Физические основы получения атомной энергии - [9]
Что же представляют собой лучи радиоактивных веществ? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые исследовали поведение этих лучей в магнитном поле между полюсами сильного магнита. Оказалось, что узкий пучок радиоактивных лучей разделяется в магнитном поле на три пучка (рис. 4). Лучи, отклонявшиеся в ту же сторону, в которую отклоняются движущиеся в магнитном поле положительно заряженные частицы, назвали альфа-лучами (α). Лучи, отклонявшиеся в противоположную сторону, назвали бета-лучами (β). Наконец, лучи, которые не испытывали отклонения в магнитном поле и распространялись прямолинейно, назвали гамма-лучами (γ).
Было установлено, что альфа-лучи — это поток быстро движущихся положительно заряженных частиц (альфа-частиц), оказавшихся при дальнейшем исследовании ядрами атомов гелия. Альфа-частицы вылетают из радиоактивных, преимущественно тяжелых, элементов во всех направлениях с большими скоростями, достигающими 20–25 тыс. км/сек. Двигаясь с такой скоростью, можно было бы совершить кругосветное путешествие вокруг Земли всего за 2 секунды. Кинетическая энергия, которой обладают альфа-частицы при этом, может достигать 10 и более миллионов электронвольт. Если бы можно было собрать один грамм таких частиц и все их одновременно направить на какую-либо мишень, то она получила бы удар, равный удару по крайней мере 100 000 артиллерийских снарядов шестидюймового калибра.
Важнейшим свойством альфа-частиц является их большая ионизирующая способность, обусловленная главным образом наличием у них двойного положительного заряда. Двигаясь в веществе, альфа-частица срывает у атомов, мимо которых пролетает, один или несколько электронов и образует ионы. В воздухе, например, на каждом сантиметре своего пробега альфа-частица ионизирует до 30 000 атомов и образует, следовательно, такое же количество пар ионов.
Растрачивая энергию на ионизацию атомов, альфа-частицы пробегают сравнительно небольшой путь, после чего, присоединяя к себе по два электрона, они превращаются в обычные атомы гелия. Пробег альфа-частиц в воздухе имеет величину 1–16 см.
Пробег альфа-частицы зависит от ее скорости (энергии). Чем больше скорость, тем больше энергия частицы и тем, следовательно, длиннее будет пробег. В подтверждение сказанного ниже приводятся величины пробега альфа-частиц в воздухе при температуре 15° Ц и нормальном давлении для разных скоростей (соответственно разных энергий).
| Пробег альфа-частиц в воздухе | |
|---|---|
| Скорость, км/сек | Пробег, см |
| 10 000 | 1,04 |
| 15 000 | 3,17 |
| 20 000 | 7,82 |
| 25 000 | 16,44 |
Все альфа-частицы, испускаемые каким-либо радиоактивным веществом, обладают приблизительно одинаковой энергией и вследствие этого имеют практически равную длину пробега.
Пробег альфа-частиц зависит также и от плотности среды, в которой они движутся. В твердых веществах, например, в металлах, бумаге, ткани, стекле и т. п., в которых атомы расположены значительно ближе друг к другу, чем в воздухе, пробег альфа-частиц во много раз короче и составляет несколько тысячных долей сантиметра. Поэтому для полного поглощения всех альфа-частиц с энергией не более 5 Мэв требуется листовой алюминий толщиной всего 0,002 см. Ткань нашей одежды полностью поглощает альфа-частицы любых скоростей.
Вторая часть радиоактивного излучения — бета-лучи — представляет собой поток сверхбыстрых электронов, вылетающих из ядер радиоактивных веществ со скоростями, близкими к скорости света, которая для пустоты равна 300 000 км/сек. Бета-лучи — наиболее распространенное излучение при искусственной радиоактивности.
Ионизирующее действие бета-частиц слабее, чем у альфа-частиц, примерно в 100 раз. Поэтому пробег у них значительно длиннее, как это видно из нижеследующей таблицы, в которой приведен пробег бета-частиц в воздухе при 15° Ц и нормальном давлении, в воде и свинце для разных скоростей соответственно разным энергиям.
| Пробег бета-частиц | |||
|---|---|---|---|
| Скорость бета-частиц, км/сек | Пробег, см | ||
| воздух | вода | свинец | |
| 260 000 | 160 | 0,19 | 0,037 |
| 298 000 | 2000 | 2,6 | 0,3 |
Как видим, наиболее быстрые бета-частицы пробегают в воздухе до 2000 см, то есть до 20 м, в воде — до 2,6 см, в свинце — до 0,3 см. Таким образом, проникающая способность у бета-лучей гораздо больше, чем у альфа-лучей.
Бета-частицы, испускаемые каким-либо радиоактивным веществом, обладают в отличие от альфа-частиц различными скоростями, то есть различной энергией — от нуля и до некоторого максимального значения, вполне определенного для каждого вещества. Например, у радиоактивного кобальта 60 (то есть кобальта с атомным весом 60) максимальная энергия бета-частиц составляет около 0,3 Мэв, у стронция 89 равна 1,5 Мэв. Вследствие этого бета-частицы любого вещества имеют различные пробеги. Поэтому ослабление пучка бета-частиц при прохождении через вещество происходит постепенно, как это показывает кривая поглощения рис. 5. Толщина слоя вещества, в котором пучок бета-частиц полностью поглощается, как раз равна их максимальному пробегу.
Третья часть радиоактивного излучения — гамма-лучи — представляет собой электромагнитное излучение, распространяющееся со скоростью света
