Физика в быту

При β-распадах из ядра с огромной скоростью вылетает электрон или его положительный двойник позитрон. Самое интересное, что исходно их в ядре не было! Откуда же они взялись? Электрон рождается при превращении одного из нейтронов ядра в протон. Если же, наоборот, протон превратился в нейтрон, вылетает позитрон. Одновременно с позитроном или электроном всегда рождается ещё одна частица – легчайшее и неуловимое нейтрино или антинейтрино. Но все виды нейтрино столь слабо взаимодействуют с веществом, что мы их просто не замечаем. Каждую секунду ваше тело пронизывают миллиарды нейтрино без каких бы то ни было последствий. Так что в дальнейшем в этом разделе о нейтрино больше упоминать не будем.

Гамма-кванты могут рождаться как в актах α-распадов, так и при β-распадах. Это сопутствующее излучение.

В земных радиоактивных семействах реализуются β-распады с рождением электронов. А в недрах Солнца по мере превращения ядер водорода в ядра гелия (именно этот термоядерный процесс является источником солнечной энергии) происходят превращения протонов в нейтроны с рождением позитронов.

Что такое космические лучи

Третья составляющая понятия радиация – это космическое излучение. Оно было открыто в 1912 году, когда австрийский физик Виктор Франц Гесс поднялся в воздух на воздушном шаре и измерил концентрацию ионов воздуха на разной высоте. Ожидалось, что она будет падать, так как предполагалось, что ионизацию вызывают радиоактивные излучения земных недр. Но на большой высоте ионизация даже возрастала! Это означает, что некие ионизирующие излучения идут сверху, из космоса.

Верхние слои атмосферы бомбардируют первичные космические лучи – галактическое и солнечное излучения.

Галактическое излучение – это заряженные частицы громадных энергий. Для получения такого рода энергичных частиц в научных целях построили Большой адронный коллайдер (БАК), но ему далеко до галактических частиц! Нечасто, но в галактических лучах попадаются частицы с энергиями, во много миллиардов раз превышающими максимальную энергию, которую обеспечивает БАК! Источником таких энергичных частиц, вероятно, являются взрывы сверхновых; затем частицы блуждают в Галактике, удерживаемые её мощными магнитными полями. 90 % галактических лучей составляют протоны, 10 % – ядра гелия и других лёгких атомов; относительно немного электронов и позитронов. Присутствуют и гамма-кванты.

Космонавты на Международной космической станции (МКС) время от времени ощущают вспышки света в одном или другом глазу. Каждая вспышка вызвана попаданием в глаз галактической частицы с огромной энергией.

Свой вклад в первичные космические лучи даёт и Солнце. Ежесекундно оно выбрасывает в окружающее пространство около одного миллиона тонн своего вещества: протонов, электронов и немного ядер гелия. Они образуют солнечный ветер, который вызывает возмущения геомагнитного поля и полярные сияния. При спокойном Солнце интенсивность солнечного космического излучения в 20 раз меньше, чем галактического. Но во время мощных вспышек именно солнечные космические лучи представляют наибольшую опасность для космических путешественников и пассажиров самолётов.

Радиационные пояса Земли и атмосфера защищают нас от первичного космического излучения. До земной поверхности доходят лишь вторичные космические лучи. Они возникают в атмосфере в результате взаимодействия первичных частиц с ядрами молекул воздуха. Протоны высокой энергии, врезаясь в ядра, рождают большое число самых разных вторичных частиц, которые в свою очередь сталкиваются с ядрами и создают новые частицы… Такой каскад частиц называют широким атмосферным ливнем. До поверхности Земли долетают в основном лёгкие частицы: электроны, позитроны, нейтрино, гамма-кванты и некоторые другие. Протоны первичных лучей до поверхности не доходят. От одного галактического или солнечного протона с высокой энергией получается широкий атмосферный ливень, покрывающий площадь в несколько квадратных километров!

По своим защитным свойства земная атмосфера приблизительно эквивалентна 80-сантиметровому слою свинца.

Глава 2

Дозы и риски

Здесь мы обсудим: как радиация действует на человека, и как можно измерить количественно это воздействие; что такое поглощённая, эквивалентная и эффективная дозы, и каково действие на человека малых и больших доз облучения.

Исторические ошибки