Атом. - основа 100 - астрономия

Определите, о ком идет речь в каждом из предложенных текстов, и выберите верный вариант соответствий.

1). «Каждый из нас обязан работать над собой, над совершенствованием своей личности, возлагая на себя определенную часть ответственности за жизнь человечества…». Это высказывание принадлежит физику – основоположнику учения о радиоактивности и ее влиянии на живую клетку, в годы Первой мировой войны организовавшему 220 передвижных и стационарных установок для радиологического обслуживания госпиталей Франции.

2). Выдающийся физик-теоретик и общественный деятель, один из создателей современной физики, первой квантовой теории атома и активный участник разработки основ квантовой механики. В 1922 г. удостоен Нобелевской премии по физике. Он принимал участие в создании атомной бомбы. Впоследствии, осознав огромную опасность, которую несет его открытие, он предпринял огромные усилия для предотвращения применения атомной бомбы во Второй мировой войне.

3). Удивительная судьба была у этого человека. Один из создателей первой советской водородной бомбы, ставший в 1975 г. обладателем Нобелевской премии мира. Над его могилой академик Д.С. Лихачев сказал: «Он был настоящий пророк. Пророк в древнем, исконном смысле этого слова, то есть человек, призывающий своих современников к нравственному обновлению ради будущего».

4). «У меня есть замечательное дело. Оно преображает мир, и я хочу, чтобы оно преображало нашу страну. Мне хотелось бы, чтобы все открытия, которые делают наши ученые, были нужны здесь, в России, а не перекупались Западом. Чтобы они использовались предприятиями «Рубин». «Светлана», а уж только потом «Сименсом» и «Сони». И чтобы иностранцы в очереди за нашими открытиями стояли», – писал физик, лауреат Нобелевской премии 2000 г.

5). Этот ученый преподавал в Сорбонне, был профессором Коллеж де Франс и руководителем Комиссариата по атомной энергии своей страны. На этом посту он много сделал для развития атомной науки и техники во Франции. С 1950 г. являлся председателем Всемирного совета мира. В 1951 г. удостоен Международной Ленинской премии «За укрепление мира между народами». Ему принадлежит высказывание: «Чем дальше эксперимент от теории, тем ближе он к Нобелевской премии».

А) Нильс Хенрик Давид Бор

Б) Мария Склодовская-Кюри

В) Фредерик Жолио-Кюри

Г) Жорес Иванович Алферов

Д) Андрей Дмитриевич Сахаров

1-А, 2-Г, 3-Б, 4-Д, 5-В

1-Б, 2-А, 3-Д, 4-Г, 5-В

1-Б, 2-Д, 3-Д, 4-В, 5-Г

1-Б, 2-В, 3-Д, 4-Г, 5-А

Ответ —

Механизмы и свойства ионизации

Нейтронное излучение часто называют косвенно ионизирующим излучением . Он не ионизирует атомы так же, как заряженные частицы, такие как протоны и электроны (возбуждая электрон), потому что нейтроны не имеют заряда. Однако нейтронные взаимодействия в значительной степени ионизируют, например, когда поглощение нейтронов приводит к гамма-излучению, и гамма-излучение (фотон) впоследствии удаляет электрон из атома, или ядро, отскакивающее от нейтронного взаимодействия, ионизируется и вызывает более традиционную последующую ионизацию в других атомы. Поскольку нейтроны не заряжены, они проникают больше, чем альфа-излучение или бета-излучение . В некоторых случаях они более проникающие, чем гамма-излучение, которое затруднено в материалах с большим атомным номером . В материалах с низким атомным номером, таких как водород , гамма-излучение низкой энергии может быть более проникающим, чем нейтрон высокой энергии.

Альфа-распад

α-распад — испускание ядром альфа-частицы. Что это такое? Все просто — так называют ядро атома гелия, то есть частицу из двух протонов и двух нейтронов.

У нас был элемент X с массовым числом A и с зарядовым числом Z
Атом испускает альфа-частицу с массовым числом=4 и зарядовым числом=2
Мы получаем новый элемент с массовым числом=A-4 и зарядовым числом=Z-2

В α-распаде заряд уменьшается на 2, а масса уменьшается на 4.

Самостоятельно подготовиться к ОГЭ непросто. На то, чтобы разобраться со всеми темами, понадобится много времени. Но и это не решит проблему! Например, если вы запомнили какое-то решение из интернета, а оно оказалось неправильным, можно на пустом месте потерять баллы

Если хотите научиться решать все задания ОГЭ по физике, обратите внимание на онлайн-курсы MAXIMUM! Наши специалисты уже проанализировали сотни вариантов ОГЭ и подготовили для вас вас максимально полезные занятия.Приходите к нам на пробный урок! Вы узнаете всю структуру ОГЭ-2021, разберете сложные задания из первой части, получите полезные рекомендации и узнаете, как устроена подготовка к экзаменам в MAXIMUM. Все это абсолютно бесплатно!

Последствия

Продолжительность жизни свободного нейтрона до его распада играет важную роль в первые мгновения после Большого взрыва . Таким образом, обоснованность теорий, описывающих эту историю, зависит от точности измерений.

Тестовая стандартная модель

Хотя наиболее точное значение элемента матрицы CKM | V _ud | получается из сверхдопустимых переходов, многие эксперименты пытаются ввести ограничения на это значение из измерения времени жизни нейтрона. Среднее время жизни нейтрона ,, связано со значением этого матричного элемента соотношением:
τнет{\ Displaystyle \ тау _ {п}}

|Vтыd|2знак равно5024,7 sτнет(1+3граммВ2)(1+ΔрV){\ displaystyle | V_ {ud} | ^ {2} = {\ frac {5024,7 \ {\ text {s}}} {\ tau _ {n} (1 + 3g_ {A} ^ {2}) ( 1+ \ Delta _ {R} ^ {V})}}}

где , пусть будет отношением осевой векторной константы связи G _A к векторной константе связи G _V и представляет собой внутренние электрослабые радиационные поправки.
граммВ≡граммВграммV{\ displaystyle g_ {A} \ Equiv {\ frac {G_ {A}} {G_ {V}}}}ΔрV{\ displaystyle \ Delta _ {R} ^ {V}}

Единственная мера средней продолжительности жизни нейтрона не определяет значение матричного элемента , так как мы должны знать значение г _А . Последнее определяется из другой наблюдаемой, измеренной во время распада нейтрона, такой как асимметрия A.

Эта асимметрия соответствует тому факту, что при распаде поляризованных нейтронов испускание электронов асимметрично относительно плоскости, перпендикулярной направлению спина нейтронов. Коэффициент асимметрии A следует соотношению (если предположить аксиальное векторное взаимодействие):

W(θ)знак равно1+Впотому что⁡(θ)vепротив{\ displaystyle W (\ theta) = 1 + A \ cos (\ theta) {\ frac {v_ {e}} {c}}},

где W представляет собой асимметрию, v _е скорость электрона, гр от скорости света в вакууме , а & thetas ; угол между направлением вылета электрона и направлением спина нейтрона.

Кроме того, коэффициент A связан с g _A следующим соотношением:

Взнак равно-2граммВграммВ-11+3граммВ2{\ displaystyle A = -2g_ {A} {\ frac {g_ {A} -1} {1 + 3g_ {A} ^ {2}}}}

Первичный нуклеосинтез

Основные ядерные реакции, протекающие при первичном нуклеосинтезе.

Модель первичного нуклеосинтеза помогает объяснить образование и содержание легких элементов (от водорода до бериллия). Он начинается примерно через 3 минуты после Большого взрыва . Различные ядерные реакции с участием протонов и нейтронов , до сих пор свободные, позволяют производить эти ядра. В р + N → D + T начинает реакцию и другой дейтерий реакция , основанная главным образом , приводят к образованию гелия , но и, в меньших пропорциях, из лития (см рисунка напротив). Время жизни нейтрона играет важную роль в моделировании этих реакций, поскольку оно напрямую влияет на количество нейтронов, доступных для реакций (точнее, влияет на соотношение между количеством протонов и количеством нейтронов). Таким образом, точность определения времени жизни нейтрона была в г. главным фактором, ограничивающим более точную оценку количества гелия 4, образующегося во время первичного нуклеосинтеза.

Действительно, слишком короткое время жизни нейтронов привело бы к их фактическому исчезновению до того, как могли бы начаться ядерные реакции, приводящие к образованию ядер, в то время как более длительное время жизни привело бы к переизбытку ядер гелия, которые затем нарушили бы образование из более тяжелых элементов. Точное знание времени жизни нейтрона позволяет проверить, что модель первичного нуклеосинтеза воспроизводит некоторые из астрофизических наблюдений, связанных с этим временем жизни, и, если наблюдаются разногласия, следует рассмотреть вопрос о пересмотре этой модели.

Фотоны

Фотоны, или гамма-лучи, рассматриваемые как элементарные частицы, имеют массу нуль.
Это следует из того, что их скорость всегда равна скорости света, а
энергия равна импульсу, умноженному на скорость света. Фотоны имеют
целый спин, поскольку они испускаются при переходах между квантовыми
состояниями атомов, при которых момент количества движения изменяется на
целое число. Они подчиняются статистике Бозе; на это указывает хотя бы
тот факт, что, применяя к фотонам в состоянии термодинамического
равновесия статистику Бозе, мы получаем правильное выражение для спектра
излучения черного тела (закон Планка). Предположение, что спин фотона
равен 1, находится в согласии с правилами отбора для радиационных
переходов. Фотон в состоянии с определенным направлением спина соответствует
волне с круговой поляризацией. Спин фотона может быть либо параллельным,
либо антипараллельным к направлению движения и имеет поэтому только две
возможные ориентации.
Фотоны не имеют ни электрического заряда, ни магнитного момента.

Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы

Между нуклонами ядра действуют самые мощные силы природы – ядерные силы.

Ядерные силы – это силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре и обеспечивающие существование устойчивых ядер.

Свойства ядерных сил:

являются силами притяжения;
являются короткодействующими силами (действуют на малых расстояниях, не превышающих 2·10-15 м; на таком расстоянии ядерные силы больше кулоновских приблизительно в 100 раз);
обладают свойством зарядовой независимости (ядерные силы, действующие между двумя протонами, двумя нейтронами и между протоном и нейтроном, одинаковы);
имеют свойство насыщения (каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов, а не со всеми нуклонами ядра);
не являются центральными (не действуют по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов).

Массу ядра можно точно определить с помощью масс-спектрографов, которые разделяют заряженные частицы с разными удельными зарядами с помощью электрических и магнитных полей.

Опытным путем было установлено, что благодаря действию сил притяжения масса ядра всегда меньше суммы масс протонов и масс нейтронов, входящих в состав этого ядра:

где \( M \) – масса ядра.

Дефект масс – это величина, равная разности суммы масс входящих в ядро нуклонов и массы ядра:

где \( \Delta m \) – дефект масс.

Благодаря ядерным силам ядра атомов обладают огромной энергией связи.

Энергия связи – это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны, или энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов:

где \( \Delta E_{св} \) – энергия связи, \( c \) – скорость света.

Если в формуле энергии связи массы протона и нейтрона выражены в килограммах, а скорость света – в метрах в секунду, то энергия связи будет измерена в джоулях. Однако в физике атома и атомного ядра энергию ядер и элементарных частиц чаще выражают в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Энергетический эквивалент 1 а.е.м.

Поэтому энергию связи можно рассчитать следующим образом:

В этом случае энергия связи измеряется в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Для характеристики прочности ядра используется величина, которая называется удельной энергией связи.

Удельная энергия связи – это энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон ядра:

где \( A \) – массовое число.

Удельная энергия связи неодинакова для разных химических элементов и даже для изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре меняется в среднем в пределах от 1 МэВ у легких ядер до 8,6 МэВ у ядер средней массы (с массовым числом \( A \) ≈ 100). У тяжелых ядер (\( A \) ≈ 200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер средней массы, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение легких ядер в более тяжелые ядра дает еще больший энергетический выигрыш в расчете на нуклон.

Зависимость удельной энергии связи от массового числа установили экспериментально. Из рисунка хорошо видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Отметим, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на рисунке имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением \( Z \) кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Виды радиоактивного излучения

α-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядер гелия). Вследствие положительного заряда α-частицы отклоняются электрическим и магнитным полями;
β-излучение — это поток быстрых электронов. Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. Из-за наличия отрицательного заряда электроны отклоняются электрическим и магнитным полями в противоположную сторону по сравнению с α-частицами;
γ-излучение — это фотоны, т. е. электромагнитное излучение, несущее энергию. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями. Параметры ядра при излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец — конечный продукт распада.

Бета-распад и нейтрино

Уже давно было известно, что ядра могут испускать электроны и
позитроны (бета-активность). При объяснении этого явления считали, что
один из протонов ядра переходит в нейтрон, образуя при этом позитрон, или
один из нейтронов ядра переходит в протон, образуя при этом электрон. Вне
ядра энергетически возможно только превращение нейтрона в протон, поскольку
энергия покоя нейтрона больше энергии покоя протона. Такое превращение
наблюдалось; при этом оказалось, что время жизни свободных нейтронов
равно примерно 13 мин.
Так как протоны, нейтроны и электроны имеют спин 1/2, то из закона
сохранения момента количества движения следует, что электрон и протон не
могут являться единственными продуктами распада свободного нейтрона, т. е.
при бета-распаде ядро не может испускать только один электрон. Кроме того,
было обнаружено, что энергетический спектр электронов, испускаемых при
бета-распаде некоторого определенного радиоактивного изотопа, является
непрерывным. Максимальная энергия электронов равна разности между энергиями
связи материнского и дочернего веществ, но средняя энергия электронного
спектра значительно меньше этой разности. Таким образом, законы сохранения
энергии и момента количества движения требуют сущесвования нейтральной
частицы с полуцелым спином, рождающейся одновременно с электроном и
уносящей необходимую для баланса часть энергии. Эту частицу называют
«нейтрино».
Известно, что масса нейтрино составляет меньше 2 % от массы электрона,
ее предполагаемый спин равен 1/2. Нейтрино очень слабо взаимодействует с
веществом, о чем свидетельствует тот факт, что до сих пор не было обнаружено
ни одного акта взаимодействия. Это означает, что магнитный момент нейтрино,
вероятно, равен нулю и, несомненно, очень мал по сравнению с магнетоном
Бора.

Альфа излучение

излучаются: два протона и два нейтрона
проникающая способность: низкая
облучение от источника: до 10 см
скорость излучения: 20 000 км/с
ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение — это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Опасности для здоровья и защита

В физика здоровья, нейтронное излучение — это вид радиационной опасности. Другая, более серьезная опасность нейтронного излучения — это нейтронная активация, способность нейтронного излучения индуцировать радиоактивность в большинстве веществ, с которыми он встречается, включая ткани тела. Это происходит за счет захвата нейтронов ядрами атомов, которые превращаются в другие. нуклид, часто радионуклид. Этот процесс составляет большую часть радиоактивного материала, высвобождаемого в результате детонации ядерное оружие. Это также проблема в установках ядерного деления и ядерного синтеза, поскольку они постепенно делают оборудование радиоактивным, так что в конечном итоге его необходимо заменить и утилизировать как низкоактивные. радиоактивные отходы.

Нейтрон радиационная защита полагается на радиационная защита. Из-за высокой кинетической энергии нейтронов это излучение считается наиболее серьезным и опасным излучением для всего тела при воздействии внешних источников излучения. По сравнению с обычным ионизирующим излучением, основанным на фотонах или заряженных частицах, нейтроны многократно отражаются и замедляются (поглощаются) легкими ядрами, поэтому богатый водородом материал более эффективен для защиты, чем утюг ядра. Легкие атомы служат для замедления нейтронов за счет упругое рассеяние чтобы они могли быть поглощены ядерные реакции. Однако в таких реакциях часто образуется гамма-излучение, поэтому для его поглощения необходимо предусмотреть дополнительную защиту

Следует проявлять осторожность, чтобы избежать использования ядер, которые подвергаются делению или захват нейтронов что вызывает радиоактивный распад ядер, производящих гамма-лучи

Нейтроны легко проходят через большинство материалов, и, следовательно, поглощенная доза (измеряется в Серые ) от заданного количества радиации мало, но взаимодействия достаточно, чтобы вызвать биологический ущерб. Наиболее эффективные экранирующие материалы: воды, или же углеводороды подобно полиэтилен или же парафиновая свеча. Водорастворимый полиэстер (WEP) эффективен в качестве экранирующей стены в суровых условиях окружающей среды благодаря высокому содержанию водорода и огнестойкости, что позволяет использовать его в ядерной, медицинской и оборонной отраслях. Материалы на основе водорода подходят для защиты, поскольку они являются надлежащими барьерами от излучения.

Конкретный (где значительное количество молекул воды химически связывается с цементом) и гравий обеспечивают дешевое решение благодаря комбинированной защите от гамма-лучей и нейтронов. Бор также является отличным поглотителем нейтронов (а также подвергается некоторому рассеянию нейтронов). Бор распадается на углерод или гелий и практически не производит гамма-излучения с карбид бора, щит, обычно используемый там, где бетон будет непомерно дорогим. В коммерческих целях резервуары для воды или мазута, бетона, гравия и B₄C — обычные экраны, которые окружают области большого количества нейтронный поток, например, ядерные реакторы. Кремнеземное стекло, пропитанное бором, стандартное боросиликатное стекло, высоко-борсодержащая сталь, парафин и Оргстекло имеют нишевое использование.

Потому что нейтроны, ударяющиеся о ядро водорода (протон, или же дейтрон ) передают энергию этому ядру, они, в свою очередь, разрывают свои химические связи и проходят небольшое расстояние, прежде чем остановиться. Такие ядра водорода имеют высокую линейная передача энергии частиц и, в свою очередь, останавливаются ионизацией материала, через который они проходят. Следовательно, в живой ткани нейтроны имеют относительно высокую относительная биологическая эффективность, и примерно в десять раз более эффективны при нанесении биологического ущерба по сравнению с гамма- или бета-излучением эквивалентной энергии. Эти нейтроны могут либо вызвать изменение функций клеток, либо полностью прекратить репликацию, что со временем приведет к повреждению организма. Нейтроны особенно опасны для мягких тканей, таких как роговица глаза.

Опасности для здоровья и защита

В физике здоровья нейтронное излучение является разновидностью радиационной опасности. Другой, более серьезной опасностью нейтронного излучения является активация нейтронов , способность нейтронного излучения вызывать радиоактивность в большинстве веществ, с которыми оно сталкивается, включая ткани тела. Это происходит за счет захвата нейтронов атомными ядрами, которые превращаются в другой нуклид , часто радионуклид . Этот процесс составляет большую часть радиоактивного материала, высвобождаемого при взрыве ядерного оружия . Это также проблема в установках ядерного деления и ядерного синтеза, поскольку они постепенно делают оборудование радиоактивным, и в конечном итоге его необходимо заменить и утилизировать как низкоактивные радиоактивные отходы .

Защита от нейтронного излучения основана на радиационной защите . Из-за высокой кинетической энергии нейтронов это излучение считается наиболее серьезным и опасным излучением для всего тела при воздействии внешних источников излучения. По сравнению с обычным ионизирующим излучением, основанным на фотонах или заряженных частицах, нейтроны многократно отражаются и замедляются (поглощаются) легкими ядрами, поэтому богатый водородом материал более эффективен для защиты, чем ядра железа . Легкие атомы служат для замедления нейтронов за счет упругого рассеяния, чтобы затем они могли быть поглощены ядерными реакциями . Однако в таких реакциях часто возникает гамма-излучение, поэтому для его поглощения необходимо обеспечить дополнительную защиту

Следует проявлять осторожность, чтобы избежать использования материалов, ядра которых подвергаются делению или захвату нейтронов, что вызывает радиоактивный распад ядер с образованием гамма-лучей.

Нейтроны легко проходят через большую часть материала, и, следовательно, поглощенная доза (измеряемая в серых тонах ) от данного количества излучения мала, но взаимодействует достаточно, чтобы вызвать биологический ущерб. Наиболее эффективными защитными материалами являются вода или углеводороды, такие как полиэтилен или парафиновый воск . Водонаполненный полиэстер (WEP) эффективен в качестве экранирующей стены в суровых условиях благодаря высокому содержанию водорода и огнестойкости, что позволяет использовать его в различных областях ядерной промышленности, физики здравоохранения и оборонной промышленности. Материалы на водородной основе подходят для защиты, поскольку они являются надлежащими барьерами от излучения.

Бетон (где значительное количество молекул воды химически связывается с цементом) и гравий представляют собой дешевое решение из-за их комбинированной защиты как от гамма-лучей, так и от нейтронов. Бор также является отличным поглотителем нейтронов (а также подвергается некоторому рассеянию нейтронов). Бор распадается на углерод или гелий и практически не производит гамма-излучения с карбидом бора , экраном, обычно используемым там, где бетон был бы непомерно дорогим. С коммерческой точки зрения резервуары с водой или мазутом, бетоном, гравием и B ₄ C являются обычными экранами, которые окружают области большого количества нейтронного потока , например ядерные реакторы. Пропитанное бором кварцевое стекло, стандартное боросиликатное стекло , сталь с высоким содержанием бора , парафин и оргстекло используются нишами.

Поскольку нейтроны, ударяющиеся в ядро водорода ( протон или дейтрон ), передают энергию этому ядру, они, в свою очередь, разрываются от своих химических связей и проходят небольшое расстояние, прежде чем остановиться. Такие ядра водорода являются частицами с высокой линейной передачей энергии и, в свою очередь, останавливаются ионизацией материала, через который они проходят. Следовательно, в живой ткани нейтроны обладают относительно высокой относительной биологической эффективностью и примерно в десять раз более эффективны при нанесении биологического ущерба по сравнению с гамма- или бета-излучением эквивалентной энергии. Эти нейтроны могут либо вызвать изменение функций клеток, либо полностью прекратить репликацию, что со временем приведет к повреждению организма. Нейтроны особенно опасны для мягких тканей, таких как роговица глаза.

Бета излучение

излучаются: электроны или позитроны
проникающая способность: средняя
облучение от источника: до 20 м
скорость излучения: 300 000 км/с
ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Электроны и позитроны

В состав всех окружающих нас веществ входят электроны. Их электрический
заряд точно известен (например, из экспериментов с масляными капельками) и
равен e =4,802•10-10 электростатических единиц. Масса электрона
тоже точно известна (например, из экспериментов по отклонению в электрическом
и магнитном полях, дающих величину отношения электрического заряда к массе)
и имеет величину m_e=9,105•10-28 г. Соответствующее
значение энергии покоя m_ec2=0,51079 Мэв. Анализ
атомных спектров показывает, что спин электрона s =1/2, а его магнитный
момент равен одному магнетону Бора. Электроны подчиняются статистике
Ферми, так как они обладают полуцелым спином. Это согласуется с
экспериментальными данными о структуре атомов и о поведении электронов в
металлах.
Позитроны (положительные электроны) в веществе не могут существовать,
потому что при замедлении они аннигилируют, соединяясь с отрицательными
электронами. В этом процессе, который можно рассматривать как обратный
процесс рождения пар, положительный и отрицательный электроны исчезают,
при этом образуются фотоны, которым передается их энергия. При аннигиляции
электрона и позитрона в большинстве случаев образуются два фотона,
значительно реже — один фотон. Однофотонная аннигиляция может произойти
только в том случае, когда электрон сильно связан с ядром; участие ядра
в этом случае необходимо для сохранения импульса. Двухфотонная аннигиляция,
напротив, может происходить и со свободным электроном. Часто процесс
аннигиляции происходит после практически полной остановки позитрона. В
этом случае испускаются в противоположных наравлениях два фотона с равными
энергиями.

Позитрон был открыт Андерсоном при изучении космических лучей методом
камеры Вильсона. На рисунке, который является репродукцией с полученной
Андерсоном фотографии в камере Вильсона, видна положительная частица,
входящая в свинцовую пластину толщиной 0,6 см с импульсом 6,3•107 эв/с
и выходящая из нее с импульсом 2,3•107 эв/с. Можно установить
верхний предел для массы этой частицы, допустив, что она теряет энергию
только на столкновения. Этот предел составляет 20 m_e. На
основании этой и других сходных фотографий Андерсон выдвинул гипотезу о
существовании положительной частицы с массой, примерно равной массе
обычного электрона. Это заключение скоро было подтверждено наблюдениями
Блэккета и Оккиалини в камере Вильсона. Вскоре после этого Кюри и Жолио
открыли, что позитроны образуются при конверсии гамма-лучей радиоактивных
источников, а также испускаются искусственными радиоактивными изотопами.
Так как фотон, будучи нейтральным образует пару (позитрон и электрон), то
из принципа сохранения электрического заряда следует, что по абсолютной
величине заряд позитрона равен заряду электрона.
Первое количественное определение массы позитрона было проделано
Тибо, который измерял отношение e/m методом трохоид и пришел к
выводу, что массы позитрона и электрона отличаются не больше чем на 15 %.
Более поздние эксперименты Шписа и Цана, которые использовали масс-спектрографическую
установку, показали, что массы электрона и позитрона совпадают с точностью
до 2 %. Еще позже Дюмонд и сотрудники измерили с большой точностью длину
волны аннигиляционного излучения. С точностью до ошибок эксперимента
(0,2 %) они получили такое значение длины волны, которого следовало ожидать
в предположении, что позитрон и электрон имеют равные массы.
Закон сохранения момента количества движения в применении к процессу
рождения пар показывает, что позитроны обладают полуцелым спином и,
следовательно, подчиняются статистике Ферми. Разумно предположть, что
спин позитрона равен 1/2, как и спин электрона.