დაიწყო. დიდი ხანია ცნობილია, რომ ცხელი წყალბადი გამოყოფს სპეციფიკურ ხაზებს. მათ შორის მანძილი გარკვეულ კანონს ემორჩილებოდა. მაგრამ ჰელიუმის სპექტრი უფრო რთული იყო: ის შეიცავდა იმავე ხაზებს, როგორც წყალბადს და კიდევ ერთს. მეორე სერია აღარ ემორჩილებოდა პირველი სერიისთვის მომდინარე კანონს. სწორედ აქ გამოვიდა ბორის თეორია.

აღმოჩნდა, რომ წყალბადის ატომში მხოლოდ ერთი ელექტრონია და მას შეუძლია გადაადგილება ყველა უფრო მაღალი აღგზნებული ორბიტიდან ერთ ქვედაზე. ეს იყო ხაზების პირველი სერია. მძიმე ატომები უფრო რთულია.

ობიექტივი, ბადე, სპექტრი

ასე დაიწყო რადიაციის გამოყენება ფიზიკაში. სპექტრული ანალიზი არის ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი და საიმედო მეთოდი ნივთიერების შემადგენლობის, რაოდენობისა და სტრუქტურის დასადგენად.

1. ელექტრონული ემისიის სპექტრი გეტყვით, რას შეიცავს ობიექტში და რამდენი პროცენტია ამა თუ იმ კომპონენტის. ამ მეთოდს იყენებს მეცნიერების აბსოლუტურად ყველა სფერო: ბიოლოგიიდან და მედიცინადან კვანტურ ფიზიკამდე.
2. შთანთქმის სპექტრი გეტყვით, რომელი იონები და რა პოზიციებზე იმყოფებიან მყარი ნივთიერების ქსელში.
3. ბრუნვის სპექტრი აჩვენებს, თუ რა მანძილზეა მოლეკულები ატომის შიგნით, რამდენი და რა სახის ბმა აქვს თითოეულ ელემენტს.

და ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამოყენების დიაპაზონები არ შეიძლება დაითვალოს:

• რადიოტალღები იკვლევენ ძალიან შორეული ობიექტების სტრუქტურას და პლანეტების ინტერიერს;
• თერმული გამოსხივება მოგვითხრობს პროცესების ენერგიაზე;
• ხილული სინათლე გეტყვით, თუ რომელი მიმართულებით დევს ყველაზე კაშკაშა ვარსკვლავები;
• ულტრაიისფერი სხივები ცხადყოფს, რომ მაღალი ენერგიის ურთიერთქმედება მიმდინარეობს;
• თავად რენტგენის სპექტრი საშუალებას აძლევს ადამიანებს შეისწავლონ მატერიის სტრუქტურა (მათ შორის ადამიანის სხეული) და ამ სხივების არსებობა კოსმოსურ ობიექტებში აცნობებს მეცნიერებს, რომ ტელესკოპის ფოკუსი არის ნეიტრონული ვარსკვლავი, სუპერნოვა ან შავი ხვრელი. .

მთლიანად შავი სხეული

მაგრამ არსებობს სპეციალური განყოფილება, რომელიც შეისწავლის რა არის თერმული გამოსხივება ფიზიკაში. ატომისგან განსხვავებით, სინათლის თერმულ გამოსხივებას აქვს უწყვეტი სპექტრი. და საუკეთესო მოდელის ობიექტი გამოთვლებისთვის არის აბსოლუტურად შავი სხეული. ეს არის საგანი, რომელიც „იჭერს“ მასზე დავარდნილ მთელ შუქს, მაგრამ უკან არ ათავისუფლებს. უცნაურად საკმარისია, რომ შავი სხეული ასხივებს და მაქსიმალური ტალღის სიგრძე დამოკიდებული იქნება მოდელის ტემპერატურაზე. კლასიკურ ფიზიკაში თერმული გამოსხივება წარმოქმნიდა პარადოქსს, აღმოჩნდა, რომ ნებისმიერ გაცხელებულ ნივთს უფრო და უფრო მეტი ენერგიის გამოსხივება უწევდა, სანამ ულტრაიისფერი დიაპაზონში მისი ენერგია არ გაანადგურებდა სამყაროს.

მაქს პლანკმა შეძლო პარადოქსის გადაჭრა. მან გამოსხივების ფორმულაში შემოიტანა ახალი რაოდენობა, კვანტი. განსაკუთრებული ფიზიკური მნიშვნელობის მინიჭების გარეშე, მან გახსნა მთელი სამყარო. ახლა რაოდენობების კვანტიზაცია თანამედროვე მეცნიერების საფუძველია. მეცნიერებმა გაიგეს, რომ ველები და ფენომენები შედგება განუყოფელი ელემენტებისაგან, კვანტებისგან. ამან გამოიწვია მატერიის უფრო ღრმა შესწავლა. მაგალითად, თანამედროვე სამყარო ნახევარგამტარებს ეკუთვნის. ადრე ყველაფერი მარტივი იყო: ლითონი ატარებს დენს, დანარჩენი ნივთიერებები დიელექტრიკებია. და ნივთიერებები, როგორიცაა სილიციუმი და გერმანიუმი (მხოლოდ ნახევარგამტარები) გაუგებრად იქცევიან ელექტროენერგიის მიმართ. მათი თვისებების კონტროლის შესასწავლად საჭირო იყო მთელი თეორიის შექმნა და p-n შეერთების ყველა შესაძლებლობის გამოთვლა.

აღგზნებულ მდგომარეობაში მყოფ ყველა ატომს შეუძლია ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება. ამისათვის მათ უნდა გადავიდნენ ძირეულ მდგომარეობაში, რომელშიც მათი შინაგანი ენერგია იძენს. ასეთი გადასვლის პროცესს თან ახლავს ელექტრომაგნიტური ტალღის გამოსხივება. სიგრძიდან გამომდინარე, მას აქვს სხვადასხვა თვისებები. ასეთი გამოსხივების რამდენიმე სახეობა არსებობს.

ხილული სინათლე

ტალღის სიგრძე არის უმოკლეს მანძილი თანაბარი ფაზების ზედაპირს შორის. ხილული სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომლებიც შეიძლება აღიქვას ადამიანის თვალით. სინათლის ტალღის სიგრძე მერყეობს 340 ნანომეტრიდან (იისფერი შუქი) 760 ნანომეტრამდე (წითელი შუქი). ყველაზე უკეთ, ადამიანის თვალი გრძნობს სპექტრის ყვითელ-მწვანე რეგიონს.

ინფრაწითელი გამოსხივება

ყველაფერი, რაც აკრავს ადამიანს, მათ შორის საკუთარ თავს, არის ინფრაწითელი ან თერმული გამოსხივების წყარო (ტალღის სიგრძე 0,5 მმ-მდე). ატომები ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ამ დიაპაზონში, როდესაც ისინი შემთხვევით ეჯახებიან ერთმანეთს. ყოველი შეჯახებისას მათი კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად. ატომი აღფრთოვანებულია და ასხივებს ტალღებს ინფრაწითელ დიაპაზონში.

ინფრაწითელი გამოსხივების მხოლოდ მცირე ნაწილი აღწევს დედამიწის ზედაპირს მზისგან. 80%-მდე შეიწოვება ჰაერის მოლეკულებით და განსაკუთრებით ნახშირორჟანგით, რაც იწვევს სათბურის ეფექტს.

Ულტრაიისფერი გამოსხივება

ულტრაიისფერი გამოსხივების ტალღის სიგრძე გაცილებით მოკლეა ვიდრე ინფრაწითელი. მზის სპექტრში ასევე არის ულტრაიისფერი კომპონენტი, მაგრამ ის დაბლოკილია დედამიწის ოზონის შრით და არ აღწევს მის ზედაპირს. ასეთი გამოსხივება ძალიან საზიანოა ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის.

ულტრაიისფერი გამოსხივების სიგრძე რეგიონში 10-დან 740 ნანომეტრამდეა. მისი ეს მცირე ნაწილი, რომელიც ხილულ სინათლესთან ერთად აღწევს დედამიწის ზედაპირს, იწვევს გარუჯვას ადამიანებში, როგორც კანის დამცავი რეაქცია მავნე ზემოქმედებაზე.

რადიო ტალღები

1,5 კმ-მდე სიგრძის რადიოტალღების დახმარებით შესაძლებელია ინფორმაციის გადაცემა. იგი გამოიყენება რადიოებსა და ტელევიზიებში. ასეთი დიდი სიგრძე მათ საშუალებას აძლევს, მოიხვიონ დედამიწის ზედაპირის გარშემო. უმოკლეს რადიოტალღები შეიძლება აისახოს ატმოსფეროს ზედა ფენებიდან და მიაღწიოს სადგურებს, რომლებიც მდებარეობს დედამიწის მოპირდაპირე მხარეს.

გამა სხივები

გამა სხივები კლასიფიცირდება, როგორც განსაკუთრებით მძიმე ულტრაიისფერი გამოსხივება. ისინი წარმოიქმნება ატომური ბომბის აფეთქების დროს, ასევე ვარსკვლავების ზედაპირზე მიმდინარე პროცესების დროს. ეს გამოსხივება საზიანოა ცოცხალი ორგანიზმებისთვის, მაგრამ დედამიწის მაგნიტოსფერო მათ არ უშვებს. გამა სხივების ფოტონებს აქვთ ზემაღალი ენერგია.

მაიონებელი გამოსხივების სახეები

მაიონებელი გამოსხივება (IR) -ელემენტარული ნაწილაკების (ელექტრონები, პოზიტრონები, პროტონები, ნეიტრონები) და ელექტრომაგნიტური ენერგიის კვანტების ნაკადები, რომელთა გავლა ნივთიერებაში იწვევს იონიზაციას (სხვადასხვა პოლარობის იონების წარმოქმნას) და მისი ატომებისა და მოლეკულების აგზნებას. იონიზაცია -ნეიტრალური ატომების ან მოლეკულების გარდაქმნა ელექტრულად დამუხტულ ნაწილებად - იონებში. bII ეცემა დედამიწაზე კოსმოსური სხივების სახით, წარმოიქმნება ატომის ბირთვების რადიოაქტიური დაშლის შედეგად (απ β-ნაწილაკები, γ- და რენტგენის სხივები) , იქმნება ხელოვნურად დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლებზე. პრაქტიკული ინტერესია IR-ის ყველაზე გავრცელებული ტიპები - a- და β- ნაწილაკების ნაკადები, γ-გამოსხივება, რენტგენის სხივები და ნეიტრონული ნაკადები.

ალფა გამოსხივება(ა) - დადებითად დამუხტული ნაწილაკების - ჰელიუმის ბირთვების ნაკადი. ამჟამად ცნობილია 120-ზე მეტი ხელოვნური და ბუნებრივი ალფა-რადიოაქტიური ბირთვი, რომლებიც α-ნაწილაკის გამოსხივებით კარგავენ 2 პროტონს და 2 ნეიტრონს. დაშლის დროს ნაწილაკების სიჩქარე 20 ათასი კმ/წმ-ია. ამავდროულად, α-ნაწილაკებს აქვთ ყველაზე დაბალი შეღწევადობის უნარი, მათი ბილიკის სიგრძე (დაშორება წყაროდან შთანთქმამდე) სხეულში არის 0,05 მმ, ჰაერში - 8–10 სმ. ისინი ქაღალდის ფურცელშიც კი ვერ გაივლიან. , მაგრამ იონიზაციის სიმკვრივე ერთეულზე დიაპაზონში ძალიან დიდია (1 სმ-ით ათიათასობით წყვილამდე), ამიტომ ამ ნაწილაკებს აქვთ ყველაზე მაღალი მაიონებელი უნარი და საშიშია სხეულის შიგნით.

ბეტა გამოსხივება(β) არის უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების ნაკადი. ამჟამად ცნობილია დაახლოებით 900 ბეტა რადიოაქტიური იზოტოპი. β-ნაწილაკების მასა რამდენიმე ათეული ათასი ჯერ ნაკლებია α-ნაწილაკებზე, მაგრამ მათ აქვთ უფრო დიდი შეღწევის ძალა. მათი სიჩქარე 200-300 ათასი კმ/წმ-ია. წყაროდან ჰაერში ნაკადის ბილიკის სიგრძეა 1800 სმ, ადამიანის ქსოვილებში - 2,5 სმ. β- ნაწილაკები მთლიანად ინარჩუნებს მყარი მასალებით (3,5 მმ ალუმინის ფირფიტა, ორგანული მინა); მათი მაიონებელი უნარი 1000-ჯერ ნაკლებია α-ნაწილაკების.

გამა გამოსხივება(γ) - ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ტალღის სიგრძით 1 10 -7 მ-დან 1 10 -14 მ-მდე; გამოიყოფა მატერიაში სწრაფი ელექტრონების შენელების დროს. იგი წარმოიქმნება რადიოაქტიური ნივთიერებების უმეტესობის დაშლის შედეგად და აქვს მაღალი შეღწევადობის ძალა; ვრცელდება სინათლის სიჩქარით. ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში γ-სხივები არ არის გადახრილი. ამ გამოსხივებას აქვს უფრო დაბალი მაიონებელი ძალა, ვიდრე a- და β- გამოსხივება, რადგან იონიზაციის სიმკვრივე სიგრძის ერთეულზე ძალიან დაბალია.

რენტგენის გამოსხივებაშეიძლება მიღებულ იქნას სპეციალურ რენტგენის მილებში, ელექტრონების ამაჩქარებლებში, მატერიაში სწრაფი ელექტრონების შენელების დროს და ატომის გარე ელექტრონული გარსებიდან შიდაზე ელექტრონების გადასვლისას, როდესაც იქმნება იონები. რენტგენის სხივებს, ისევე როგორც γ- გამოსხივებას, აქვს დაბალი მაიონებელი უნარი, მაგრამ დიდი შეღწევის სიღრმე.

ნეიტრონები -ატომის ბირთვის ელემენტარული ნაწილაკები, მათი მასა 4-ჯერ ნაკლებია α-ნაწილაკების მასაზე. მათი სიცოცხლე დაახლოებით 16 წუთია. ნეიტრონებს არ აქვთ ელექტრული მუხტი. ჰაერში ნელი ნეიტრონების ბილიკის სიგრძე დაახლოებით 15 მ-ია, ბიოლოგიურ გარემოში - 3 სმ; სწრაფი ნეიტრონებისთვის, შესაბამისად, 120 მ და 10 სმ. ამ უკანასკნელებს აქვთ მაღალი შეღწევადობა და უდიდეს საფრთხეს წარმოადგენენ.

მაიონებელი გამოსხივების ორი ტიპი არსებობს:

კორპუსკულური, რომელიც შედგება არანულოვანი დასვენების მასის მქონე ნაწილაკებისგან (α-, β- და ნეიტრონული გამოსხივება);

ელექტრომაგნიტური (γ- და რენტგენის გამოსხივება) - ძალიან მოკლე ტალღის სიგრძით.

მაიონებელი გამოსხივების ზემოქმედების შესაფასებლად ნებისმიერ ნივთიერებასა და ცოცხალ ორგანიზმზე გამოიყენება სპეციალური რაოდენობა - რადიაციის დოზები.მაიონებელი გამოსხივებისა და გარემოს ურთიერთქმედების მთავარი მახასიათებელია იონიზაციის ეფექტი. რადიაციული დოზიმეტრიის განვითარების საწყის პერიოდში ყველაზე ხშირად საჭირო იყო ჰაერში გავრცელებულ რენტგენთან გამკლავება. ამიტომ რენტგენის მილების ან აპარატების ჰაერის იონიზაციის ხარისხი გამოიყენებოდა რადიაციული ველის რაოდენობრივ საზომად. რაოდენობრივ ზომას, რომელიც დაფუძნებულია მშრალი ჰაერის იონიზაციის ოდენობაზე ნორმალურ ატმოსფერულ წნევაზე, რომლის გაზომვაც საკმაოდ მარტივია, ეწოდება ექსპოზიციის დოზა.

ექსპოზიციის დოზაგანსაზღვრავს რენტგენისა და γ-სხივების მაიონებელ შესაძლებლობებს და გამოხატავს რადიაციულ ენერგიას, რომელიც გარდაიქმნება დამუხტული ნაწილაკების კინეტიკურ ენერგიად ატმოსფერული ჰაერის მასის ერთეულზე. ექსპოზიციის დოზა არის ჰაერის ელემენტარულ მოცულობაში ერთი და იგივე ნიშნის ყველა იონის მთლიანი მუხტის თანაფარდობა ამ მოცულობის ჰაერის მასასთან. SI სისტემაში ექსპოზიციის დოზის ერთეული არის კულონი გაყოფილი კილოგრამზე (C/kg). სისტემის გარეშე ერთეული არის რენტგენი (R). 1 ც/კგ = 3880 რ. მაიონებელი გამოსხივების ცნობილი ტიპების დიაპაზონის გაფართოებით და მისი გამოყენების ფარგლებით, აღმოჩნდა, რომ ნივთიერებაზე მაიონებელი გამოსხივების ზემოქმედების ზომა არ შეიძლება უბრალოდ განისაზღვროს სირთულის გამო. და ამ შემთხვევაში მიმდინარე პროცესების მრავალფეროვნება. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანი, რომელიც იწვევს დასხივებულ ნივთიერებაში ფიზიკურ-ქიმიურ ცვლილებებს და იწვევს გარკვეულ რადიაციულ ეფექტს, არის ნივთიერების მიერ მაიონებელი გამოსხივების ენერგიის შეწოვა. შედეგად წარმოიშვა აბსორბირებული დოზის კონცეფცია.

აბსორბირებული დოზაგვიჩვენებს რა რადიაციის ენერგია შეიწოვება რომელიმე დასხივებული ნივთიერების მასის ერთეულზე და განისაზღვრება მაიონებელი გამოსხივების შთანთქმის ენერგიის ნივთიერების მასასთან თანაფარდობით. აბსორბირებული დოზის SI ერთეული არის ნაცრისფერი (Gy). 1 Gy არის ისეთი დოზა, რომლის დროსაც მაიონებელი გამოსხივების ენერგია 1 ჯ გადადის 1 კგ მასაზე, შთანთქმის დოზის არასისტემური ერთეული არის რად. 1 Gy = 100 რად. ცოცხალი ქსოვილების დასხივების ინდივიდუალური ეფექტების შესწავლამ აჩვენა, რომ ერთი და იგივე შთანთქმის დოზებით, სხვადასხვა სახის გამოსხივება აწარმოებს განსხვავებულ ბიოლოგიურ ეფექტს სხეულზე. ეს გამოწვეულია იმით, რომ უფრო მძიმე ნაწილაკი (მაგალითად, პროტონი) ქსოვილში ერთეულ გზაზე მეტ იონს წარმოქმნის, ვიდრე მსუბუქი (მაგალითად, ელექტრონი). იგივე აბსორბირებული დოზით, რაც უფრო მაღალია რადიობიოლოგიური დესტრუქციული ეფექტი, მით უფრო მკვრივია გამოსხივების მიერ შექმნილი იონიზაცია. ამ ეფექტის გასათვალისწინებლად დაინერგა ეკვივალენტური დოზის კონცეფცია.

დოზის ექვივალენტიგამოითვლება აბსორბირებული დოზის მნიშვნელობის გამრავლებით სპეციალურ კოეფიციენტზე - ფარდობითი ბიოლოგიური ეფექტურობის კოეფიციენტზე (RBE) ან ხარისხის ფაქტორზე. კოეფიციენტების მნიშვნელობები სხვადასხვა ტიპის გამოსხივებისთვის მოცემულია ცხრილში. 7.

ცხრილი 7

ფარდობითი ბიოლოგიური ეფექტურობის კოეფიციენტი სხვადასხვა ტიპის გამოსხივებისთვის

ექვივალენტური დოზის SI ერთეული არის სივერტი (Sv). 1 Sv-ის მნიშვნელობა უდრის ნებისმიერი ტიპის გამოსხივების ექვივალენტურ დოზას, რომელიც შეიწოვება 1 კგ ბიოლოგიურ ქსოვილში და ქმნის იგივე ბიოლოგიურ ეფექტს, როგორც 1 Gy ფოტონის გამოსხივების აბსორბირებული დოზა. ექვივალენტური დოზის სისტემური ერთეული არის rem (რადის ბიოლოგიური ეკვივალენტი). 1 Sv = 100 rem. ზოგიერთი ადამიანის ორგანო და ქსოვილი უფრო მგრძნობიარეა რადიაციის ზემოქმედების მიმართ, ვიდრე სხვები: მაგალითად, იგივე ექვივალენტური დოზით, ფილტვებში კიბოს გაჩენა უფრო სავარაუდოა, ვიდრე ფარისებრი ჯირკვალში და განსაკუთრებით საშიშია სასქესო ჯირკვლების დასხივება. გენეტიკური დაზიანების რისკის გამო. ამიტომ, სხვადასხვა ორგანოებისა და ქსოვილების რადიაციული დოზები მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული განსხვავებული კოეფიციენტით, რომელსაც რადიაციული რისკის კოეფიციენტი ეწოდება. გავამრავლოთ ექვივალენტური დოზის მნიშვნელობა რადიაციული რისკის შესაბამის კოეფიციენტზე და შევაჯამოთ იგი ყველა ქსოვილსა და ორგანოზე, მივიღებთ ეფექტური დოზა,ასახავს სხეულზე მთლიან ეფექტს. შეწონილი კოეფიციენტები დადგენილია ემპირიულად და გამოითვლება ისე, რომ მათი ჯამი მთელი ორგანიზმისთვის არის ერთი. ეფექტური დოზის ერთეულები იგივეა, რაც ექვივალენტური დოზის ერთეულები. იგი ასევე იზომება სივერტებში ან რემებში.

მაიონებელი გამოსხივება არის სხვადასხვა სახის მიკრონაწილაკებისა და ფიზიკური ველების ერთობლიობა, რომლებსაც აქვთ ნივთიერების იონიზაციის უნარი, ანუ მასში ელექტრული დამუხტული ნაწილაკების – იონების წარმოქმნა.

ნაწილი III. სიცოცხლის უსაფრთხოების მენეჯმენტი და მისი უზრუნველყოფის ეკონომიკური მექანიზმები

მაიონებელი გამოსხივების რამდენიმე სახეობა არსებობს: ალფა, ბეტა, გამა და ნეიტრონული გამოსხივება.

ალფა გამოსხივება

დადებითად დამუხტული ალფა ნაწილაკების ფორმირებაში მონაწილეობს 2 პროტონი და 2 ნეიტრონი, რომლებიც ჰელიუმის ბირთვების ნაწილია. ალფა ნაწილაკები წარმოიქმნება ატომის ბირთვის დაშლის დროს და შეიძლება ჰქონდეს საწყისი კინეტიკური ენერგია 1,8-დან 15 მევ-მდე. ალფა გამოსხივების დამახასიათებელი ნიშნებია მაღალი მაიონებელი და დაბალი შეღწევადობა. გადაადგილებისას ალფა ნაწილაკები ძალიან სწრაფად კარგავენ ენერგიას და ეს იწვევს იმ ფაქტს, რომ თხელი პლასტმასის ზედაპირების გადალახვაც კი არ არის საკმარისი. ზოგადად, ალფა ნაწილაკებით გარეგანი დასხივება, თუ არ ჩავთვლით ამაჩქარებლის გამოყენებით მიღებულ მაღალენერგიულ ალფა ნაწილაკებს, არანაირ ზიანს არ აყენებს ადამიანს, მაგრამ ნაწილაკების ორგანიზმში შეღწევა შეიძლება სახიფათო იყოს ჯანმრთელობისთვის, ვინაიდან ალფა რადიონუკლიდებს აქვთ ხანგრძლივი ნახევარგამოყოფის პერიოდი და ძლიერ იონიზირებულია. გადაყლაპვის შემთხვევაში, ალფა ნაწილაკები ხშირად უფრო საშიშია, ვიდრე ბეტა და გამა გამოსხივება.

ბეტა გამოსხივება

დამუხტული ბეტა ნაწილაკები, რომელთა სიჩქარე ახლოსაა სინათლის სიჩქარესთან, წარმოიქმნება ბეტა დაშლის შედეგად. ბეტა სხივები უფრო გამჭოლია ვიდრე ალფა სხივები - მათ შეუძლიათ გამოიწვიონ ქიმიური რეაქციები, ლუმინესცენცია, აირების იონიზირება და გავლენა მოახდინოს ფოტოგრაფიულ ფირფიტებზე. დამუხტული ბეტა ნაწილაკების ნაკადისგან დაცვად (ენერგია არაუმეტეს 1 მევ), საკმარისი იქნება 3-5 მმ სისქის ჩვეულებრივი ალუმინის ფირფიტის გამოყენება.

ფოტონური გამოსხივება: გამა გამოსხივება და რენტგენის სხივები

ფოტონური გამოსხივება მოიცავს ორ სახეობას: რენტგენს (შეიძლება იყოს bremsstrahlung და დამახასიათებელი) და გამა გამოსხივება.

ფოტონის გამოსხივების ყველაზე გავრცელებული ფორმა არის ძალიან მაღალი ენერგია ულტრამოკლე ტალღის სიგრძის გამა ნაწილაკებზე, რომლებიც წარმოადგენენ მაღალი ენერგიის, უბრალო ფოტონების ნაკადს. ალფა და ბეტა სხივებისგან განსხვავებით, გამა ნაწილაკები არ არის გადახრილი მაგნიტური და ელექტრული ველებით და აქვთ ბევრად უფრო დიდი შეღწევის ძალა. გარკვეული რაოდენობით და ექსპოზიციის გარკვეული ხანგრძლივობით გამა გამოსხივებამ შეიძლება გამოიწვიოს რადიაციული დაავადება და გამოიწვიოს სხვადასხვა ონკოლოგიური დაავადებები. მხოლოდ ისეთ მძიმე ქიმიურ ელემენტებს, როგორიცაა, მაგალითად, ტყვია, გაფუჭებული ურანი და ვოლფრამი, შეუძლია ხელი შეუშალოს გამა ნაწილაკების ნაკადის გავრცელებას.

ნეიტრონული გამოსხივება

ნეიტრონული გამოსხივების წყარო შეიძლება იყოს ბირთვული აფეთქებები, ბირთვული რეაქტორები, ლაბორატორიული და სამრეწველო დანადგარები.

ნეიტრონები თავად არიან ელექტრულად ნეიტრალური, არასტაბილური (თავისუფალი ნეიტრონის ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 10 წუთია) ნაწილაკები, რომლებიც მუხტის არქონის გამო ხასიათდებიან მაღალი შეღწევადობით მატერიასთან ურთიერთქმედების დაბალი ხარისხით. ნეიტრონული გამოსხივება ძალზე საშიშია, ამიტომ მისგან დასაცავად გამოიყენება მთელი რიგი სპეციალური, ძირითადად წყალბადის შემცველი მასალა. რაც მთავარია, ნეიტრონული გამოსხივება შეიწოვება ჩვეულებრივი წყლის, პოლიეთილენის, პარაფინის და მძიმე ლითონის ჰიდროქსიდების ხსნარებით.

როგორ მოქმედებს მაიონებელი გამოსხივება ნივთიერებებზე?

ყველა სახის მაიონებელი გამოსხივება გარკვეულწილად გავლენას ახდენს სხვადასხვა ნივთიერებებზე, მაგრამ ის ყველაზე გამოხატულია გამა ნაწილაკებსა და ნეიტრონებში. ასე რომ, გახანგრძლივებული ზემოქმედებით, მათ შეუძლიათ მნიშვნელოვნად შეცვალონ სხვადასხვა მასალის თვისებები, შეცვალონ ნივთიერებების ქიმიური შემადგენლობა, იონიზაცია მოახდინონ დიელექტრიკებზე და ჰქონდეთ დესტრუქციული ეფექტი ბიოლოგიურ ქსოვილებზე. ბუნებრივი რადიაციული ფონი დიდ ზიანს არ მოუტანს ადამიანს, თუმცა მაიონებელი გამოსხივების ხელოვნურ წყაროებთან მუშაობისას ძალიან ფრთხილად უნდა იყოთ და მიიღოთ ყველა საჭირო ზომა, რათა მინიმუმამდე დაიყვანოთ სხეულზე რადიაციის ზემოქმედების დონე.

მაიონებელი გამოსხივების სახეები და მათი თვისებები

მაიონებელი გამოსხივება არის ნაწილაკებისა და ელექტრომაგნიტური კვანტების ნაკადი, რის შედეგადაც გარემოზე წარმოიქმნება განსხვავებულად დამუხტული იონები.

სხვადასხვა სახის გამოსხივებას თან ახლავს გარკვეული რაოდენობის ენერგიის გამოყოფა და აქვს განსხვავებული შეღწევადობა, ამიტომ მათ სხეულზე სხვადასხვა ეფექტი აქვთ. ადამიანისთვის ყველაზე დიდ საფრთხეს წარმოადგენს რადიოაქტიური გამოსხივება, როგორიცაა y-, რენტგენი, ნეიტრონი, a- და b- გამოსხივება.

რენტგენი და y- გამოსხივება არის კვანტური ენერგიის ნაკადები. გამა სხივებს უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე აქვთ, ვიდრე რენტგენის სხივებს. მათი ბუნებით და თვისებებით ეს გამოსხივებები დიდად არ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან, აქვთ მაღალი შეღწევადობა, გავრცელების სისწორე და უნარი შექმნან მეორადი და გაფანტული გამოსხივება მედიაში, რომლითაც ისინი გადიან. თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ რენტგენის სხივები, ჩვეულებრივ, ელექტრონულად იწარმოება, y- სხივები გამოიყოფა არასტაბილური ან რადიოაქტიური იზოტოპებით.

მაიონებელი გამოსხივების დარჩენილი ტიპები არის მატერიის სწრაფად მოძრავი ნაწილაკები (ატომები), რომელთაგან ზოგი ატარებს ელექტრულ მუხტს, ზოგი კი არა.

ნეიტრონები ერთადერთი დაუმუხტი ნაწილაკებია, რომლებიც წარმოიქმნება ნებისმიერი რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის შედეგად, პროტონის მასის ტოლი. ვინაიდან ეს ნაწილაკები ელექტრონულად ნეიტრალურია, ისინი ღრმად აღწევენ ნებისმიერ ნივთიერებაში, მათ შორის ცოცხალ ქსოვილებში. ნეიტრონები არის ძირითადი ნაწილაკები, საიდანაც აგებულია ატომების ბირთვები.

მატერიაში გავლისას ისინი ურთიერთქმედებენ მხოლოდ ატომების ბირთვებთან, გადასცემენ მათ ენერგიის ნაწილს და თავად იცვლიან მოძრაობის მიმართულებას. ატომების ბირთვები ელექტრონული გარსიდან „ხტუნდებიან“ და ნივთიერების გავლით წარმოქმნიან იონიზაციას.

ელექტრონები არის მსუბუქი უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები, რომლებიც არსებობს ყველა სტაბილურ ატომში. ელექტრონები ძალიან ხშირად გამოიყენება მატერიის რადიოაქტიური დაშლის დროს და შემდეგ მათ β- ნაწილაკებს უწოდებენ. მათი მიღება ასევე შესაძლებელია ლაბორატორიაში. მატერიაში გავლისას ელექტრონების დაკარგული ენერგია იხარჯება აგზნებასა და იონიზაციაზე, ასევე ბრემსტრაჰლუნგის წარმოქმნაზე.

ალფა ნაწილაკები ჰელიუმის ატომების ბირთვებია, ორბიტალური ელექტრონების გარეშე და შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. მათ აქვთ დადებითი მუხტი, შედარებით მძიმეა და ნივთიერებაში გავლისას წარმოქმნიან მაღალი სიმკვრივის ნივთიერების იონიზაციას.

ჩვეულებრივ, ალფა ნაწილაკები გამოიყოფა ბუნებრივი მძიმე ელემენტების (რადიუმი, თორიუმი, ურანი, პოლონიუმი და ა.შ.) რადიოაქტიური დაშლის დროს.

დამუხტული ნაწილაკები (ჰელიუმის ატომების ელექტრონები და ბირთვები), რომლებიც გადიან ნივთიერებას, ურთიერთქმედებენ ატომების ელექტრონებთან, კარგავენ შესაბამისად 35 და 34 ევ. ამ შემთხვევაში ენერგიის ერთი ნახევარი იხარჯება იონიზაციაზე (ელექტრონის გამოყოფა ატომიდან), ხოლო მეორე ნახევარი ატომებისა და გარემოს მოლეკულების აგზნებაზე (ელექტრონის გადატანა ბირთვიდან უფრო დაშორებულ გარსზე). ).

იონიზებული და აღგზნებული ატომების რაოდენობა, რომლებიც წარმოიქმნება a-ნაწილაკით ერთეულში ბილიკის სიგრძის გარემოში, ასობით ჯერ მეტია, ვიდრე p-ნაწილაკი (ცხრილი 5.1).

ცხრილი 5.1. სხვადასხვა ენერგიის a- და b- ნაწილაკების დიაპაზონი კუნთოვან ქსოვილში

ნაწილაკების ენერგია, MeV	გარბენი, მიკრონი	ნაწილაკების ენერგია, MeV	გარბენი, მიკრონი	ნაწილაკების ენერგია, MeV	გარბენი, მიკრონი
	—

ეს განპირობებულია იმით, რომ a-ნაწილაკის მასა დაახლოებით 7000-ჯერ აღემატება ბეტა ნაწილაკების მასას, შესაბამისად, ამავე ენერგიით, მისი სიჩქარე გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე ბეტა ნაწილაკის.

რადიოაქტიური დაშლის დროს გამოსხივებული α-ნაწილაკების სიჩქარე დაახლოებით 20 ათასი კმ/წმ-ია, ხოლო β-ნაწილაკების სიჩქარე ახლოს არის სინათლის სიჩქარესთან და შეადგენს 200...270 ათას კმ/წმ. აშკარაა, რომ რაც უფრო დაბალია ნაწილაკის სიჩქარე, მით მეტია მისი ურთიერთქმედების ალბათობა გარემოს ატომებთან და, შესაბამისად, მეტი ენერგიის დანაკარგი ერთეულ გზაზე გარემოში, რაც ნიშნავს, რომ მით უფრო დაბალია დიაპაზონი. მაგიდიდან. 5.1 აქედან გამომდინარეობს, რომ კუნთოვან ქსოვილში a-ნაწილაკების დიაპაზონი 1000-ჯერ ნაკლებია იმავე ენერგიის β- ნაწილაკების დიაპაზონზე.

როდესაც მაიონებელი გამოსხივება გადის ცოცხალ ორგანიზმებში, ის თავის ენერგიას ბიოლოგიურ ქსოვილებსა და უჯრედებში არათანაბრად გადასცემს. შედეგად, ქსოვილების მიერ შთანთქმული ენერგიის მცირე რაოდენობის მიუხედავად, ცოცხალი ნივთიერების ზოგიერთი უჯრედი მნიშვნელოვნად დაზიანდება. უჯრედებსა და ქსოვილებში ლოკალიზებული მაიონებელი გამოსხივების მთლიანი ეფექტი წარმოდგენილია ცხრილში. 5.2.

ცხრილი 5.2. მაიონებელი გამოსხივების ბიოლოგიური ეფექტი

ზემოქმედების ბუნება	გავლენის ეტაპები		ზემოქმედების ეფექტი
რადიაციის პირდაპირი მოქმედება		10 -24 … 10 -4 წ 10 16 …10 8 წმ	ენერგიის შთანთქმა. საწყისი ურთიერთქმედებები. რენტგენი და y- გამოსხივება, ნეიტრონები ელექტრონები, პროტონები, a-ნაწილაკები
		10 -12 … 10 -8 წმ	ფიზიკურ-ქიმიური ეტაპი. ენერგიის გადაცემა იონიზაციის სახით პირველად ტრაექტორიაზე. იონიზებული და ელექტრონულად აღგზნებული მოლეკულები
		10 7 …10 5 წმ, რამდენიმე საათი	ქიმიური დაზიანება. ჩემი მოქმედებით. არაპირდაპირი მოქმედება. თავისუფალი რადიკალები წყლისგან. მოლეკულის აგზნება თერმულ წონასწორობამდე
რადიაციის არაპირდაპირი ეფექტი		მიკროწამები, წამები, წუთები, რამდენიმე საათი	ბიომოლეკულური დაზიანება. ცილის მოლეკულების, ნუკლეინის მჟავების ცვლილებები მეტაბოლური პროცესების გავლენის ქვეშ
		წუთები, საათები, კვირები	ადრეული ბიოლოგიური და ფიზიოლოგიური ეფექტები. ბიოქიმიური დაზიანება. უჯრედების სიკვდილი, ცალკეული ცხოველების სიკვდილი
		წლები, საუკუნეები	გრძელვადიანი ბიოლოგიური ეფექტები მუდმივი დისფუნქცია. მაიონებელი გამოსხივება გენეტიკური მუტაციები, გავლენა შთამომავლობაზე. სომატური ეფექტები: კიბო, ლეიკემია, სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირება, ორგანიზმის სიკვდილი

პირველადი გამოსხივება-ქიმიური ცვლილებები მოლეკულებში შეიძლება დაფუძნდეს ორ მექანიზმზე: 1) პირდაპირი მოქმედება, როდესაც მოცემული მოლეკულა განიცდის ცვლილებებს (იონიზაცია, აგზნება) უშუალოდ რადიაციასთან ურთიერთქმედებისას; 2) არაპირდაპირი მოქმედება, როდესაც მოლეკულა პირდაპირ არ შთანთქავს მაიონებელი გამოსხივების ენერგიას, არამედ იღებს მას სხვა მოლეკულიდან გადატანით.

ცნობილია, რომ ბიოლოგიურ ქსოვილში მასის 60...70% წყალია. აქედან გამომდინარე, განვიხილოთ განსხვავება რადიაციის პირდაპირ და არაპირდაპირ ეფექტებს შორის წყლის დასხივების მაგალითის გამოყენებით.

დავუშვათ, რომ წყლის მოლეკულა იონიზებულია დამუხტული ნაწილაკით, რის შედეგადაც ის კარგავს ელექტრონს:

H2O -> H20+e - .

იონიზებული წყლის მოლეკულა რეაგირებს სხვა ნეიტრალურ წყლის მოლეკულასთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება უაღრესად რეაქტიული OH ჰიდროქსილის რადიკალი:

H2O + H2O -> H3O + + OH *.

გამოდევნილი ელექტრონი ასევე ძალიან სწრაფად გადასცემს ენერგიას გარემომცველი წყლის მოლეკულებს და ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება უაღრესად აღგზნებული წყლის მოლეკულა H2O*, რომელიც იშლება და წარმოქმნის ორ რადიკალს, H* და OH*:

H2O + e- -> H2O*H' + OH'.

თავისუფალი რადიკალები შეიცავს დაუწყვილებელ ელექტრონებს და ძალიან რეაქტიულები არიან. წყალში მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა არ აღემატება 10-5 წმ. ამ დროის განმავლობაში ისინი ან უერთდებიან ერთმანეთს ან რეაგირებენ დაშლილ სუბსტრატთან.

წყალში გახსნილი ჟანგბადის თანდასწრებით, წარმოიქმნება სხვა რადიოლიზის პროდუქტებიც: ჰიდროპეროქსიდის HO2 თავისუფალი რადიკალი, წყალბადის ზეჟანგი H2O2 და ატომური ჟანგბადი:

H * + O2 -> HO2;
HO*2 + HO2 -> H2O2 +20.

ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედში სიტუაცია ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე წყლის დასხივების შემთხვევაში, განსაკუთრებით მაშინ, თუ შთამნთქმელი ნივთიერება დიდი და მრავალკომპონენტიანი ბიოლოგიური მოლეკულაა. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ორგანული რადიკალები D*, რომლებიც ასევე ხასიათდებიან უკიდურესად მაღალი რეაქტიულობით. დიდი რაოდენობით ენერგიით, მათ შეუძლიათ ადვილად გამოიწვიოს ქიმიური ბმების გაწყვეტა. სწორედ ეს პროცესი ხდება ყველაზე ხშირად იონური წყვილების წარმოქმნასა და საბოლოო ქიმიური პროდუქტების წარმოქმნას შორის ინტერვალში.

გარდა ამისა, ბიოლოგიურ ეფექტს აძლიერებს ჟანგბადის გავლენა. მაღალრეაქტიული პროდუქტი DO2* (D* + O2 -> DO2*), რომელიც ასევე წარმოიქმნება თავისუფალი რადიკალის ჟანგბადთან ურთიერთქმედების შედეგად, იწვევს დასხივებულ სისტემაში ახალი მოლეკულების წარმოქმნას.

თავისუფალი რადიკალები და ჟანგვითი აგენტის მოლეკულები, რომლებიც წარმოიქმნება წყლის რადიოლიზის პროცესში, მაღალი ქიმიური აქტივობით, შედის ქიმიურ რეაქციებში ცილის მოლეკულებთან, ფერმენტებთან და ბიოლოგიური ქსოვილის სხვა სტრუქტურულ ელემენტებთან, რაც იწვევს ორგანიზმში ბიოლოგიური პროცესების ცვლილებას. შედეგად ირღვევა მეტაბოლური პროცესები, ითრგუნება ფერმენტული სისტემების აქტივობა, შენელდება და ჩერდება ქსოვილების ზრდა, ჩნდება ახალი ქიმიური ნაერთები, რომლებიც ორგანიზმისთვის არ არის დამახასიათებელი – ტოქსინები. ეს იწვევს ცალკეული სისტემების ან მთლიანად ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობის დარღვევას.

თავისუფალი რადიკალების მიერ გამოწვეული ქიმიური რეაქციები მოიცავს ასობით და ათასობით მოლეკულას, რომლებზეც რადიაცია არ მოქმედებს. ეს არის მაიონებელი გამოსხივების მოქმედების სპეციფიკა ბიოლოგიურ ობიექტებზე. არცერთი სხვა ტიპის ენერგია (თერმული, ელექტრო და ა.შ.), რომელიც შეიწოვება ბიოლოგიური ობიექტის მიერ იმავე რაოდენობით, არ იწვევს ისეთ ცვლილებებს, როგორსაც მაიონებელი გამოსხივება იწვევს.

ადამიანის სხეულზე რადიაციის ზემოქმედების არასასურველი რადიაციული ეფექტები პირობითად იყოფა სომატურ (სომა - ბერძნულად "სხეული") და გენეტიკურ (მემკვიდრეობით).

სომატური ეფექტები ვლინდება უშუალოდ თავად დასხივებულ ადამიანში, გენეტიკური კი მის შთამომავლობაში.

გასული ათწლეულების განმავლობაში, ადამიანის მიერ შეიქმნა ხელოვნური რადიონუკლიდების დიდი რაოდენობა, რომელთა გამოყენება დამატებით დატვირთვას წარმოადგენს დედამიწის ბუნებრივ რადიაციულ ფონზე და ზრდის ადამიანების რადიაციის დოზას. მაგრამ, რომელიც მიმართულია ექსკლუზიურად მშვიდობიანი გამოყენებისკენ, მაიონებელი გამოსხივება სასარგებლოა ადამიანისთვის და დღეს ძნელია მიუთითოთ ცოდნის სფერო ან ეროვნული ეკონომიკა, რომელიც არ იყენებს რადიონუკლიდებს ან მაიონებელი გამოსხივების სხვა წყაროებს. 21-ე საუკუნის დასაწყისისთვის „მშვიდობიანმა ატომმა“ იპოვა თავისი გამოყენება მედიცინაში, მრეწველობაში, სოფლის მეურნეობაში, მიკრობიოლოგიაში, ენერგეტიკაში, კოსმოსის კვლევაში და სხვა სფეროებში.

გამოსხივების სახეები და მაიონებელი გამოსხივების ურთიერთქმედება მატერიასთან

ბირთვული ენერგიის გამოყენება გახდა სასიცოცხლო აუცილებლობა თანამედროვე ცივილიზაციის არსებობისთვის და, ამავდროულად, უზარმაზარ პასუხისმგებლობად, ვინაიდან ენერგიის ეს წყარო მაქსიმალურად რაციონალურად და ფრთხილად უნდა იქნას გამოყენებული.

რადიონუკლიდების სასარგებლო თვისება

რადიოაქტიური დაშლის გამო, რადიონუკლიდი "აძლევს სიგნალს", რითაც განსაზღვრავს მის მდებარეობას. სპეციალური მოწყობილობების გამოყენებით, რომლებიც იწერენ სიგნალს თუნდაც ერთი ატომის დაშლისგან, მეცნიერებმა ისწავლეს ამ ნივთიერებების ინდიკატორებად გამოყენება, რათა დაეხმარონ სხვადასხვა ქიმიური და ბიოლოგიური პროცესების გამოკვლევას ქსოვილებსა და უჯრედებში.

მაიონებელი გამოსხივების ტექნოგენური წყაროების სახეები

მაიონებელი გამოსხივების ყველა ხელოვნური წყარო შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად.

• სამედიცინო - გამოიყენება როგორც დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის (მაგალითად, რენტგენისა და ფლუოროგრაფიის აპარატები), ასევე რადიოთერაპიის პროცედურების ჩასატარებლად (მაგალითად, რადიოთერაპიის განყოფილებები კიბოს სამკურნალოდ). ასევე, ხელოვნური ინტელექტის სამედიცინო წყაროები მოიცავს რადიოფარმაცევტულ საშუალებებს (რადიოაქტიური იზოტოპები ან მათი ნაერთები სხვადასხვა არაორგანული ან ორგანული ნივთიერებებით), რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის, ასევე მათი სამკურნალოდ.
• სამრეწველო - ხელოვნური რადიონუკლიდები და გენერატორები:
  • ენერგეტიკულ სექტორში (ატომური ელექტროსადგურების რეაქტორები);
  • სოფლის მეურნეობაში (სასუქების ეფექტურობის შერჩევისა და კვლევისთვის)
  • თავდაცვის სფეროში (საწვავი ატომური გემებისთვის);
  • მშენებლობაში (ლითონის კონსტრუქციების არადესტრუქციული ტესტირება).

სტატიკური მონაცემებით, 2011 წელს მსოფლიო ბაზარზე რადიონუკლიდური პროდუქტების წარმოების მოცულობამ 12 მილიარდი დოლარი შეადგინა, 2030 წლისთვის კი ეს მაჩვენებელი ექვსჯერ გაიზრდება.